Ефективний радіолокаційний супутниковий моніторинг початкових стадій формування та розвитку піщаних бур у пустелі Сахара
DOI:
https://doi.org/10.36023/ujrs.2025.12.4.289Ключові слова:
радіолокаційне дистанційне зондування, дослідження піщаних бур на різних етапах розвитку, комплексний радіолокаційний моніторинг пустеліАнотація
Стаття присвячена розробці та перспективам використання методики поетапного супутникового радіолокаційного моніторингу еолових процесів, як джерел піщаних бур у процесі їх розвитку. Методика заснована на експериментальному вивченні ефекту аномального вузькоспрямованого зворотного розсіювання радіохвиль від сформованого під дією вітру електрично провідного шару, який облягає поверхню бархану. Описані причини появи такого шару з урахуванням фізики взаємодії негативно заряджених частинок при зіткнення з поверхнею та один з одним у повітрі. Запропонована модифікована модель комбінованого фацетного зворотного розсіювання (ММКФОР) підвітряними схилами барханів та брижів, що знаходиться на навітряних і підвітряних схилах барханів. Оскільки кути цих схилів, що є кутами природного схилу, не залежать від довжини радіолокаційного опромінення, пропонується комплексний моніторинг характеристик піщаних бур на час усіх етапів їх проходження за допомогою тимчасово створених груп радіолокаційних супутників, що працюють на однакових чи різних довжинах хвиль. Такий моніторинг також не критичний до кутів опромінення поверхні та виключає з розгляду такі швидкоплинні процеси, як ерозія, випаровування та ін. Отримані дані після статистичної обробки можуть порівнюватися з даними польових вимірів. Прояви перших етапів виникнення піщаних бур підтверджені та пояснені фрагментами радіолокаційних зображень. Запропоновано перспективи дослідження розвитку бур на наступних етапах.
Внесок авторів: Внесок авторів: Концептуалізація, О. Я. Матвєєв та С. A. Величко; методологія, О. Я. Матвєєв, С. A. Величко, В. М. Цимбал та В. K. Іванов; формальний аналіз, О. Я. Матвєєв, С. A. Величко та Д. M. Бичков; дослідження, О. Я. Матвєєв, С. A. Величко, Д. M. Бичков та O. M. Стадник; обробка даних, О. Я. Матвєєв, С. A. Величко, Д. M. Бичков та O. M. Стадник; написання — підготовка авторського рукопису: О. Я. Матвєєв та С. A. Величко; написання — рецензування та редагування О. Я. Матвєєв, С. A. Величко, В. М. Цимбал, В. K. Іванов, Д. M. Бичков та O. M. Стадник; візуалізація, О. Я. Матвєєв та Д. M. Бичков. Всі автори прочитали та погодилися з опублікованою версією рукопису.
Фінансування: Це дослідження не отримало зовнішнього фінансування.
Доступність даних: Не застосовується.
Подяки: Автори висловлюють щиру подяку Earth Observing System Data Analytics (eosda.com) за надання безкоштовних цифрових радіолокаційних зображень Envisat SAR в межах проекту ESA з ідентифікатором 13193. Ми також вдячні рецензентам та редакторам за їх цінні коментарі, рекомендації та увагу до роботи.
Конфлікти інтересів: Автори заявляють, що не мають конфлікту інтересів.
Посилання
Baas A. C. W. (2008) Challenges in aeolian geomorphology: Investigating Aeolian streamers Geomorphology 93 3-16
Bagnold R. A. (1936) The movement of desert sand Proc. R. Soc. Lond. A 157 0594–620.
Bagnold, R. A.(1941), The Physics of Blown Sand and Desert Barchans, Methuen, New York.
Bagnold R. A. (1973), Nature of saltation and bed-load transport in water Proc. R. Soc. Lond. A 332, 473–504.
Belly, P. (1962). Sand movement by wind, United States army corps of engineers. (Vol. I). Coastal Engineering Research Center, Technical Memorandum.
