CC BY
379ндiру ущгымасында барлык перфорация аралыгына бiрдей эсер ету Yшiн баяулаткыштар (багыт взгертк1штер) колданган ттмда.
Тэж1рибе кврсеткендей ущгыма TY6iH туз кышкылымен вндеуде барынша жаксы нэтиже кысымды кышкылдык вндеу кезiнде алынады. Бул туз кышкылы ерiтiндiсiнiн карбонатты жыныстармен эрекеттесу жылдамдыгын баяулатады, керганше белсендi тYрде кабатка барынша терещрек енуiне мYмкiндiк бередi.
Кышкылмен вцдеудщ тиiмдiлiгi, ущгыманы вщдегеннен кейiнгi косымша алынган мунай шыгымыньщ жалпы косындысымен аныкталады.
^олданьютан эдебиеттер
1. Ибрагимов Л.Х. Интенсификация добычи нефти / Л.Х. Ибрагимов, И.Т. Мищенко, Д.К. Челоянц -М.: Наука, 2000. -414с.
2. Анализ разработки северо-восточной тур-нейской залежи месторождения Чинаревское. АО «НИПИнефтегаз», г.Актау, 2007 г.
3. Ихсанов, К.А. Методы повышение нефтеотдачи пласта / К.А. Ихсанов, Г.Е. Калешева. -Уральск, ЗКФ АО «НЦ НТИ»,2017. -92 с.
4. Майлибаева Г.Д. Новые технологии добычи нефти Учебное пособие - Астана, 2009, 180 с.
5. Нурсултанов FM., Абайылданов КН. Мунай мен газды вндiрiп, вндеу./ FM. Нурсултанов, КН. Абайылданов —Алматы: 2003, 369-379 б.
ДИСТАНЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА МОРСКИХ ЛЬДОВ КОСМИЧЕСКИМИ
РАДИОЛОКАТОРАМИ
Гавриленко А.С.
Научный сотрудник,
Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков.
Ефимов В.Б.
Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков.
Левадный Ю.В. Научный сотрудник,
Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков.
Стадник А. М.
Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков.
Яцевич С. Е.
Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков.
Яцевич Е.И.
Кандидат физико-математических наук, Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков.
REMOTE SEA ICE DIAGNOSTICS USING SPACEBORN RADAR
Gavrilenko A.
Research Scientist
Usikov Institute of Radiophysics and Electronic, NAS of Ukraine, Kharkov
Yefimov V.
Senior Research Scientist, Ph.D. in Radio Physics Usikov Institute of Radiophysics and Electronic, NAS of Ukraine, Kharkov.
Levadny Yu. Ph.D. in Radio Physics
Usikov Institute of Radiophysics and Electronic, NAS of Ukraine, Kharkov.
Stadnik A.
Senior Research Scientist, Ph.D. in Radio Physics Usikov Institute of Radiophysics and Electronic, NAS of Ukraine, Kharkov.
Yatsevich S.
Senior Research Scientist, Ph.D. in Radio Physics Usikov Institute of Radiophysics and Electronic, NAS of Ukraine, Kharkov.
Yatsevich E.
Ph.D. in Radio Physics
Usikov Institute of Radiophysics and Electronic, NAS of Ukraine, Kharkov
Аннотация
В статье представлен опыт работ по исследованиям характеристик морских льдов с использованием радиолокационных (РЛ) изображений космических радиолокаторов обзора. Представлены результаты радиолокационной съемки из космоса ледяных покровов морей и океанов в различных районах Арктики и
Антарктики, а также в акваториях замерзающих морей средних широт на разных стадиях льдообразования, приведены примеры тематической обработки РЛ данных.
Abstract
The article presents the experience of researching the sea ice characteristics using radar (RL) images from space radars. The results of a radar survey of the ice cover of the seas and oceans in various regions of the Arctic and Antarctic from outer space, as well as in the waters of the freezing seas of middle latitudes at different stages of ice formation are presented, the examples of thematic processing of radar data are considered.
Ключевые слова: радиолокационное изображение; морской лед; возраст льда; ледник; радиолокатор.
Keywords: radar image; sea ice; ice age; glacier; radar.
