应用x波段波雷达沿海动态分析:案例测试Bagnara Calabra(南第勒尼安海,意大利)

文摘

海况知识有一个关键的角色在海岸侵蚀的评价,在海岸带脆弱性的评估和潜在利用率,和发展的数值模型预测其发展。x波段雷达测量的时空变化进行了观察海况参数沿3公里长sandy-gravelly口袋海滩形成滨海细胞Bagnara Calabra。我们生产一系列离岸1000海洋国家扩展的图像1英里。调查使得监测海岸线,定向波光谱,海面流场和有效波高和检测强大的激流在打开入口,导致搜索影响稳定的水下成果防波堤。可能获得验证数据和其他数据集(例如,南丫财团)演示了x波段雷达技术的潜力作为一种监控工具发展的理解之间的联系海洋条件,近岸泥沙动力学,和沿海变化。这项工作证明的可能性获得相关信息(例如,波数,期间,和方向)的评估当地侵蚀现象和近岸的形态变化和冲浪区。

1。介绍

沿海地区是动态的和不断变化的环境中,极为敏感的海陆相互作用和水动力和沉积过程既作用于不同的时间尺度:短期(潮汐、波浪、洋流和风速)和较大的临时尺度(冰期和间冰期的阶段期间海平面波动)。

泥沙运动引起的波动,洋流,潮汐和meteomarine事件产生深刻而敏锐的这些区域的变化。季节性的,这些地区受到极端形态变化连续定居点的海岸线和天然海滩营养/撤退。因此,研究沿海海洋领域的进化趋势已经成为不可或缺的工具来评估这些环境的质量和退化的分析海洋洋流、高影响力meteomarine事件的影响,和随之而来的形态学变化。

在过去的二十年里,利用遥感(例如,卫星和SAR)允许实时检查沿海形态动力学和形态学变化风暴后获得一个完整的沿海的知识系统,允许一个优化管理(1,2]。

波在遥感技术,x波段雷达提供一个替代的标准检测系统状态(例如,浮标等)和一些重要优势。它有一个好的操作灵活性导致“即插即用”系统坐落在一个移动平台。如果相比传统的海况系统监控、x波段波雷达更容易安装、管理和维护;系统返回实时运动波,风场数据,和近地表电流,通常低估了传统的系统。波x波段雷达获得海况参数如波长、周期和方向的海浪有效波高的值,海面流场,地图在海面风的分布。这些数据是很有用的重建meteomarine气候学沿海部门还获得水深特性和海底的形态3]。

一般来说,x波段雷达系统分析现象发生在不同的空间和时间尺度:小规模的现象(瞬态现象波打破交互在浅滩形态或结构,或激流观察与对比主波和表面电流,酒吧运动风暴期间,和水下结构相互作用)和长尺度现象(例如,开发预测模型的海岸侵蚀和规划/监控沿海防御工作)。因此,系统允许执行准确表征meteomarine气候学的沿海企业无需进行数据的转换,通过浮标,几乎都是记录在位置非常遥远的研究。

在许多情况下,它已经表明,雷达系统是有用的在评估海防工作的有效性和验证的海岸的暴露程度4,5]。

在雷达图像,事实上,波动之间的交互现象和人为基础设施(波的反射和衍射和激流)和波浪与海床(折射,变浅,波浪)是立即可见的。后一个方面尤为重要,因为系统允许复制海滩形态推断有价值的信息和水深重建(4]。

介绍一个示例应用程序的行为下的x波段波雷达提供的“沿海监视”SIGIEC彩球项目(综合管理系统对海岸侵蚀)(6),实现了卡拉布里亚大学的伙伴关系与一些公司和国家研究委员会(IAMC和直接督导下的。

