Настоящий обзор подготовлен по материалам Всероссийских открытых конференций «Современные проблемы дистанционного исследования Земли из космоса» за последнее десятилетие, ежегодно проводимых Институтом космических исследований РАН.
Выбор для обзора данного направления исследований обусловлен тем, что с энергичным развитием в последней четверти прошлого столетия добычи нефти на шельфе и ее транспортировки к потребителям резко возросла опасность загрязнения поверхности океана нефтепродуктами. Появление этой проблемы совпало с развитием радиолокационного зондирования из космоса, начавшегося с запуска в 1978 г. спутника Seasat.
Радиолокационные снимки, отражающие шероховатость поверхности, а для водной поверхности — ее волнение, оказались надежным инструментом идентификации загрязнения водной поверхности благодаря гашению волнения нефтяной пленкой, образованию на ней так называемых сликов — участков гладкой водной поверхности среди взволнованных, которые хорошо разделяются на изображении. Это составляет принципиальную основу выявления районов загрязнения, но для изучения параметров загрязнения потребовалось развитие методов.
Методика изучения нефтяного загрязнения по радиолокационным снимкам: теория, подспутниковые и лабораторные эксперименты
На примере снимков Radarsat-2 проведен теоретический анализ радиолокационных снимков с точки зрения возможности зондирования нефтяных пленок. Выполнены оценки контрастов нефтяных сликов на морской поверхности по изображениям солнечного блика. Большое значение придается проведению подспутниковых экспериментов по радиолокационному зондированию пленочных сликов на морской поверхности, а также специальным лабораторным экспериментам.
В Институте прикладной физики (ИПФ) РАН проводятся лабораторные исследования физических характеристик пленок — коэффициентов поверхностного натяжения и упругости как для мономолекулярных пленок поверхностно активных веществ (ПАВ), так и для «толстых» нефтяных пленок.
Исследуется затухание волн на пленках нефтепродуктов. В ветро-волновом бассейне ИПФ РАН поведены эксперименты, в процессе которых на поверхности возбуждались короткие ветровые волны с длинами от нескольких сантиметров до нескольких дециметров, а также поверхностные и внутренние волны с длинами порядка 1 метра, а на поверхность воды наносилась пленка поверхностно-активного вещества (ПАВ) с использованием вариаций его концентрации и проводилось радиолокационное зондирование.
Отбор проб пленок выполнен сеточным методом, а характеристики пленок исследовались далее методом параметрических волн. Эксперименты подтвердили, что модуль передаточной функции как в поле внутренних, так и в поле длинных поверхностных волн, увеличивается при увеличении концентрации пленки.
Мониторинг нефтяного загрязнения
Значительное внимание уделяется практическому использованию радиолокационных снимков для контроля за нефтяными загрязнениями.
Научным центром оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) предпринимались попытки разработки системы космического мониторинга нефтяных загрязнений морской поверхности в порядке участия в работах по проектам OSC SAR и EURIMET, совместно с рядом научных организаций стран-членов EKA, России и Украины, а затем также по международным проектам DEMOSCS и MONRUK.
В рамках этих проектов были начаты работы по созданию такой системы. Однако независимо от ее реализации спутниковые радиолокационные снимки используются для мониторинга нефтяного загрязнения, прежде всего в районах расположения платформ нефтедобычи и по трассам морского судоходства. С июня 2004 г. в рамках производственного экологического мониторинга нефтяного месторождения «Кравцовское» ООО «Лукойл-КМН» проводится спутниковый мониторинг нефтяного загрязнения в районе нефтедобывающей платформы D-6, в российском секторе Юго-Восточной Балтики и в прилегающих акваториях Польши и Литвы. Он основан на использовании радиолокационных снимков с трех спутников — Envisat, RADARSAT-1 и RADARSAT-2.
