НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК НА ФОНЕ ЭВТРОФНОЙ ВОДЫ В УСЛОВИЯХ ВЕТРОВОГО ВОЛНЕНИЯ

Александр  Андреевич  Мольков; Вадим  Вадимович  Пелевин

doi:10.37890/jwt.vi63.80

А.А. Мольков Институт прикладной физики Российской академии наук. Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия https://orcid.org/0000-0002-8550-2418
В.В. Пелевин Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук, г. Москва, Россия https://orcid.org/0000-0001-6016-8970

DOI: https://doi.org/10.37890/jwt.vi63.80

Аннотация

В работе представлены результаты натурного исследования флуоресценции веществ загрязнителей (дизельного топлива и нефти марки Urals), а также спиртового раствора олеиновой кислоты, имитирующей нефть по вязко-упругим характеристикам. Для этого на Горьковском водохранилище в условиях ветрового волнения создавались локальные области искусственных поверхностных загрязнений (сликов), последовательно пересекаемые под различными углами к ветру и волнению при непрерывном лидарном зондировании верхнего водного слоя. Регистрация сигналов осуществлялась лазерным ультрафиолетовым флуоресцентным лидаром девятого поколения УФЛ-9 разработки Института океанологии РАН. В ходе анализа сигналов были установлены спектральные интенсивности и особенности флуоресценции исследуемых веществ, даны оценки возможности обнаружения веществ на фоне эвтрофной воды, обнаружены загрязнения в той части взволнованной водной поверхности, где визуальное наблюдение загрязнителей не дает результата, а также качественно проанализированы возможности оценки толщин пленок. Полученные результаты полезны для дальнейшего развития флуоресцентных методов и средств оперативного дистанционного мониторинга опасных загрязнений водоема.

Ключевые слова: флуоресценция, лидарное зондирование, слики, антропогенные загрязнения, нефть, дизель, ветровое волнение, внутренние водоемы

Литература

Leifer I., State of the art satellite and airborne marine oil spill remote sensing: Application to the BP Deepwater Horizon oil spill / I. Leifer, W. J. Lehr, D. Simecek-Beatty, E. Bradley, R. Clark, P. Dennison, J. Wozencraft // Remote Sensing of Environment. – 2012. – Vol. 124. – Pp. 185-209. https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.03.024. https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.03.024

Fingas M., The challenges of remotely measuring oil slick thickness / M. Fingas // Remote sensing – 2018. – Vol. 10. – Is. 2. – Pp. 319-337. https://doi.org/10.3390/rs10020319. https://doi.org/10.3390/rs10020319

Богородский В.В. Дистанционное обнаружение нефтяных загрязнений вод ИК-лазером / В.В. Богородский, М.А. Кропоткин. – Л.: Гидрометеоиздат, 1975. – 40 с.

Kordyban E., Instrumentation to measure the oil thickness on wavy water surface / E. Kordyban, S. Cuker // Review of Scientific Instruments. – 1978. – Vol. 49. – Is. 11. – Pp. 1574-1578. https://doi.org/10.1063/1.1135313

Индикация нефтяных пленок на море с помощью лидара на CO2 / К.С. Шифрин, В.Ю. Осадчий, Г.К. Беляков, И.Я. Гуревич, В.А. Пороховник, А.А. Лимин // В кн.: Пятый Всес. Симпозиум по лазерному и акуст. Зонд. Атмосферы. Тезисы. – 1978. – Т. 1. – С.155-159.

Babichenko S., Laser remote sensing of the European marine environment: LIF technology and applications/ S. Babichenko // Remote Sensing of the European Seas. Springer, Dordrecht. – 2008. – Pp. 189-204. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-6772-3_15. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-6772-3_15

Мазуров И.В., Лазерная диагностика нефтепродуктов и растворенных органических веществ в воде / И.В. Мазуров, В.В. Фадеев, В.В. Чубаров // Материалы УI Пленума РГ по оптике океане. – 1983. – С. 28-32.

Development of airborne oil thickness measurements / C.E. Brown, M.F. Fingas // Marine Pollution Bulletin. – 2003. – Vol. 47. – Is. 9-12. – Pp. 485-492. https://doi.org/10.1016/S0025-326X(03)00203-0. https://doi.org/10.1016/s0025-326x(03)00203-0

Hengstermann T., Lidar Fluorosensing of Mineral Oil Spills on the Sea Surface / T. Hengstermann, R. Reuter // Applied Optics. – 1990. – Vol. 29. – Is.22. – Pp. 3218-3227. https://doi.org/10.1364/ AO.29.003218. https://doi.org/10.1364/ao.29.003218

Brown C.E. Laser fluorosensors / C.E. Brown // In book: Oil spill science and technology. Gulf Professional Publishing. – 2011. – P. 171-184. https://doi.org/10.1016/C2015-0-04851-1. https://doi.org/10.1016/b978-1-85617-943-0.10007-3

Карабашев Г.С. Сравнение физических характеристик флуоресценции техногенных загрязнений с характеристиками флуоресценции натуральной воды / Г.С. Карабашев, М.А. Шматко // Материалы УI Пленума РГ по оптике океане. – 1983. – С. 20-27.

