Το Ραδιόμετρο Μικροκυμάτων (2/2)

Ανίχνευση πετρελαίου

Έχουμε δει ότι το πάχος της στρώσης πετρελαίου στο νερό πρέπει να είναι στο εύρος του χιλιοστόμετρο μέχρι του εκατοστού, για να προκαλέσει παρεμβατικές fringes στη φασματική περιοχή μικροκυμάτων. Αυτό απεικονίζεται στο παρακάτω γράφημα.

Zoom Sign
Θερμοκρασία φωτεινότητας μικροκυμάτων του πετρελαίου
Η θερμοκρασία φωτεινότητας του πετρελαίου σε απόλυτη θερμοκρασία (κλίμακα Kelvin), ως συνάρτηση του πάχους της στρώσης του πετρέλαιου σε χιλιοστά, το οποίο αναγράφεται σε τρεις συχνότητες στην περιοχή μικροκυμάτων. Η γωνία πρόσπτωσης του οπτικού πεδίου του ραδιόμετρου στην επιφάνεια του πετρελαίου είναι 41° (5 GHz), 54° (17 GHz), and 50° (34 GHz).
Πηγή: Το πείραμα του Αρχιμήδη 1, Joint Research Centre, Ispra Establishment, αναδιατύπωση.

Τα fringes θα πρέπει να καταστήσουν δυνατή τη μέτρηση του πάχους των στρωμάτων του πετρελαίου στην επιφάνεια του νερού με σαρωτή MWR! Το σήμα σε μια συγκεκριμένη συχνότητα διαμορφώνεται κατά τη διάρκεια της υπέρπτησης πάνω από μια πετρελαιοκηλίδα, ανάλογα με το τοπικό πάχος του στρώματος. Οι εντάσεις που μετριούνται στη συνέχεια μετατρέπονται σε διακυμάνσεις της θερμοκρασίας φωτεινότητας που χρησιμοποιούν τον νόμο της ακτινοβολίας του Πλανκ. Αλλά μια και μόνο συχνότητα ανίχνευσης θα οδηγήσει με ασαφή στοιχεία, λόγω των περιοδικών διακυμάνσεων της θερμοκρασίας φωτεινότητας με αύξηση ή μείωση του πάχος του στρώματος του πετρελαίου. Αυτό, ωστόσο, μπορεί να ξεπεραστεί με τα μέσα που χρησιμοποιούν διάφορες συχνότητες, όπως φαίνεται στον παραπάνω γραφική παράσταση.

Οι δυνατότητες μέτρησης του πάχος του στρώματος του πετρελαίου με MWR σαφώς φαίνεται στα στοιχεία των δύο ραδιόμετρων, έχοντας συχνότητα ανίχνευσης 90 και 32 GHz. Γνωρίζουμε ότι οι μεγάλες ποσότητες πετρελαίου που χύνονται στο νερό χαρακτηρίζονται από έναν πυρήνα που έχει ένα πάχος στρώματος της τάξης του χιλιοστού μέχρι εκατοστού, που περιβάλλεται από λεπτά στρώματα πετρελαίου με μόνο μερικά μικρόμετρα πάχος που διαταράζονται από την αιολική ενέργεια σε μικρά μπαλώματα. Προφανώς, ο σαρωτής MWR δεν «βλέπει» αυτές τις λεπτές στρώσεις. Εντοπίζει τα παχιά μερίσματα της πετρελαιοκηλίδας, το οποία καθιστά κατάλληλο την καθοδήγηση των σκαφών ανάκαμψης κατά τη διάρκεια των εργασιών καθαρισμού της πετρελαιοκηλίδας.

