Введение к работе
Актуальность темы
Возросший интерес к изучению мирового океана, его биологическим, энергетическим и минеральным ресурсам, важность и необходимость контроля распределения и концентрации загрязняющих веществ — с одной стороны и современный уровень развития авиационной и космической техники с другой, обусловили качественный скачок в развитии и применении оптических дистанционных методов зондирования в океанологических исследованиях. При этом оптические методы зондирования океана имеют целый ряд достоинств, и их применение в последнее время получило мощный толчок в связи с развитием аэрокосмических методов дистанционного зондирования океана. Во всех используемых в настоящее время методах дистанционного зондирования в СВЧ, ИК и оптическом диапазоне длин волн электромагнитного излучения состояние поверхности моря является одним из определяющих факторов, влияющих на формирование излучения морской поверхности. В этой связи приобретает особую актуальность разработки методов определения параметров морской поверхности по поляризационным характеристикам светового поля на основе разделения диффузной и зеркально отраженной компонент восходящего излучения. Такие методы дают принципиальную возможность определять пространственную ориентацию элементов взволнованной морской поверхности, разделять отраженную и диффузную компоненты восходящего излучения и могут быть использованы для исследования параметров волнения, повышения точности определения концентрации фитопланктона, растворенных и взвешенных веществ в верхнем слое, повышения точности и надежности интерпретации результатов, полученных другими аэрокосмическими методами зондирования океана. Возможность трассовых и площадных съемок, оперативность поляризационных методов делают их гибкими и достаточно точными при
решении широкого круга задач исследования оптических свойств приповерхностного слоя и гидрофизических процессов в верхнем слое океана.
Цель работы
Обоснование и разработка метода разделения зеркально отраженной и диффузной компонент восходящего излучения моря, находящегося в естественных условиях освещения, определение параметров поверхностного волнения по характеристикам отраженной компоненты. Разработка методики учета влияния состояния морской поверхности на результаты измерения коэффициента спектральной яркости толщи моря для более точной интерпретации результатов спектральных измерений. Разработка аппаратурного комплекса и алгоритмов обработки данных измерений для реализации поляризационного метода оптического зондирования морской поверхности.
Методы исследования
Для достижения поставленных целей и решения задач исследования использовались основные положения теории отражения света, численные эксперименты и натурные наблюдения. Экспериментальные работы проводились как на борту судна, так и во время прибрежных экспедиций. Зондирование осуществлялось с помощью разработанных поляризационного спектрофотометра, поляризационного трассового волнографа и телевизионной системы.
Научная новизна
-
Впервые предложен метод определения геометрических характеристик морской поверхности по поляризационным особенностям светового поля над океаном,
-
Показано, что регистрация восходящего излучения при трех различных ориентациях осей поляроида-анализатора позволяет по углу наклона плоскости поляризации и степени поляризации определить
пространственную ориентацию элементов поверхности и определить вклад зеркально отраженной компоненты в восходящем потоке излучения .
-
Показана возможность восстановления рельефа морской поверхности по поляризационным характеристикам восходящего излучения.
-
Разработаны методы регистрации и алгоритмы обработки результатов трассовых и площадных измерений, позволяющие получить ориентацию элементов морской поверхности и исследовать их статистические характеристики.
-
Разработан аппаратурный комплекс для реализации поляризационного метода оптического зондирования морской поверхности, с помощью которого экспериментально показана возможность определения параметров верхнего слоя моря.
Научная и практическая ценность работы
Научно-практическая ценность работы определяется следующими аспектами :
предложенный метод измерения трех поляризационных компонент
восходящего излучения позволил экспериментально определить
геометрические характеристики поверхностного волнения,
выделение диффузной компоненты восходящего излучения позволило повысить точность измерения коэффициента яркости верхнего слоя океана, что дает возможность уменьшить ошибки в определении концентрации хлорофилла «А» дистанционными методами,
разработанный аппаратурный комплекс позволяет решать широкий круг
задач, связанных с исследованиями процессов формирования структуры
морской поверхности и верхнего слоя при различных
гидрометеоусловиях, осуществлять обнаружение и контроль пленок
нефтепродуктов, оценку биопродуктивности вод, калибровку данных
дистанционного зондирования со спутников и т.п.
Работы проводились по госпрограммам "Мировой океан", "Вестпак",
федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 г.», хоздоговорным темам.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
съездах советских океанологов: (Москва, 1977); (Владивосток 1983г.);
Международных симпозиумах:
3-th International Symp. «The Arctic Estuaries and Adjacents seas» (Sverdlovsk, Russia, 1993);
PICES Workshop of the OKHOTSK Sea And Adjacent Areas (Vladivostok, Russia, 1995);
Международных выставках: «Наука и техника СССР» (Пекин, 1988)
«Геология-88» (Пекин, 1988)
На научных семинарах ТОЙ ДВО РАН, ДВГУ, ДВГТУ, ДВНИИГМИ
Росгидромета.
Публикации
По результатам исследований опубликовано 14 работ. Материалы диссертационной работы отражены в научно-исследовательских отчетах.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 83 наименований. Работа содержит 115 страницы машинописного текста и 41 рисунок.
На защиту выносится:
1. Метод разделения зеркально отраженной и диффузной компонент
восходящего излучения
по поляризационным характеристикам отраженного света.
2. Методика повышения точности определения коэффициента спектральной
яркости
толщи моря, учитывающая состояние морской поверхности.
-
Измерение трех поляризационных компонент светового поля, позволяющее определить степень поляризации , ориентацию отражающих элементов поверхности и её рельеф.
-
Аппаратурный комплекс, рехтизуюший предлагаемую методику, и результаты натурных
измерений.