Hoge F.E. Oil film thickness measurement using airborne laser-induced water Raman backscatter / F.E. Hoge, R.N. Swift // Applied Optics. – 1980. – Vol. 19. – Is. 19. – Pp. 3269-3281. https://doi.org/10.1364/AO.19.003269. https://doi.org/10.1364/ao.19.003269

Piskozub J., A Lidar system for remote measurement of oil film thickness on sea surface / J. Piskozub, V. Drozdowska, V. Varlamov // Environments. – 1997. – Vol. 17. – Pp. 19.

Архив погоды Волжской ГМО. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://rp5.ru (дата обращения: 16.04.2020).

Palmer S.C. Ultraviolet Fluorescence Lidar (UFL) as a Measurement Tool for Water Quality Parameters in Turbid Lake Conditions / S.C. Palmer, V.V. Pelevin, I.V. Goncharenko, A. Kovács, A. Zlinszky, M. Présing, H. Horváth, V. Nicolás-Perea, H. Balzter, V. Tóth // Remote Sensing. – 2013. – Vol. 5. – Pp.4405-4422. https://doi.org/10.3390/rs5094405. https://doi.org/10.3390/rs5094405

Goodman R.H. Simple remote sensing system for the detection of oil on water, Environmental Studies Research Funds, Report Number 098. Research Department, Esso Resources Canada Ltd, Calgary, Alberta, Canada, – 1988. – Pp. 6–9.

Fingas M. How to measure slick thickness (or not) / M. Fingas // Proc. of the 35th Arctic and Marine Oil spill Program Technical Seminar. – 2012. – Pp. 617–652. https://doi.org/10.1016/s0025-326x(03)00204-2

Ермаков С.А. О гребенчатой структуре границ сликов на морской поверхности / С.А. Ермаков, О.Ю. Лаврова, И.А. Капустин, А.В. Ермошкин, А.А. Мольков, О.А. Даниличева // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из Космоса. – 2018. – Т. 15. – № 7. – С. 208–217. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-7-208-217. https://doi.org/10.21046/2070-16dzzconf-2018a

Ermakov S.A. Drift and shape of oil slicks on the water surface / S.A. Ermakov, O.A. Danilicheva, I.A. Kapustin, A.A. Molkov // Proc. SPIE 11150, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions 2019, 111500J (14 October 2019). https://doi.org/10.1117/12.2533203. https://doi.org/10.1117/12.2533203

Пелевин В.В. Мелкомасштабная пространственная изменчивость биооптических полей по данным флуоресцентного лидара. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. ИО РАН. Москва. – 2017. – 159 с. https://doi.org/10.1007/bf02526507

Lennon M. Detection and mapping of oil slicks in the sea by combined use of hyperspectral imagery and laser induced fluorescence / M. Lennon , S. Babichenko, N. Thomas, V. Mariette, G. Mercier, A. Lisin // EARSeL eProceedings. – 2006. – Vol. 5. – Is. 1. – Pp. 120–128.

Kyriakdis N.B., Fluorescence Spectra Measurement of Olive Oil and Other Vegetable Oils / N.B. Kyriakdis, P. Skarkalis // Journal of AOAC International. –2000. – Vol. 83, – Is. 6, – Pp. 1435–1439. https://doi.org/10.1093/jaoac/83.6.1435. https://doi.org/10.1093/jaoac/83.6.1435

Данные авторов

Александр Андреевич Мольков , Институт прикладной физики Российской академии наук. Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия

к.ф.-м.н., научный сотрудник отдела радиофизических методов в гидрофизике, Институт прикладной физики Российской академии наук (ФГБНУ "ИПФ РАН"), 603950, г. Нижний Новгород. БОКС-120, e-mail: a.molkov@inbox.ru

Вадим Вадимович Пелевин , Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук, г. Москва, Россия

старший научный сотрудник лаборатории взаимодействия океана с водами суши и антропогенных процессов, Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ФГБНУ "ИО РАН"), 117997, г. Москва, Нахимовский пр., 36, e-mail: vvpelevin@gmail.com