Οι σοβαροί περιορισμοί των εφαρμογών MWR προκύπτουν κατά την προσπάθεια ανίχνευσης ποσοτήτων πετρελαίου που έχει υποστεί διάβρωση . Λόγω του ανέμου και των κυμάτων, τα σταγονίδια νερού συνεχώς διασκορπίζονται σε ένα στρώμα πετρελαίου, οδηγώντας σε γαλακτωματοποίηση. Η αρχή της μικροκυματικής ραδιομετρίας είναι η ανίχνευση της θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από το νερό κάτω από το πετρέλαιο. Αυτή η ακτινοβολία εκπέμπεται μέσα από το διάφανο στρώμα του πετρελαίου (και έτσι διαφοροποιήτςι με την παρέμβαση). Τα σταγονίδια νερού στο πετρέλαιο εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία με τον ίδιο τρόπο όπως μια καθαρή επιφάνεια νερού. Λόγω αυτού, τα γαλακτωματοποιημένα έλαια είναι αόρατα στην μικροκυματικής ραδιομετρία.

Άλλος ένας περιορισμός εμφανίζεται σε περιπτώσεις όπου το πάχος του στρώματος του πετρελαίου ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό σε μικρές αποστάσεις που δεν μπορεί να επιλυθεί με την κατανομή pixel των σαρωτ[ων MWR στο έδαφος. Ως απότελεσμα ένα ή περισσότερα ελάχιστα ή μέγιστα από τις fringe παρεμβολές δεν ανιχνεύονται, και ως εκ τούτου δεν υπολογίζονται κατά την εκτίμηση του πάχους του στρώματος του πετρελαίου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένα αποτελέσματα της διανομής του πάχος του στρώματος του πετρελαίου που έχει προκύψει με σαρωτές MWR.



Zoom Sign
Θερμοκρασία φωτεινότητας μικροκυμάτων του πετρελαίου
Η πετρελαιοκηλίδα από βαρύ μαζούτ καυσίμου με συνολικό όγκο 17μ 3, μετρούμενη με MWR σαρωτή 90 GHz (αριστερή εικόνα) και 32 GHz (δεξιά εικόνα). Η κατεύθυνση της πτήσης στις εικόνες βρίσκεται σε κατακόρυφη θέση, καθώς και το πλάτος σάρωσης επί του εδάφους είναι 282μ. Οι θερμοκρασίες φωτεινότητας αυξάνονται από ανοικτό γαλάζιο πάνω στο σκούρο μπλε και από κόκκινο σε κίτρινο. Ανώτατο όριο διακυμάνσεων της θερμοκρασίας φωτεινότητας είναι 20 K (αριστερή εικόνα) και 17 K (δεξιά εικόνα).
Πηγή: Το πείραμα του Αρχιμήδη 2, Joint Research Centre, Ispra Establishment.
Ο σαρωτής MWR είναι ένα παθητικό ραδιόμετρο μικροκυμάτων που ανιχνεύει ειδικές ζώνες συχνοτήτων στην περιοχή 1 έως 100 GHz, σε συνδυασμό με ένα σαρωτή για την ανίχνευση απεικόνισης του πετρελαίου στο νερό κατά μήκος της τροχιάς πτήσης του αεροσκάφους. Η φυσική αρχή βασίζεται στην ανίχνευση της θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από θαλασσινό νερό σε συχνότητες μικροκυμάτων, ενώ ένα στρώμα πετρελαίου πάνω από το νερό είναι διαφανές σε αυτή την ακτινοβολία. Επιδράσεις των παρεμβολών συμβαίνουν στο στρώμα του πετρελαίου, που οδηγούν σε fringe παρεμβολές με μέγιστα και ελάχιστα του σήματος που εντοπίστηκε από το το σαρωτή MWR. Αυτά τα ελάχιστα και μέγιστα εμφανίζονται με διακυμάνσεις του πάχους του στρώματος του πετρελαίου που είναι της τάξης του μήκους κύματος της ακτινοβολίας των μικροκυμάτων, δηλαδή, στο φάσμα των χιλιοστόμετρων μέχρι εκατοστών. Αυτό καθιστά τον σαρωτή MWR κατάλληλο για τον εντοπισμό των παχύτερων στρώματων μιας πετρελαιοκηλίδας στις απορρίψεις (ως επί το πλείστον τυχαίες) των μεγάλων ποσοτήτων πετρελαίου.

Σχετικοί σύνδεσμοι SEOS