eng
Просмотры: 1297
16.07.2015
Научный сотрудник Университета Манитоба (Виннипег, Канада) доктор физико-математических наук Сергей Александрович Комаров, занимающийся радиолокационным микроволновым зондированием морского льда и скорости ветра в Арктике, на лекции в Алтайском государственном университете рассказал про свои исследования и возможности применения разработанных методов в Сибири.
«Известно, что за последние 30 лет произошло весьма заметное сокращение ледового покрытия Арктики. Рекордный минимум летнего сезона составляет 3,41 млн кв. км (он зафиксирован орбитальной радиометрической платформой в сентябре 2012 г.).
Процесс интенсивного таяния приводит к тому, что вследствие уменьшения объема, площади, изменения внутренней структуры и физических свойств льда увеличивается его мобильность и растет скорость дрейфа», — говорит Сергей Александрович.
Таким образом, проблема комплексного изучения динамики и термодинамики системы «атмосфера-вода-лед» в Арктике приобретает особую актуальность. Информация необходима для исследований долгосрочных климатических изменений, оценок их воздействия на физические, химические и биологические процессы в экосистеме Севера. Поскольку морской лед является средой обитания для многих животных — от микроорганизмов до белых медведей — сокращение его объема, несомненно, оказывает на них влияние. Данные также нужны для планирования освоения северных территорий, решения текущих хозяйственных задач страны в таких отраслях, как метеослужба, судоходство, гидроэлектроэнергетика, добыча углеводородов в высоких широтах. «Возрастающая подвижность, торошение (вертикальное нагромождение обломков), расколы, образование ледяных островов — все это представляет угрозу для стационарной и мобильной инфраструктуры в северных морях», — рассказывает ученый.
Важным составляющим комплексного изучения системы «атмосфера-вода-лед» в Арктике является дистанционное зондирование. Необходимо создавать новые методы моделирования процессов рассеяния электромагнитных волн на поверхности моря и льда, а также разрабатывать алгоритмы тематической обработки изображений радаров с синтезированной апертурой для извлечения геофизической информации. Это позволит определять скорость ветра над морем, оперативно следить за дрейфом льда и изменениями его свойств в режиме мониторинга.
В 2010—2011 г. Метеорологическая служба Канады при Министерстве окружающей среды провела дополнительный анализ данных зондирования морских покровов. Стояла задача разработать метод восстановления скорости ветра над водной поверхностью, ориентированный на данные нового канадского орбитального радара RADARSAT-2. Специально для этого прибора ученые создали новые алгоритмы, обеспечивающие лучшую точность показаний при средних и высоких скоростях ветра и способные функционировать без данных о его направлении (что позволило сократить объем дополнительно вводимой информации и упростить исследования). «Быстрое время обработки и высокая достоверность оказались удобными для мониторинговых наблюдений и были внедрены в Ледовую службу Канады», — рассказывает Сергей Александрович.
Одним из мировых лидеров исследования Арктики в Канаде является Центр наук о Земле, CEOS (Centre for Earth Observation Science), созданный и активно развивающийся на базе Университета Манитобы. Сейчас сотрудники этой организации совместно с коллегами из Ледовой службы Канады занимаются также определением величины перемещений морского льда с помощью разновременных снимков RADARSAT-2 и установлением их связи со скоростью ветра. Наряду с этим ученые разрабатывают и обосновывают теоретические подходы моделирования процессов рассеяния электромагнитных волн на шероховатых слоистых структурах «снег-морской лед».
Результаты таких исследований связывают геофизические свойства покровов с радиолокационным откликом при различных температурах, толщинах снежно-ледового покрова, возрасте, структуре льда и снега. Затем информация, полученная с помощью теоретического моделирования, проверяется путем сравнения с данными наземных подспутниковых радаров. «Измерения регулярно ведутся с борта научно-исследовательского ледокола «Амундсен», на полигонных прибрежных участках канадской Арктики, в открытом бассейне с искусственно выращенным морским льдом на территории университета. Для этой же цели развивается направление лабораторных исследований диэлектрических свойств морского льда. Получаемые модельные закономерности применяются при тематической интерпретации орбитальной информации», — комментирует Сергей Комаров.
В Алтайском государственном университете уверены, что системы и способы исследования, о которых идет речь, интересны не только применительно к Арктике, но и для изучения влажных почв Сибири при положительных и отрицательных температурах. В частности, метод обработки данных радарного дистанционного зондирования с учетом неоднородности исследуемых приповерхностных слоев, их шероховатости, по мнению доцента кафедры радиофизики и теоретической физики физико-технического факультета АлтГУ к.ф.-м.н. Всеволода Владиславовича Щербинина, может быть полезен для аграриев Алтайского края, которых интересует распределение влажности в продуктивном слое почвы. Актуальная и трудная задача при этом — увеличение глубины зондирования. Наиболее распространенные сейчас системы исследования могут заглянуть лишь приблизительно на 20 см. «Создание новых аппаратов дистанционного зондирования в более длинноволновом диапазоне и использование способов моделирования и обработки данных зондирования слоистых сред позволят исследовать влажность почвы на большей глубине», — утверждает ученый.
