В апреле 2011 года в издательстве InTech вышла в свет книга «Waste Water – Evaluation and Management», ISBN 978-953-307-233-3, 470 стр. под редакцией Fernando Sebastián García Einschlag. Академик БОНДУР В.Г. является автором одной из глав этой книги «Космический мониторинг и математическое моделирование турбулентных струй глубинных стоков в прибрежных акваториях» («Satellite monitoring and mathematical modelling of deep runoff turbulent jets in coastal water areas»).
С содержанием этой главы можно ознакомиться на сайте: http://www.intechopen.com/articles/show/title/satellite-monitoring-and-mathematical-modelling-of-deep-runoff-turbulent-jets-in-coastal-water-areas
С книгой можно ознакомиться на сайте:
http://www.intechweb.org/books/show/title/waste-water-evaluation-and-management
Аннотация главы RUS
«Waste Water – Evaluation and Management»
под редакцией Fernando Sebastián García Einschlag
Издательство InTech
ISBN 978-953-307-233-3
«Космический мониторинг и математическое моделирование турбулентных струй глубинных стоков в прибрежных акваториях»
2011 г. В.Г. БОНДУР
Государственное учреждение «Научный центр аэрокосмического мониторинга «АЭРОКОСМОС», Россия
В настоящей работе рассматриваются возможности применения современных космических методов и средств, а также методов математического моделирования турбулентных струй для мониторинга загрязнений прибрежных акваторий, связанных с глубинными стоками. Основное внимание уделяется проведению комплексных исследований, позволяющих интегрировать дистанционные и подспутниковые данные, а также результаты моделирования. Космический мониторинг осуществляется с использованием методов, основанных на регистрации деформаций пространственной структуры поверхностного волнения и гидрооптических неоднородностей, возникающих при взаимодействии струй заглубленных стоков с приповерхностным слоем и поверхностью океана.
Приводятся некоторые результаты, полученные при комплексном мониторинге антропогенных воздействий на акваторию бухты Мамала в Южной части острова Оаху (Гавайские острова, США), которые подтверждаются данными, полученными в акватории Черного моря у г. Геленджик (Россия).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Амбарцумян Е.Н., Аставин В.с., Вояринцев В.И. и др. Оценка возможности выхода гидродинамических возмущений на поверхность океана при истечении сточных вод из погруженного коллектора. М.: «Гидрофизика». Институт прикладной математики РАН, 1995. 33 с.
2. Бондур В.Г. Аэрокосмические методы в современной океанологии. // В кн. «Новые идеи в океанологии». Т1: Физика. Химия. Биология / Отв. ред. М.Е. Виноградов, С.С. Лаппо. — М.: Наука, 2004, с. 55 – 117.
3. Бондур В.Г., Гребенюк Ю.В. Дистанционная индикация антропогенных воздействий на морскую среду, вызванных заглубленными стоками: моделирование, эксперименты// Исследование Земли из космоса, 2001, №6, с. 49-67.
4. Бондур В.Г., Гребенюк Ю.В., Сабинин К.Д. Специфические неоднородности мелкомасштабных течений на шельфе в области влияния придонной конвекции. Доклады Академии наук, 2009б, том 429, № 1, с. 110–114.
5. Бондур В.Г., Филатов Н.Н., Гребенюк Ю.В., Долотов Ю.С., Здоровеннов Р.Э., Петров М.П., Цидилина М.Н. Исследования гидрофизических процессов при мониторинге антропогенных воздействий на прибрежные акватории (на примере бухты Мамала, о. Оаху, Гавайи) // Океанология, 2007, т. 47, № 6, с. 827-846.
6. Бондур В.Г., Журбас В.М., Гребенюк Ю.В. Математическое моделирование турбулентных струй глубинных стоков в прибрежные акватории //Океанология, том 46, № 6, 2006а. С. 805-820.
7. Бондур В.Г., Журбас В.М., Гребенюк Ю.В. Моделирование и экспериментальные исследования распространения турбулентных струй в стратифицированной среде прибрежных акваторий // Океанология, 2009а, том 49, № 5, с . 645-657.
8. Бондур В.Г., Зубков Е.В. Выделение мелкомасштабных неоднородностей оптических характеристик верхнего слоя океана по многоспектральным спутниковым изображениям высокого разрешения. Исследования Земли из космоса, № 4, 2005, 15 с.