К числу важнейших проблем, требующих для своего решения применения методов и средств дистанционного радиолокационного зондирования природной среды Земли, относятся исследования природных льдов. Обширные площади полярных морей, океанов, а также внутренних водоемов покрываются слоем льда различной толщины, образующимся при замерзании морской воды.
Условия мореплавания в ледовых районах в значительной степени определяются состоянием ледяного покрова на этих акваториях, вследствие чего возникает постоянная необходимость в текущей и прогностической ледовой информации на региональном уровне.
СТ°лБ,-
Проведенный анализ свойств рассеяния радиоволн морскими льдами [1- 3] свидетельствуют о достаточно высокой чувствительности изменений удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) с возрастом льда, его физико-химическими и электрофизическими свойствами. Вследствие чего, радиолокационные изображения, получаемые радиолокаторами бокового обзора (РБО), содержат значительный объем информации о состоянии и структуре ледяного покрова.
Обобщенная зависимость УЭПР от возраста льда, построенная по данным [1-5] и результатам натурных экспериментов, проведенных ИРЭ НАН Украины, представлена на рис. 1.
■ ю
_I_
шыыМыс
.v.u1iikii
Рис. 1. Обобщенная зависимость ЭПР морского льда от возраста (толщины) в 3см диапазоне радиоволн
LlftipiiClb UL'IPU i 11: -.1 .
HHJSi mUKUDfl H I I) СИ МД
HHpjlH
i.yl1ki. иг 11t-1 ¡1
I;IK.umII uuhutciinm
гцл
I-1-TIJ-12IJ tn
nmcmfl
uvHciniiiiil
N -ISO СИ
ii-Ml ii.il-'нии
Приведенная зависимость в общем виде характеризует изменение УЭПР с возрастом морского льда и составляет основу методов интерпретации космической радиолокационной информации [4,6].
С учетом особенностей льдообразования и температурного режима эти данные могут быть использованы и для интерпретации результатов радиолокационной съемки в замерзающих акваториях внутренних морей средних широт, например, Азово-Черноморского бассейна. Принимая во внимание изложенные соображения, рассмотрим возможности решения задач дистанционной диагностики ледяных покровов Земли космическими РБО.
Решение ряда практических задач дистанционной диагностики морских льдов, таких как гидрометеорологическое обеспечение мореплавания, климатические исследования, требует высокой оперативности получения и обработки радиолокацион-
ной информации. В связи с этим, представляет интерес оперативная обработка радиолокационных изображений, направленная на оценку состояния ледяных покровов и морской поверхности непосредственно по радиолокационным изображениям, получаемым на наземных пунктах приема информации.
Остановимся на ряде примеров решения задач дистанционной диагностики ледяных покровов Земли космическими РБО ИСЗ типа «Космос-1500»/«0кеан»/«сич» [6].
Значительный научный и практический интерес представляют исследования пространственного распределения толщины морского льда в зимний период года. Как показано выше, связи УЭПР морского льда с его возрастом (толщиной) могут быть использованы для решения этих задач радиофизической аппаратурой космического базирования. На
рис. 2. приведено РЛ изображение Карского моря Северного Ледовитого океана.
РЛ изображение охватывает обширный район
занятый ледовыми покровами различного возраста.
а б
Рис. 2. РЛ- изображение Карского моря и Северного Ледовитого океана 20.02.85 г.
2а; 2б - карта-схема района
На рис. 2а, возможно выделение участков с морскими льдами, отличающихся яркостью, а, следовательно, и УЭПР.
Рис. 3. Ледовая обстановка за вторую декаду февраля 1985 г. (Карта ледовой обстановки ААНИИ г. Санкт-Петербург)
Основываясь на обобщенных связях УЭПР морского льда с его возрастом и принимая во внимание особенности гидрометеорологического режима в рассматриваемом районе, возможно построение карты распределения ледяного покрова. Карта-схема и пространственное распределение возраста ледяного покрова [7], построенная в результате анализа РЛИ (рис. 2а) представлена на рис.3.