В Юго-Восточной Балтике за 2004-2010 гг. было идентифицировано около 1000 нефтяных пятен. От года к году наблюдается заметное уменьшение количества нефтяных пятен и общей площади нефтяного загрязнения в этой части моря. Анализ формы обнаруженных пятен, концентрация пятен вдоль судоходных трасс и их сопоставление с данными автоматической системы идентификации судов AIS по расположению судов в Балтийском море однозначно указывают на то, что основным источником загрязнения поверхности моря нефтепродуктами является судоходство.
Нефтяное загрязнение обнаруживается на утренних снимках чаще, чем на дневных и вечерних. По мнению исследователей, этот факт свидетельствует о том, что нелегальный сброс нефтепродуктов с судов происходит преимущественно по ночам, когда зафиксировать сливы оптическими приборами или видеосъемкой невозможно. Продолжение периода мониторинга (2004-2015) позволило выявить межгодовую изменчивость нефтяного загрязнения в этом районе.
ГК «СКАНЭКС» проводится мониторинг Черного и Каспийского морей с целью обнаружения пленочных загрязнений (нефть, нефтепродукты и т.п.) на их поверхности и определения возможных источников загрязнения. Мониторинг основан на космической радиолокационной съемке со спутников Envisat и RADARSAT-1, 2 и ведется с 2009 г.
В 2010-2011 гг. ГК «СКАНЭКС» выполнял подобный проект по заказу ООО «Лукойл-Нижневолжскнефть» в Северном Каспии для определения возможных источников загрязнения в период обустройства и эксплуатации производственного объекта на месторождении им. Ю. Корчагина по данным спутников Envisat и RADARSAT-1. Для обеспечения высокой частоты наблюдения за состоянием акваторий Каспийского и Черного морей в этих проектах используется технология мультиспутникового мониторинга ScanNet, а для интерактивного анализа и оперативного доведения снимков, данных и результатов заказчикам — веб-сервис GeoMixer® (http://geomixer.ru).
Показано, что основным источником загрязнения поверхности Черного и Каспийского морей является судоходство и морской транспорт. При проведении плановых спутниковых съемок акватории Черного моря 23-25 июня и 5 августа 2011 г. специалисты ГК «СКАНЭКС» обнаружили беспрецедентно крупные пленочные загрязнения судового происхождения — совокупная площадь пятен составила 423 и 185 кв. км. Оптические съемки спутников Terra и Aqua подтвердили наличие обширных пленочных образований в данных районах. За период наблюдений с 2009 г. в Черном море обнаружено более 700 пятен пленочных загрязнений различного происхождения, в Каспийском море – около 200. Площади загрязнений варьировали от 0,1 до 70 кв. км. Наиболее загрязненные места в восточной части Черного моря — акватория в районе стыка границ российского, украинского и турецкого секторов, где нередко отмечается мойка танков; в Северном Каспии — Астраханский рейд и судовые трассы, следующие в порты Казахстана и Азербайджана.
С июля 2011 г. при поддержке Центра мониторинга Управления по ГОКУ по ГОЧС и ПБ Мурманской области ведется спутниковый мониторинг Кольского залива по снимкам со спутников RADARSAT-1 и RADARSAT-2. В 2011 г. (с июля по декабрь) проведено 46 сеансов спутниковой съемки. По результатам анализа РЛИ составлена интегральная карта, где четко выделяются две основные зоны загрязнений: в районе г. Североморска и на выходе из Кольского залива. В результате мониторинга установлено, что основной вклад в загрязнение Кольского залива вносят береговые предприятия и морской транспорт. Источниками основных загрязнений являются нефтебазы, предприятия Министерства обороны, транспорта и жилищно-коммунального хозяйства, находящиеся в пределах водоохраной зоны западного и восточного побережий Кольского залива, которые производят сброс производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод.
По материалам статьи «Исследование нефтяного загрязнения вод океана дистанционными методами» Валентины Кравцовой, ведущего научного сотрудника лаборатории аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики географического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Полную версию статьи можно прочитать на сайте журнала «Земля из космоса».
Комментарии