9. Бондур В.Г., Зубков Е.В. Лидарные методы дистанционного зондирования загрязнений верхнего слоя океана // Оптика атмосферы и океана, 2001, т. 14, № 2, с. 142-155.
10. Бондур В.Г., Килер Р.Н., Старченков С.А., Рыбакова Н.И. Мониторинг загрязнений прибрежных акваторий океана с использованием многоспектральных спутниковых изображений высокого пространственного разрешения //Исследование Земли из космоса, № 6, 2006б. С. 42-49 + 9 стр. цв. вклеек.
11. Бондур В.Г., Старченков С.А. Методы и программы обработки и классификации аэрокосмических изображений // Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2001, № 3, с. 118-143.
12. Владимиров А.М., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 424 с.
13. Ерлов Н.Г. Оптика моря // Л.: Гидрометеоиздат. 1980. 249 с.
14. Журбас В.М. Траектории турбулентных струй примеси в устойчиво стратифицированной среде // Вод. ресурсы. 1977. № 4. С. 165-172.
15. Израэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 528 с.
16. Озмидов Р.В. Диффузия примесей в океане. М.: Гидрометеоиздат, 1986. 280 с.
17. Bondur V. Complex Satellite Monitoring of Coastal Water Areas 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment. ISRSE, 2006, 7 p.
18. Bondur V., Filatov N. Study of physical processes in coastal zone for detecting anthropogenic impact by means of remote sensing. Proceeding of the 7 Workshop on Physical processes in natural waters, 2-5 July 2003, Petrozavodsk, Russia. p.p. 98-103.
19. Bondur V., Starchenkov S. Monitoring of Anthropogenic Influence on Water Areas of Hawaiian Islands Using RADARSAT and ENVISAT Radar Imagery. Proceed. of 31st Int. Symp. on Remote Sensing of Environment, St.Petersburg, 2005
20. Bondur V., Tsidilina M. Features of Formation of Remote Sensing and Sea truth Databases for The Monitoring of Anthropogenic Impact on Ecosystems of Coastal Water Areas. Proceed. of 31st Int. Symp. on Remote Sensing of Environment, St.Petersburg, 2006
21. Fisher H., List E., Koh R., Imberger J.Mixing in Inland and Coastal Waters. Academic Press, 1979. 484 p.
22. Gibson C.H., Bondur V.G., Keeler R.N., Leung P.T. Energetics of the Beamed Zombie Turbulence Maser Action Mechanism for Remote Detection of Submerged Oceanic Turbulence. Journal of Applied Fluid Mechanics, Vol. 1, No. 1, pp. 11-42, 2006.
23. Haltrin V.I., Kattawar G.W. Self-consistent solutions to the equation of transfer with elastic and inelastic scattering in oceanic optics: I. Model // Applied Optics. 1993. V.32. # 27. P. 5356-5357. Hawaii,” J. Geophys. Res., No. C8, 109, doi: 10.1029/2003JC002049 (2004).
24. Keeler R., Bondur V., and Gibson C. “Optical Satellite Imagery Detection of Internal Wave Effects from a Submerged Turbulent Outfall in the Stratified Ocean,” Geophys. Res. Lett. 32, L12610, doi: 10.1029/2005GL022390 (2005).
25. Keeler R., Bondur V., Vithanage D. Sea truth measurements for remote sensing of littoral water //Sea technology, April 2004, p. 53-58.
26. Kopelevich O.V. Small-parameter Model of Optical Properties of sea water. Chapter 8 // Ocean Optics. V.1: Physical Ocean Optics / Ed. A.S.Monin. M.: Nauka Publishers. 1983.
27. Merrifield M.A., Alford M.H. Structure and variability of semidiurnal internal tides in Mamala Bay, Hawaii // J. Geophys. Res. 2004. V.109. C05010. doi:10.1029/2003JC002049
28. Stern M.E. The “salt-fountain” and thermohaline convection // Tellus. 1960. ‹ 12. P. 172–175.
29. Wolk F., Prandke H., Gibson C. Turbulence Measurements Support Satellite Observations // Sea Technology, v. 45, No 8, 2004
30. www.wetlabs.com
Аннотация главы ENG
«Waste Water – Evaluation and Management»
Edited by Fernando Sebastián García Einschlag
InTech Open Access Publisher
ISBN 978-953-307-233-3
Satellite monitoring and mathematical modelling of deep runoff turbulent jets in coastal water areas
Valery G. Bondur
AEROCOSMOS Scientific Centre for Aerospace Monitoring
Russia
Introduction
One of the most important problems at the present time is the environmental pollution. Anthropogenic impacts on seas and oceans, and first of all on coastal water areas where more than half of the Earth population lives, makes the great contribution to this problem.
