Συνδυασμός δορυφορικών δεδομένων και κυκλοφοριακών μοντέλων για την παρακολούθηση της πετρελαιοκηλίδας Deepwater Horizon

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 17:41, 12 Φεβρουαρίου 2013

Τίτλος

Satellites, models combine to track Deepwater Horizon oil spill

Πηγή

SPIE

Συγγραφείς

Yonggang Liu, Robert H. Weisberg, Chuanmin Hu and Lianyuan Zheng

Ως η μεγαλύτερη υπεράκτια πετρελαιοκηλίδα στην ιστορία των ΗΠΑ, η έκρηξη στην εξέδρα άντλησης πετρελαίου Deepwater Horizon παρουσίασε μια άνευ προηγουμένου απειλή για τον Κόλπο του Μεξικού. Απαραίτητη ήταν η δημιουργία ενός συστήματος για την παρακολούθηση του πετρελαίου, τόσο επιφανειακά όσο και σε βάθος, για τον περιορισμό και την καθοδήγηση των πλοίων έρευνας. Ένα τέτοιο σύστημα εφαρμόσθηκε στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Φλόριντα (USF) με αριθμητική μοντελοποίηση, παρατήρηση και δορυφορικά δεδομένα από τα υφιστάμενα συστήματα παρατήρησης των παράκτιων ωκεάνιων περιοχών.

Η μοίρα του πετρελαίου στον ωκεανό εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων της μεταφοράς και διασποράς με την κυκλοφορία, των χημικών μετασχηματισμών και της βιολογικής κατανάλωσης. Σημαντικές πληροφορίες, όπως η ταχύτητα ροής του πετρελαίου, ήταν άγνωστες κατά τη διάρκεια του συμβάντος. Δραστηριότητες περιορισμού της καταστροφής (διασπορά, καύση και «ξάφρισμα») προσέθεσαν περαιτέρω αβεβαιότητες. Για τη μείωση αυτών των αβεβαιοτήτων καθώς και της εγγενούς αύξησης του σφάλματος του μοντέλου, χρησιμοποιήθηκαν επιφανειακές θέσεις πετρελαίου από δορυφορικές εικόνες για τη συχνή επανεκκίνηση διαφόρων μοντέλων.

Εικόνα 1: Η πρόγνωση των 3,5 ημερών της επιφανειακής τροχιάς πετρελαίου με το (α) West Florida Shelf (WFS) model, (β) Gulf of Mexico Hybrid Coordinate Ocean Model (HYCOM), (γ) South Atlantic Bight–Gulf of Mexico (SABGOM) model και (δ) Global HYCOM. Το μαύρο δηλώνει τα εικονικά σωματίδια και το μωβ τις περιοχές επέκτασης τους. Το υπόβαθρο αντιστοιχεί στη θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας (SST) και στα θαλάσσια ρεύματα.

Εικόνα 2: Υπόγειες τροχιές των σωματιδίων προερχόμενες από μοντέλο West Florida Shelf. Το εισαγωγικό βάθος παρέχεται. Η χρωματική κωδικοποίηση υποδηλώνει το σχετικό βάθος μεταξύ του πυθμένα (-1) και της επιφάνειας (0).

Η παρακολούθηση του πετρελαίου στο σύνθετο περιβάλλον των ωκεανών ξεκινά με ένα σύστημα κυκλοφοριακών μοντέλων των ωκεανών που αντιπροσωπεύουν τα περιφερειακά πεδία ροής, συμπεριλαμβανομένων των βαθέων ωκεάνιων ρευμάτων που ενυπάρχουν στον Κόλπο του Μεξικού και τα ρηχών ρευμάτων της υφαλοκρηπίδας. Όλα υπολογίζονται με τρισδιάστατο τρόπο, εξαρτώμενο από την πυκνότητα.

Χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικά δεδομένα από μέσης ανάλυσης φασματοραδιόμετρο και φασματόμετρο (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer καο Medium Resolution Imaging Spectrometer) για την ερμηνεία της θέσης και του μεγέθους της επιφανειακής πετρελαιοκηλίδας. Προστέθηκαν αναλύσεις δεδομένων ραντάρ συνθετικού διαφράγματος, όταν τα σύννεφα επισκίαζαν τις δορυφορικές εικόνες.

Οι προκύπτουσες δορυφορικές θέσεις πετρελαίου σε κάθε μοντέλο «εμβολιάσθηκαν» με εικονικά σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια στη συνέχεια προσάχθηκαν από τα μοντελοποιημένα πεδία επιφανειακής ταχύτητας. Νέα σωματίδια απελευθερώνονταν στην περιοχή του φρέατος κάθε τρεις ώρες για την προσομοίωση της συνεχούς ροής του πετρελαίου. Το σύνθετο όλων αυτών των σωματιδίων συνέβαλε στην επέκταση της χωρικής επιφάνειας του πετρελαίου (βλ. εικόνα 1).

Για την πρόγνωση του υπόγειου πετρελαίου (αλλά με εκ των προτέρων γνώση του βάθους), χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο West Florida Shelf για την τρισδιάστατη παρακολούθηση της πλευστότητας των εικονικών σωματιδίων, προερχόμενων από διάφορα βάθη (βλ. εικόνα 2). Παρά τους περιορισμούς στην παρατήρηση, οι υπόγειες προβλέψεις αποδείχθηκαν χρήσιμες Οι ισοβαθείς τροχιές των σωματιδίων σε βάθος προς τα νοτιοδυτικά, μαζί με τις πιο σφαιρικές τροχιές στα βορειοανατολικά υψηλότερα στη στήλη του νερού, επιβεβαιώθηκαν με in situ παρατηρήσεις.

Εν ολίγοις, ένα σύστημα για την παρακολούθηση πετρελαίου εφαρμόστηκε άμεσα για την πετρελαιοκηλίδα Deepwater Horizon παρατάσσοντας ένα σύνολο κυκλοφοριακών μοντέλων και δορυφορικών παρατηρήσεων. Οι προβλέψεις διαδόθηκαν και χρησιμοποιοίθηκαν από ομοσπονδιακές και κρατικές υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για τον περιορισμό της πετρελαιοκηλίδας. Αυτή η ταχεία ανταπόκριση αποτελεί παράδειγμα για τον τρόπο με τον οποίο ένα ολοκληρωμένο σύστημα παρακολούθησης των ωκεανών, υπό μορφή συνεργασίας μεταξύ της ακαδημαϊκής κοινότητας, των αρμόδιων φορέων και του ιδιωτικού τομέα, μπορεί να αποτελέσει μεγάλο εθνικό πλεονέκτημα. Δεδομένου ότι τα στοιχεία των εν λόγω συστημάτων παρατήρησης ήδη υπάρχουν, είναι σημαντικό αυτά να διατηρηθούν και να αυξηθούν έτσι ώστε να παρακολουθείται η κατάσταση των παράκτιων ωκεάνιων συστημάτων, με σκοπό την πρόβλεψη μελλοντικών φυσικών ή τεχνητών γεγονότων.