Besnard, J.-B., Dupont, P., El Moctar, A. O., & Valance, A. (2022). Aeolian erosion thresholds for cohesive sand. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 127, e2022JF006803. https://doi.org/10.1029/2022JF006803
Carneiro M. V., N. A. M. Araújo, T. Pühtz and H. J. Herrmann (2013), Midair collisions enhance saltation arXiv:1212.4603v2 [physics.ao-ph] 8
Chepil, W. (1956). Influence of moisture on erodibility of soil by wind. Soil Science Society Proceedings, 20(2), 288–292. https://doi.org/10.2136/sssaj1956.03615995002000020033x
Cornelis W. M. and D. Gabriels, (2003b). The effect of surface moisture on the entrainment of barchan sand by wind: an evaluation of selected models, Sedimentology, 50, 771–790 doi: 10.1046/j.1365-3091.2003.00577
Cornelis, W. M., Gabriels, D., & Hartmann, R. (2004). A conceptual model to predict the deflation threshold shear velocity as affected by near-surface soil water. Soil Science Society of America Journal, 68(4), 1154–1161. https://doi.org/10.2136/sssaj2004.1154
Dong Z. B. and Qian G. Q. (2007), Characterizing the height profile of the flux of wind-eroded sediment Environ. Geol. 51 835–45.
Dur´an O., Claudin P. and Andreotti B. (2011), On aeolian transport: grain-scale interactions, dynamical mechanisms and scaling laws Aeolian Res. 3, 243–70.
Ellwood, J.M.& Evans, P.D.& Wilson, I.G.,(1975). "Small scale Aeolian bedforms", J. Sediment. Petrol., vol. 45, 554-561.
Forward, K. M., D. J. Lacks, and R. M. Sankaran (2009), Charge Segregation Depends on Particle Size in Triboelectrically Charged Granular Materials, Phys. Rev. Lett., 102(2), 028001].
Gillette, D.A., I. H. Blifford, and D. W. Fryrear (1974), The influence of wind velocity on the size distribution of aerosols generated by the wind erosion of soils, J. Geophys. Res., 79, 4068-4075.
Gillette, D. A., and T. R. Walker (1977), Characteristics of airborne particles produced by wind erosion of sandy soil, high plains of west Texas, Soil Science, 123(2), 97-110.
Greeley R. & J. D. Iversen (1985). Wind as a Geological Process on Earth, Mars, Venus and Titan. Cambridge Planetary Science Series no. 4. xii + 333 pp. Cambridge University Press. ISBN 0 521 24385 8.
Hamzah M. Beakawi Al-Hashemi, Omar S. Baghabra Al-Amoudi (2018). A review on the angle of repose of granular materials. Powder Technology, 330, 397–417. ELSEVIER Publ., DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.02.003.
Herrmann L., Stahr K., Jahn R. (1999) The importance of source region identification and their properties for soil-derived dust: the case of Harmattan dust sources for eastern West Africa // Contributions to Atmospheric Physics. 72. P. 141–150.
T.D. Ho, A. Valance, P. Dupont, A. (2014), Ould El Moctar Aeolian sand transport: Length and height distributions of saltation trajectories. Aeolian Research, Volume 12, March pp. 65–74.
Inculet, I. I., G. S. P. Castle, and G. Aartsen (2006), Generation of bipolar electric fields during industrial handling of powders, Chem. Eng. Sci., 61(7), 2249-2253.;
Ivanov V. K., Matveyev A. Ya., Tsymbal V. N., Yatsevich S.Ye., Bychkov D. M. (2016) Spaceborne radar identification of desert regions as suppliers of dust into the atmosphere. Ukrainian Journal of Remote Sensing. 11. рр.22–30.
Ivanov, V. K. (Eds.) (2018). Radar monitoring of natural and anthropogenic hazardous phenomena. (Part 2). Lambert Academic Publishing, Germany. Retrieved from https: //www.lappublishing.com.
Jianhua Sun, Linna Zhao, Sixiong Zhao, Renjian Zhang, (2006) An integrated dust storm prediction system suitable for east Asia and its simulation results, Global and Planetary Change 52 71–87
Kenneth Pye, Haim Tsoar. (2009) Aeolian Sand and Sand Barchans. Berlin. Heidelberg: Springer, 458 p.
Kok, Jasper F. Renno, Nilton O. (2009).A comprehensive numerical model of steady state saltation (COMSALT), Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Volume 114, Issue D17, CiteID D17204, September, DOI:10.1029/2009JD011702
Kok, J. F., and D. J. Lacks (2009), The triboelectrification of granular systems of identical insulators, Phys. Rev. E, in review, available online at http://arxiv.org/abs/0902.3411)
Kok Jasper F, Parteli Eric J R, Michaels Timothy I and Karam Diana B. (2012). The Physics of Wind-Blown Sand and Dust // Reports on Progress in Physics. 2012. Vol. 75. P. 106901.
M. Lämmel, D. Rings and K. Kroy A two-species continuum model for aeolian sand transport New Journal of Physics 14 (2012) 093037 (24pp) Published 20 September 2012.