The most intensive effects on ecosystems of coastal waters have deep waste water outfalls (Israel, Tsiban, 1989). Intensive discharges of pollutants in the near-surface layer of the ocean lead to a progressive eutrophication and microbiological contamination of sea water and cause a disruption in the ecosystem’s balance and drop in environmental bio-productivity. Therefore, it is important to organize monitoring of anthropogenic impacts on marine environment caused by deep runoffs.
Study and monitoring of such anthropogenic impacts is usually carried out using in-situ methods, which are of local character. Therefore, the use of aerospace methods and technologies to solve such issues is very promising (Bondur, 2004). This paper gives an overview of contemporary aerospace methods and means, as well as mathematical modelling of turbulent jets caused by deep runoffs, and possibilities of their application to monitor pollutions of coastal water areas. The focus is on the comprehensive studies which allow us to integrate remote and in-situ data with modelling results. For satellite monitoring, the methods are used based on the registration of deformations of surface wave spatial structure and hydrooptical inhomogeneities due to the interaction of deep runoff jets with the ocean surface and the near-surface layer.
Some results from the comprehensive monitoring of anthropogenic impacts on Mamala Bay water area (Oahu Island, Hawaii, USA) are also presented here, as well as data obtained for Black Sea water area near Gelenjik city which confirm these results.
References
1. Ambartsumjan E.N., Astavin V.S., Bojarintsev V.I. etc. Estimation of the possibility of the exit of hydrodynamic perturbations onto the surface of ocean at the outflow of sewage from immersed dumps.-M: Institute of Applied Mathematics Russian Academy of Science » hydro physics «, 1995, p. 33.
2. Bondur V.G. Aerospace methods in Modern Oceanology. In: “New Ideas in Oceanology”. Vol. 1: Physics. Chemistry. Biology. // Ed. by M.E. Vinogradov, S.S. Lappo, — М.: Nauka, 2004, p.p. 55 – 117 (In Russian).
3. Bondur V.G. Complex Satellite Monitoring of Coastal Water Areas 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment. ISRSE, 2006, 7 p.
4. Bondur V.G., Filatov N. Study of physical processes in coastal zone for detecting anthropogenic impact by means of remote sensing. Proceeding of the 7 Workshop on Physical processes in natural waters, 2-5 July 2003, Petrozavodsk, Russia. p.p. 98-103.
5. Bondur V.G., Filatov N.N., Grebenuk Yu.V., Dolotov Yu.S., Zdorovennov R.E., Petrov M.P., Tsidilina M.N. Studies of hydrophysical processes during monitoring of the anthropogenic impact on coastal basins using the example of Mamala Bay of Oahu Island in Hawaii. // Oceanology, Vol. 47, No 6, pp. 769-787.
6. Bondur V.G., Grebenyuk Yu. Remote indication of anthropogenic influences on marine environment caused by deep outfalls, Issledovanie Zemli is kosmosa, 2001, №6, p.p. 49-67 (In Russian).
7. Bondur V.G., Grebenyuk Yu.V., Sabinin K.D. Peculiar Discontinuities in Small-Scale Currents at the Shelf in the Area of Natural Convection Impact // Doklady Earth Sciences, 2009b, Vol. 429, No. 8, pp. 1389–1393
8. Bondur V.G., Keeler R.N., Starchenkov S.A., Rybakova N.I. Monitoring of the Pollution of the Ocean Coastal Water Areas Using Space Multispectral High Resolution Imagery // Issledovanie Zemli is Cosmosa, 2006a, No 6, pp. 42-49 (In Russian).
