Supplement 2.17: De microgolfradiometer (2/2)

Oliedetectie

We hebben gezien dat de oliefilmdikte op water in het millimeter- tot centimenterbereik moet liggen om interferentieranden in het microgolfspectraalbereik te veroorzaken. Dit wordt afgebeeld in onderstaande grafiek.

Zoom Sign
Microwave brightness temperature of oil
Helderheidstemperatuur van olie gegeven in absolute temperaturen (Kelvin-schaal) als functie van de oliefilmdikte in millimeter, getoond voor drie frequenties in het microgolfbereik. De invalshoek van het gezichtsveld van de radiometer op het olieoppervlak is 41° (5 GHz), 54° (17 GHz), en 50° (34 GHz).
Bron: The Archimedes 1 Experiment, Joint Research Centre, Ispra Establish- ment, redrawn.

De randen zouden het mogelijk moeten maken om de dikte van olielagen op het wateroppervlak te meten met een MWR-scanner! Het signaal bij een gegeven frequentie wordt tijdens het overvliegen van een olievlek gemoduleerd naargelang de lokale laagdikte. De gemeten intensiteiten worden dan omgezet in schommelingen van de helderheidstemperatuur m.b.v. de Stralingswet van Planck. Maar een enkelvoudige detectiefrequentie zal leiden tot vage gegevens vanwege de periodieke schommelingen van de helderheidstemperatuur bij toenemende of afnemende olielaagdikte. Dit kan echter verholpen worden met instrumenten die verschillende frequenties gebruiken zoals in bovenstaande grafiek te zien is.

De mogelijkheden om olielaagdikte te meten met MWR zijn duidelijk te zien in de gegevens van twee radiometers met een detectiefrequentie van 90 en 32 GHz. We weten dat grote volumes op water geloosde olie gekenmerkt worden door een kern met een laagdikte in de orde van grootte van millimeters tot centimeters, omringd door dunne lagen olie die slechts een paar micrometer dik zijn, die door de wind in kleine plekken opgebroken worden. Kennelijk "ziet" de MWR-scanner deze dunne films niet. Hij lokaliseert de dikke delen van een olieslik, wat het geschikt maakt voor de begeleiding van bestrijdingsschepen tijdens het opruimen van de olievlek.

Ernstige beperkingen van MWR-toepassingen ontstaan, wannneer men probeert verweerde oliepartijen te detecteren. Door wind en golven worden waterdruppels constant in een olielaag gedispergeerd, wat leidt tot emulgering. Het principe van microgolfradiometrie is het detecteren van thermische straling afgegeven door het water onder de olie. Deze straling wordt door de transparante olielaag gezonden (en hierbij gemoduleerd door interferentie). Waterdruppels in olie geven echter thermische straling af op dezelfde manier als een schoon wateroppervlak. Daardoor zijn geëmulsifieerde oliën onzichtbaar voor microgolfradiometrie. .

Een andere beperking komt voor in gevallen waar de olielaagdikte te sterk varieert over korte afstanden, wat niet opgelost kan worden met de pixel-verdeling van de MWR-scanner op de grond. Bijgevolg worden één of meerdere minima of maxima van de interferentieranden niet gedetecteerd en dus niet geteld bij het beoordelen van de olielaagdikte. Dit kan leiden tot onjuiste resultaten van de verdeling van de olielaagdikte afgeleid met MWR-scanners.



Zoom Sign
Microwave brightness temperature of oil
Zware stookolieslik met een totaal volume van 17 m3 gemeten met een MWR-scanner van 90 GHz (linker beeld) en 32 GHz (rechter beeld). De vliegrichting op de beelden is verticaal georiënteerd en de scanbreedte op de grond is 282 m. De helderheidstemperaturen nemen toe van lichtblauw via donkerblauw en rood naar geel. De maximale schommelingen in helderheidstemperatuur zijn 20 K (linker beeld) en 17 K (rechter beeld).
Bron: The Archimedes 2 Experiment, Joint Research Centre, Ispra Establishment.
De MWR-scanner is een passieve microgolfradiometer die specifieke frequentiebanden in het bereik van 1 tot 100 GHZ detecteert in combinatie met een scanner voor beelddetectie van olie op water langs de vluchtbaan van een vliegtuig. Het fysische principe is gebaseerd op het detecteren van thermische straling afgegeven door zeewater bij microgolffrequenties, terwijl een olielaag op het water transparant is voor deze straling. In de olielaag treden interferentie-effecten op, wat leidt tot interferentieranden met maxima en minima van het door de MWR-scanner gedetecteerde signaal. Deze minima en maxima treden op bij variaties in de olielaagdikte die in de orde van grootte van de golflengte van de microgolfstraling zijn, d.w.z. in het millimeter- tot centimeter-bereik. Daardoor is de MWR-scanner geschikt voor het lokaliseren van de dikke lagen van een olievlek na (meestal accidentele) lozingen van grote hoeveelheden olie.

Gerelateerde SEOS-links