Таким образом, проблема комплексного изучения динамики и термодинамики системы «атмосфера-вода-лед» в Арктике приобретает особую актуальность. Информация необходима для исследований долгосрочных климатических изменений, оценок их воздействия на физические, химические и биологические процессы в экосистеме Севера. Поскольку морской лед является средой обитания для многих животных — от микроорганизмов до белых медведей — сокращение его объема, несомненно, оказывает на них влияние. Данные также нужны для планирования освоения северных территорий, решения текущих хозяйственных задач страны в таких отраслях, как метеослужба, судоходство, гидроэлектроэнергетика, добыча углеводородов в высоких широтах. «Возрастающая подвижность, торошение (вертикальное нагромождение обломков), расколы, образование ледяных островов — все это представляет угрозу для стационарной и мобильной инфраструктуры в северных морях», — рассказывает ученый.
Важным составляющим комплексного изучения системы «атмосфера-вода-лед» в Арктике является дистанционное зондирование. Необходимо создавать новые методы моделирования процессов рассеяния электромагнитных волн на поверхности моря и льда, а также разрабатывать алгоритмы тематической обработки изображений радаров с синтезированной апертурой для извлечения геофизической информации. Это позволит определять скорость ветра над морем, оперативно следить за дрейфом льда и изменениями его свойств в режиме мониторинга.
В 2010—2011 г. Метеорологическая служба Канады при Министерстве окружающей среды провела дополнительный анализ данных зондирования морских покровов. Стояла задача разработать метод восстановления скорости ветра над водной поверхностью, ориентированный на данные нового канадского орбитального радара RADARSAT-2. Специально для этого прибора ученые создали новые алгоритмы, обеспечивающие лучшую точность показаний при средних и высоких скоростях ветра и способные функционировать без данных о его направлении (что позволило сократить объем дополнительно вводимой информации и упростить исследования). «Быстрое время обработки и высокая достоверность оказались удобными для мониторинговых наблюдений и были внедрены в Ледовую службу Канады», — рассказывает Сергей Александрович.
Одним из мировых лидеров исследования Арктики в Канаде является Центр наук о Земле, CEOS (Centre for Earth Observation Science), созданный и активно развивающийся на базе Университета Манитобы. Сейчас сотрудники этой организации совместно с коллегами из Ледовой службы Канады занимаются также определением величины перемещений морского льда с помощью разновременных снимков RADARSAT-2 и установлением их связи со скоростью ветра. Наряду с этим ученые разрабатывают и обосновывают теоретические подходы моделирования процессов рассеяния электромагнитных волн на шероховатых слоистых структурах «снег-морской лед».
Результаты таких исследований связывают геофизические свойства покровов с радиолокационным откликом при различных температурах, толщинах снежно-ледового покрова, возрасте, структуре льда и снега. Затем информация, полученная с помощью теоретического моделирования, проверяется путем сравнения с данными наземных подспутниковых радаров. «Измерения регулярно ведутся с борта научно-исследовательского ледокола «Амундсен», на полигонных прибрежных участках канадской Арктики, в открытом бассейне с искусственно выращенным морским льдом на территории университета. Для этой же цели развивается направление лабораторных исследований диэлектрических свойств морского льда. Получаемые модельные закономерности применяются при тематической интерпретации орбитальной информации», — комментирует Сергей Комаров.
В Алтайском государственном университете уверены, что системы и способы исследования, о которых идет речь, интересны не только применительно к Арктике, но и для изучения влажных почв Сибири при положительных и отрицательных температурах. В частности, метод обработки данных радарного дистанционного зондирования с учетом неоднородности исследуемых приповерхностных слоев, их шероховатости, по мнению доцента кафедры радиофизики и теоретической физики физико-технического факультета АлтГУ к.ф.-м.н. Всеволода Владиславовича Щербинина, может быть полезен для аграриев Алтайского края, которых интересует распределение влажности в продуктивном слое почвы. Актуальная и трудная задача при этом — увеличение глубины зондирования. Наиболее распространенные сейчас системы исследования могут заглянуть лишь приблизительно на 20 см. «Создание новых аппаратов дистанционного зондирования в более длинноволновом диапазоне и использование способов моделирования и обработки данных зондирования слоистых сред позволят исследовать влажность почвы на большей глубине», — утверждает ученый.
Фото предоставлены исследователем
Подготовила Диана Хомякова, "Наука в Сибири", издание Сибирского отделения РАН
Подготовила Диана Хомякова, "Наука в Сибири", издание Сибирского отделения РАН
Комментарии читателей