Результаты анализа РЛИ, в целом, удовлетворительно соответствуют данным о распределении льда за вторую декаду февраля 1985 года (рис. 3), что подтверждает возможность использования информации космических РБО для определения, по крайней мере, 3 - 4 возрастных градаций льда и построения обзорных карт ледовой обстановки. Кроме того, при последовательных наблюдениях
возможно также исследование динамических процессов, что необходимо для составления ледовых прогнозов.
Регулярные наблюдения ледовой обстановки позволяют также определять вектор дрейфа отдельных полей многолетнего льда и прослеживать динамику изменчивости границы многолетних льдов [4, 6]. На рис. 4 приведены РЛИ Карского моря и многолетних льдов в районе Северного полюса, полученные 25.11.83 г., 12.12.83 г. и 14.03.84 г. На всех РЛИ отчетливо видна граница многолетних и однолетних льдов. На РЛИ (рис. 4а) в районе о. Шмидта наблюдается гигантское поле многолетнего льда, имеющего характерный размер ~ 80 км. РЛ изображения, приведенные на рис. 4, позволяют
проследить дрейф этого поля, а также изменчивость границы многолетних льдов. Так граница многолетних льдов за период с 25.11.83 г. по 14.03.84 г. сместилась на север на расстояние 400км, а поле многолетнего льда - от о. Шмидта на расстояние 300 км к северо-западу. Средняя скорость дрейфа границы паковых льдов по данным длительных наблюдений, примеры которых представлены на рис. 4, составляет около 6 см/с. Векторы дрейфа многолетних льдов в период с ноября 1983 г. по март 1984 г. показаны на рис. 4г. Возможность определения скорости дрейфа ледяных полей и образований позволяет использовать информацию космических РБО для непрерывного построения карт течений и дрейфа льдов, что является важной задачей изучения полярных районов.
а б в г
Рис. 4. РЛ изображение Карского моря и многолетних льдов в Арктическом бассейне за25.11.83 г. (а), 12.12.83 г. (б) и 14.03.84г. (в), (г) - положение границы однолетних и многолетних льдов
Весьма перспективным представляется использование космической радиолокационной информации для проведения региональных исследований особенностей ледового режима Арктических морей. На рис. 5 представлены РЛИ одного и того же района Чукотки и Северного Ледовитого океана, полученные в осенний период с разницей во времени около года. Сравнение (рис. 5а, 5б и 5в) сви-
детельствует о существенном отличии ледовой обстановки в районе пролива Лонга. На рис.5а отчетливо видна структура многолетних льдов, которые осенью 1983 г. распространялись до побережья Чукотки. В сентябре 1984 г. граница многолетних льдов находилась севернее о. Врангеля (рис. 5б), а в сентябре 1985 г. в проливе Лонга наблюдались многолетние льды различной сплоченности (рис. 5в).
а б в
Рис. 5. РЛИ Чукотки и Северного Ледовитого океана за 24.11.83 г. (а), 14.09.84 г. (б), 19.09.85 г. (в)
Приведенные на рис. 6 примеры подтверждают возможность проведения исследований изменчивости ледовой обстановки на региональном уровне, а при систематических наблюдениях подобная информация может быть использована для составления долгосрочных прогнозов.
Большое практическое значение представляет информация о границе лед - вода. Определение границы многолетних льдов и открытой воды в холодный период года, как правило, не вызывает затруднений (см. напр. рис. 5в). Однако, некоторые
трудности возникают при определении границы море-лед на открытых акваториях при достаточно развитом волнении. Радиолокационные контрасты на границе лед - вода могут быть неоднозначными, поэтому при интерпретации РЛИ необходимо учитывать дополнительные данные (характерную структуру волнения, сопутствующую оптическую информацию, данные контактных измерений и т.д.).
Пример наблюдения границы лед-вода в Норвежском море представлен на рис. 6.
а б в
Рис. 6. РЛ (а) и оптическое (б) изображения Норвежского моря, 2.10.1996 г.; (в) результаты тематической обработки
При последовательной радиолокационной съемке из космоса информация о положении кромки лед - вода может быть использована для контроля зон распространения дрейфующих льдов
в Арктическом бассейне. Следует отметить, что результаты оперативной съемки состояния морского льда космическими РБО серии Космос-
1500/Океан/Сич вполне удовлетворительно совпадают с результатами, полученными космическим радиолокатором с синтезированной апертурой ЯАБАКБАТ [8].
