Эксперименты по зондированию пластикового мусора в воде в Ка-/X-/C-/S диапазонах

Проблема дистанционной, в частности, радиолокационной диагностики пластикового мусора (ПМ) в океане и внутренних водоемах становится все более актуальной в связи с возрастающим загрязнением Мирового океана пластиком. К настоящему времени имеется целый ряд наблюдений ПМ и предложены алгоритмы его обнаружения по спутниковым оптическим изображениям океана. В то же время данные радиолокационного зондирования наблюдений ПМ и их анализ в литературе, насколько известно авторам, почти отсутствуют.
Настоящая работа посвящена описанию результатов натурных экспериментов с “искусственным ПМ”, в ходе которых исследовались особенности изменчивости характеристик радиолокационных сигналов в присутствии разных типов ПМ в приповерхностном слое воды. Проведена серия судовых наблюдений с использованием скаттерометров Ка- и X/C/S-диапазонов, зондирование проводилось при средних углах падения радиоволн и разных азимутальных углах по отношению к скорости ветра. В качестве образцов ПМ использовались упаковочная “пузырчатая” пленка, гладкая парниковая полиэтиленовая (ПЭ)-пленка, бытовые ПЭ-пакеты, куски поролона. В ходе экспериментов измерялись скорость ветра, а также с использованием плавучих миниатюрных акселерометров исследованись характеристики ветровых волн. Эксперименты проводились на Горьковском водохранилище летом-осенью 2024 г. В качестве предварительных можно отметить следующие результаты:
- зарегистрировано подавление ветровых волн метрового диапазона длин при прохождении области ПМ, при этом выявлен эффект максимума затухания когда масштабы ПМ сравнимы с длиной волны
- при увеличении доли выступающих над водой фрагментов ПМ (кусков поролона, пузырей воздуха под ПЭ-пленкой) наблюдается увеличение интенсивности РЛ сигнала по сравнению с незагрязненными областями воды, отношение интенсивностей РЛ сигнала на вертикальной и горизонтальной соосных поляризациях (поляризационное отношение) приближается к 1, что свидетельствует о существенном вкладе неполяризованного (небрэгговского) рассеяния
- для притопленного ПМ, например, гладкой (без пузырей) ПЭ-пленки, интенсивность РЛ рассеяния меняется слабо, а поляризационное отношение существенно увеличивается, что связано, в частности, с возбуждением мелкомасштабной ряби из-за колебаний пленки под действием более длинных волн.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-17-00167, https://rscf.ru/project/23-17-00167/