Li, B., Ellis, J. T., Sherman, D. J., (2014). Estimating the Impact Threshold for Wind-Blown Sand. In: Green, A.N. and Cooper, J.A.G. (eds.), Proceedings 13th International Coastal Symposium (Durban, South Africa), Journal of Coastal Research, Special Issue No. 70, pp. 627-632, ISSN 0749-0208.
Lowell, J., and W. S. Truscott (1986), Triboelectrification of identical insulators: II. Theory and further experiments, J. Phys. D: Appl. Phys., 19, 1281-1298.
Malinovskaya, E.A. (2019). Transformation of aeolian relief forms under wind influence. Izvestiya RAN, Atmospheric and Oceanic Physics, 53(1), 54-64.
Matveev А. Ya., Velichko S. A., Bychkov D. M., Ivanov V. K., Tsymbal V. N. (2023). Modeling of radar scattering by aeolian desert landforms. Ukrainian Journal of Remote Sensing, 10(1), 4-10. https://doi.org/10.36023/ujrs.2023.10.1.226
Nickling W. G. and McKenna Neuman C. (2009), Aeolian sediment transport Geomorphology of Desert Environments ed A Parsons and A D Abrahams (New York: Springer) pp 517–555.
Owen P. R. (1964), Saltation of uniform grains in air J. Fluid Mech. 20, 225–42.
Schmidt, D.S., R.A. Schmidt, and J.D. Dent (1998), Electrostatic force on saltating sand, J. Geophys. Res., 103(D8), 8997-9001.
Shao, Y., M. R. Raupach, and P. A. Findlater (1993), Effect of saltation bombardment on the entrainment of dust by wind, Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 98(D7), 12719-12726.
Shao, Y. P., and H. Lu (2000), A simple expression for wind erosion threshold friction velocity, Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 105(D17), 22437-22443.
Shao Y. P. (2008), Physics and Modelling of Wind Erosion 2nd edn (Heidelberg: Springer)
Stephen, H., Long, D. G. (2005). Microwave backscatter modeling of erg surfaces in the Sahara Desert. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 43(2), 238-247.
Steven L. Namikas S.L. (2003) Field measurement and numerical modelling of aeolian mass flux distributions on a sandy beach. Sedimentologym, Volume 50, Issue 2, pp. 303–326. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1365-3091.2003.00556.x
Ungar J. E. and Haff P. K. (1987), Steady-state saltation in air Sedimentology, 34, 289–99.
Velikanov M.A. (1981). Hydrology of land / L.: Gidrometeoizdat, 310 p.
Zender C. S., Bian H. S. and Newman D. (2003), Mineral Dust Entrainment and Deposition (DEAD) model: description and 1990s dust climatology J. Geophys. Res. 108 4416.
Zhaohui Lin, Jason K. Levy, Hang Lei and Michelle L. Bell (2012). Advances in Disaster Modeling, Simulation and Visualization for Sandstorm Risk Management in North China, Remote Sens. 2012, 4, 1337-1354; doi:10.3390/rs4051337
Zheng, X.J., N. Huang, and Y.-H. Zhou (2003), Laboratory measurement of electrification of wind-blown sands and simulation of its effect on sand saltation movement, J. Geophys. Res., 108(D10), 4322, doi:10.1029/2002JD002572
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійні умови: автори зберігають авторські права та надають журналу право першої публікації на твір, одночасно ліцензований за міжнародною ліцензією Creative Commons Attribution License International CC-BY, що дозволяє іншим поділитися твором з підтвердженням авторства твору та первинною публікацією в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис у редакцію «Українського журналу дистанційного зондування Землі», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції журналу матеріалу, в т. ч. такі об’єкти авторського права як фотографії автора, рисунки, схеми, таблиці тощо), в тому числі на відтворення у пресі та мережі Інтернет, на поширення, на переклад рукопису на будь-які мови, експорту та імпорту примірників журналу зі статтею авторів з метою розповсюдження, на доведення до загального відома. Зазначені вище права автори передають редакції без обмеження терміну і на території всіх країн світу без обмеження в т. ч. на території України.
Автори гарантують наявність у них виняткових прав на використання переданого редакції матеріалу. Редакція не несе відповідальності перед третіми особами за порушення даних авторами гарантій. За Авторами залишається право використання їх опублікованого матеріалу, його фрагментів і частин в особистих, у тому числи наукових і освітянських цілях. Права на рукопис вважаються переданими Авторами редакції з моменту підписання до друку випуску журналу, в якому він публікується. Передрук матеріалів, опублікованих у журналі, іншими фізичними та юридичними особами можливий тільки зі згоди редакції, з обов’язковим зазначенням випуску журналу, в якому було опубліковано матеріал.