Наряду с исследованиями морских льдов в Арктике, большой интерес представляет использование космических РБО для изучения Антарктического ледяного покрова. Морфологическая структура антарктических дрейфующих льдов может отличаться от соответствующей структуры ледяного покрова арктических морей, что связано с особенностями льдообразования в Антарктике. Процессы формирования и роста антарктических льдов, как правило, происходят при сильном ветре и обильных снегопадах, вследствие чего в верхних слоях может образовываться смерзшаяся смесь снега с морской водой. Кроме того, под весом снежного покрова поверхность льда может опускаться ниже уровня моря, что приводит к просачиванию морской воды через лед в толщу снега. В результате смерзания образуются слои инфильтрационного льда, которые в осенне-зимний период могут образовываться неоднократно [9].
Влияние особенностей структуры антарктических морских льдов на свойства рассеяния радиоволн этими образованиями до настоящего времени практически не исследовались, однако анализ радиоизображений, полученных космическими РБО свидетельствует о возможности использования космической радиолокационной информации для дистанционной диагностики дрейфующих льдов в Антарктике [1, 4, 5, 6].
На рис. 7 приведены примеры РЛИ участка Антарктического полуострова, полученные в зимний период года. Как видно, на РЛИ достаточно контрастно выделяется граница распространения льда. Кроме того, на РЛИ наблюдаются изменения интенсивности радиолокационных отражений, которые могут быть обусловлены как отличиями физических и физико-химических свойств, так и с особенностями структуры ледяного покрова. Отметим
также наличие контрастной границы между шель-фовым ледником и морскими льдами.
На рис. 8 представлены результаты съемки района Антарктического полуострова в период антарктического лета 1996 г. Анализ РЛ и съемки и синхронной оптической съемки позволяет без особого затруднения выделить границы распространения морских льдов в этом районе.
Способность космических радиолокационных систем определять пространственную структуру морских льдов в полярных районах Арктики и Антарктики может использоваться для обеспечения морских операций в этих районах. При этом, особенно важной представляется возможность космических РБО обнаруживать крупномасштабные каналы и разводья в морских льдах [4, 6]. Так, на РЛИ района о. Врангеля (рис. 5а) можно выделить каналы и трещины в многолетних льдах (темные полосы на РЛИ). Эти каналы с молодым льдом или водой имеют характерную ширину 3 - 5 км и являются достаточно устойчивыми. Подобная информация о наличии трещин была использована при выводе каравана судов, следующего в Певек в октябре 1983 г.
Одной из задач исследований ледяных покровов является контроль за формированием и дрейфом айсбергов, которые образуются из льда шель-фовых ледников в полярных районах, которые связаны с Антарктидой.
Возможность обнаружения айсбергов радиолокационными методами во многом обусловлена особенностями рассеяния радиоволн ледниковыми покровами. Отметим, что шельфовые ледники Антарктиды и ледниковые купола на островах Арктического бассейна характеризуются большими значениями УЭПР (светлые участки на РЛИ), что позволяет уверенно идентифицировать их на фоне других типов поверхности [4-6].
Примером могут служить РЛ изображения ледниковых покровов, полученные в различных районах Арктики и Антарктиды в осенне-зимний период. На РЛИ (рис. 7,8) контрастно выделяются шельфовые ледники Антарктиды.
a б в
Рис. 8. РЛ (а) и оптическое (б) изображения Антарктического п-ова; (в) -результаты тематической обработки
Также контрастно наблюдаются и ледниковые ность идентификации шельфовых ледников Ан-купола на островах Новая Земля и Шмидта (рис. 5). тарктиды и ледниковых куполов на островах Арк-Рассмотренные примеры подтверждают возмож- тического бассейна в осенне-зимний период.