9. Bondur V.G., Starchenkov S. Monitoring of Anthropogenic Influence on Water Areas of Hawaiian Islands Using RADARSAT and ENVISAT Radar Imagery. Proceed. of 31st Int. Symp. on Remote Sensing of Environment, St.Petersburg, 2006
10. Bondur V.G., Starchenkov S.A. Methods and software for aerospace imagery processing and classification. // Izvestia vuzov. Geodesy and Aerophotoimaging, 2001, No 3, pp. 118-143 (In Russian).
11. Bondur V.G., Tsidilina M. Features of Formation of Remote Sensing and Sea truth Databases for The Monitoring of Anthropogenic Impact on Ecosystems of Coastal Water Areas. Proceed. of 31st Int. Symp. on Remote Sensing of Environment, St.Petersburg, 2006
12. Bondur V.G., Zhurbas V.M., Grebenyuk Yu.V. Mathematical Modeling of Turbulent Jets of Deep-Water Sewage Discharge into Coastal Basins. ISSN 0001-4370, Oceanology, 2006b, Vol. 46, No. 6, pp. 757–771.
13. Bondur V.G., Zhurbas V.M., Grebenuk Yu.V. Modeling and Experimental Research of Turbulent Jet Propagation in the Stratified Environment of Coastal Water Areas // Oceanology, 2009a, Vol. 49, No. 5, pp. 595–606.
14. Bondur V.G., Zubkov E.V. Detection of small-scale inhomogeneities of optical characteristics of ocean upper layer by high resolution multispectral satellite imagery. Part I. Effects of drainage runoffs into coastal water areas// Issledovanie Zemli iz Cosmosa, 2005, No 4, pp. 54-61 (In Russian).
15. Bondur V.G., Zubkov E.V. Lidar methods of the ocean’s upper layer pollution remote sensing // Optica atmospheri i oceana, 2001. Vol. 14, No 2, pp. 142-155 (In Russian)
16. Erlov N.G. Marine optics. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1980. 249 p.
17. Fisher H., List E., Koh R., Imberger J., . Mixing in Inland and Coastal Waters. Academic Press, 1979. 484 p.
18. Gibson C.H., Bondur V.G., Keeler R.N., Leung P.T. Energetics of the Beamed Zombie Turbulence Maser Action Mechanism for Remote Detection of Submerged Oceanic Turbulence. Journal of Applied Fluid Mechanics, Vol. 1, No. 1, pp. 11-42, 2006.
19. Haltrin V.I. and Kattawar G.W. Self-consistent solutions to the equation of transfer with elastic and inelastic scattering in oceanic optics: I. Model // Applied Optics, 1993. Vol. 32. No. 27. P. 5356-5367.
20. Izrael Yu.A., Tsyban A.V. Anthropogenic ocean ecology. L: Gidrometeoizdat, 1989; 528 p.
21. Keeler R., Bondur V., and Gibson C., “Optical Satellite Imagery Detection of Internal Wave Effects from a Submerged Turbulent Outfall in the Stratified Ocean,” Geophys. Res. Lett. 32, L12610, doi: 10.1029/2005GL022390 (2005).
22. Keeler R., Bondur V., Vithanage D. Sea truth measurements for remote sensing of littoral water //Sea technology, April 2004, p. 53-58.
23. Kopelevich O.V. Small-parameter Model of Optical Properties of sea water. Chapter 8 // Ocean Optics. V.1: Physical Ocean Optics / Ed. A.S.Monin. M.: Nauka Publishers. 1983.
24. Merrifield M.A., Alford M.H. Structure and variability of semidiurnal internal tides in Mamala Bay, Hawaii // J. Geophys. Res. 2004. V.109. C05010. doi:10.1029/2003JC002049
25. Ozmidov R.V. Diffusion of impurities in the ocean. M.: Gidrometeoizdat, 1986. 280 p.
26. Stern M. The “salt-fountain” and thermohaline convection // Tellus. 1960. ‹ 12. P. 172–175.
27. Vladimirov А.М, Ljahin J.I., Matveev L.T., Orlov V.G. Environmental control. L.:Hydrometeoizdad, 1991, p. 424.
28. Wolk F., Prandke H., Gibson C. Turbulence Measurements Support Satellite Observations // Sea Technology, v. 45, No 8, 2004
29. Zhurbas V.M. Trajectories of turbulent impurity jets in the stable stratified medium //Water resources. 1977. No 4. 165-172 pp.
30. www.wetlabs.com