Исследование морфологических особенностей зон выхода газа на поверхность водоема с помощью радиолокатора сантиметрового диапазона

Настоящая работа посвящена исследованию возможностей обнаружения областей выхода газов на поверхность водоемов радиолокационными (РЛ) средствами дистанционного зондирования. Ранее в натурных экспериментах был подтвержден факт формирования на поверхности воды сулоев в области неоднородного течения, формируемого вокруг области выхода из толщи воды пузырьков газа [1], а также факт формирования в некоторых случаях пленки поверхностно-активных веществ (ПАВ) на поверхности воды вокруг зоны выхода газа, и образования слика – области выглаживания волнения в результате гашения пленкой ПАВ коротких ветровых волн [2].
Летом 2020 года в акватории Горьковского водохранилища проведен натурный эксперимент по формированию подобного слика и показана возможность его обнаружения с помощью радиолокатора сантиметрового диапазона. Для этого был искусственно создан подводный пузырьковый поток. Эффекты выноса природных ПАВ из толщи воды и образования слика регистрировались визуально, фотокамерой и с использованием радиолокатора сантиметрового диапазона (Микран MRS-1000), установленного на маяке аванпорта. Параметры течения (ADCP) и ветра (WindSonic) регистрировались с плавучей лаборатории «Геофизик», двигающейся галсами вблизи точки выхода пузырькового потока с целью получения пространственных полей.
Зафиксировано отличие удельной эффективной площади рассеяния области интенсивного выхода пузырьков газа и фоновой поверхности воды при различных скоростях приводного ветра; предложены алгоритмы определения и определены РЛ контрасты области и их зависимости от скорости ветра. Контраст определялся как отношение удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) в области выхода газа (сулое / слике) и в фоне. При слабом ветре область выхода пузырьков газа идентифицировалась по повышенной шероховатости морской поверхности, что выражалось в росте УЭПР. С ростом скорости ветра росла и шероховатость фоновой поверхности воды за счет усиления волнения, однако, УЭПР области выхода газа и фона оставались различными. При сильном ветре и соответствующем усилении волнения шероховатость области выхода газа становилась слабо различимой по сравнению с фоновой, однако, за областью выхода газа отчетливо наблюдался слик.
Показано, что при слабом ветре (до 3 м/с) отличительной особенностью области выхода газа является повышенная по сравнению с фоном шероховатость поверхности воды в этой области. При этом, отличие контраста в области выхода газа составляет 10-15 дБ по сравнению с фоном. С ростом скорости ветра РЛ контраст уменьшается до 5-7 дБ, а граница области выхода газа становится более резкой; при этом, за областью выхода газа возникает слик, и контраст вдоль радиуса обзора становится «знакопеременным».
Исследование выполнено за счет средств темы госзадания 0729-2020-0037.