1 т
иг ¡¡¡р
> — у ж
а б в
Рис. 9. РЛ изображение Антарктики 8.12.83 г. (а) и 5.01.84 г. (б), (в) - карта-схема района
Исходная информация 18.02.1996 24.02.1996 01.04.1996
Наряду с исследованиями ледяных покровов в геофизических масштабах весьма эффективным является использование данных РБО для решения региональных задач гидрометеорологического обеспечения мореплавания в замерзающих морях умеренных широт. Результаты съемки космическими РБО могут быть использованы для наблюдения процессов льдообразования в бассейнах Черного и
Азовского морей. На рис. 10 представлены РЛ изображения акватории Азовского моря. Там же приведены результаты тематической обработки, позволяющие проследить динамику изменения ледовой обстановки [10] . Подобная информация представляет несомненный интерес при осуществлении навигации в бассейне Азовского моря.
Г 1» г
1 . _ —4—
Vn < 1 1 .CI-а
Результаты тематической обработки
ktttÜE
Рис.10. Динамика изменения ледовой обстановки в бассейне Азовского моря по данным радиолокационного зондирования с ИСЗ "Сич-1"
Заключение
Таким образом, космические обзорные радиолокационные системы дистанционного зондирования позволяют оперативно решать задачи дистанционной диагностики ледяных покровов. Перспективным представляется адаптация описанных в работе методов интерпретации радиолокационных данных, которые получаются с помощью существующих
космических радиолокаторов с синтезированной апертурой типа Sentinel-1 [11].
Оперативный анализ информации, получаемой космическими РБО, позволяет решать практические задачи гидрометеорологического обеспечения мореплавания в ледовых районах.
Список литературы:
1. Onstott R. G., Moore R. K., Weeks W. F. et al. Surfacebased scatterometer results of Arctic sea // IEEE Trans. Geosci. Electronic. - 1979. - GE - 17, N 3. - P. 78 - 85.
2. Eфимoв B. Б. Иccлeдoвaниe лeдoвыx пoкpoвoв paдиoфизичecкими cpeдcтвaми c aэpoкocмичecкиx нocитeлeй / B. Б. Eфимoв, A. И. Kaлмыкoв, B. A. ^мяк и др. // Изв. AH CCCP. Физии aтмocфepы и oreara. - 1985. - T. 21, N 5. - C. 512 - 520.
3. Бушуев А.В. Исследование ледяного покрова с помощью радиолокационных станций бокового обзора(РЛС БО) / Ю.Д. Быченков В.С. Лощи-лов, А.Д. Масанов // - Л.: Гидрометеоиздат. - 1985. - 264 с.
4. Назиров М. Радиолокация поверхности Земли из космоса / Назиров М., Пичугин А. П., Спиридонов Ю. Г. и др.; под ред. Л. М. Митника, С. В. Викторова. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1990. - 200 с.
5. Ефимов B. Б. Исследование состояния ледниковых покровов Антарктиды с помощью радиофизической аппаратуры / B. Б. Ефимов, B. А. Комяк, A. C. Курекин и др. // Исслед. Земли из космоса. - 1990.- N 4. - C. 3-11
6. Боев А. Г. Радиолокационные методы и средства оперативного дистанционного зондирования Земли с аэрокосмических носителей / А. Г. Боев, В. Б. Ефимов, В. Н. Цымбал и др.; под ред. С. Н. Конюхова, В. И. Драновского, В. Н. Цымбала. - Киев: Изд. НАН Украины. - 2007. - 440 с.
7. Международная символика для морских ледовых карт и номенклатура морских льдов / Под ред. Б.А. Крутских. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. -56с.
8. Alexandrov V.Y. Comparison of sea ice signatures in OKEAN and RADARSAT radar images for the northeastern Barents Sea / Sandven S., Kloster K., Bobyev L.P., Zaitsev L.V. // Canad. J. Remote Sensing. - 2004. - № 30(6). - P. 882-892.
9. Буйницкий B.X. Mopcrae льды и afc6epra Amarara / -Л.: Изд^ ЛГУ. - 1973. - 255 c.
10. Eфимoв B. Б. Применение радиолокации Земли из космоса в гидрометорологии /B. Б. Eфимoв, B. A. ^мяк, A. C. Kypeкин и др. // Космь чна наука та технолопя. - 2000. - T. 6, № 5/6. - C. 16 - 28.
11. Sentinel-1: ESA Radar Observation Mission for GMES Operational Services (ESA SP-1322/1. March 2012). AG Noordwijk. - 2012. - 86 p.