总的来说,该项目研究侵蚀现象的原因和影响影响海滩位于意大利卡拉布里亚和普利亚地区样本地区,测试方法对其控制生产和发展定量方法,评估,实施正确的沿海管理政策。

选择的测试网站,定性分析结合地貌和weather-marine数据集考虑景观和结构限制初步执行;这使得识别一些macroareas分为沉积细胞。

沉积的细胞内部,一些实验网站选择运行测试潜在的防侵蚀系统:在这些网站中,有沿海地区Bagnara Calabra (RC)。

四天的x波段波雷达数据,分析了2015年2月24日,在IREA-CNR使用Remocean系统发达。

1000的图像序列从海岸一英里内的状态。这些照片包含关于波场信息及其变化在当地范围内。

2。观测和数据处理

2.1。研究区和x波段雷达REMOCEAN系统

研究区域的研究侧重于Bagnara Calabra村位于卡拉布里亚的西部海岸,意大利南部,面临第勒尼安海。

研究区位于行业“Costa中提琴的山脊,之间Bagnara Calabra和斯库拉(图1)。

从形态学的角度来看,陡峭不平的斜坡,削减了深谷,描述测试区域出现部门(7]。口袋gravel-sandy周围悬崖海滩滋养了短高梯度种子(最长的是Favazzina和Sfalassa)排泄的西部斜坡岭。在水下部门,一个不连续滨海楔(LW图6),从海岸线延伸200米海上,描述网站的核心部分。三个通道缩进的LW为结果几个合并滑坡疤痕(50 - 100米宽)建议最近侵蚀(8]。特别是测试面积容纳coast-parallel侵蚀可能与长岸水流和激流,这形成了架子上砂波和小坡病房侵蚀渠道,分别为(9]。此外,今天海岸线侵蚀可能是有关防波堤结构缺陷。

有高百分比的海岸,波能量流的重要值集中在行业从西北,由获取的特征扩展(超过一千公里,沿着一定的方向)10]。

海岸侵蚀是一个严重的问题对于整个海岸卡拉布里亚地区,尤其是西南部。这个地区遭受几次由沿海风暴级(如1928、1980、1984、1985年,1986年,1987年,2008年和2012年),成果建造防波堤保护城镇中心之间的口Sfalassa洪流和海角Marturano(图2)。关于海岸侵蚀,临界点都地区,也有防波堤,特别是南部的海滩位于Sfalassa洪流,Marturano海角,岬Cacili [10]。

2.2。x波段雷达方法

检索信息的波动通过x波段雷达设备需要的处理时间序列海洋雷达图像。这样处理是为了补偿扭曲雷达提出的收购过程(11),允许我们波谱和海况参数,,例如,方向,这段时间,和占主导地位的波的波长,从原始雷达序列的3 d光谱(12]。基于知识的海洋重力波的色散关系,哪些规则的时空行为波动传播在给定海底海面流场规定,确实是有可能从总体中提取海浪信号噪声数据和重建深度测量法和电流字段(13- - - - - -15]。然而,实现可靠的估计后者的数量从雷达数据决不是一个简单的任务,最重要的是如果远程调查是在沿海地区,在空间中的一个显著的不均匀性会影响考虑的参数。然而,雷达数据的反演程序应用在近岸地区近年来开发(3,4,15,16]。其中,基于规范化标量产品(NSP)是最准确的海洋表面流和深度测量法领域从海洋雷达图像序列14,17]。特别是,主要步骤处理表面电流估计在近岸地区通过该规划方法的流程图,图进行了总结3可以找到,而进一步的细节在3,16,18]。

所使用的雷达在Bagnara Calabra调查是一座桥主(25千瓦天线2.4天线)。Remocean沿海实时监控手机版措施海况参数波方向,波长,周期,有效波高,海洋表面电流强度和方向,海面高度的时空图像。分析数据的雷达由32个人图像连续图像之间的间隔1.97秒。

表1介绍了系统配置参数。

雷达系统是安装在酒店全景屋顶,与对海洋和海岸的高度大约20米的平均海平面(图4)。雷达配置在“移动数据采集模式”允许拥有极大的灵活性选择的观察点在移动,很容易安装和运营方式收购。

关于雷达的功能,它必须指定,在风大浪急的海面条件下,使用该系统可以进行主波运动和海上近地表水流,同时,在平静的海洋条件,系统只允许识别的海岸线。事实上,强烈meteomarine事件导致高波混响,隐藏了海岸线,相反在静海的条件下会发生什么。

由于能够探测到海岸线,雷达是一个有用的工具来比较后续图像在时间和短期和长期的比较,因此,研究海岸侵蚀现象。

3所示。结果和观察

雷达数据集收集在2015年2月24日。调查计划期间非常粗糙海面状况作为证据的近岸和反形态变化Bagnara Calabra“沉积单元”(10]。这种方法通常用于突出波传播,波前,波相互作用在暴风雨淹没或出现结构条件。

雷达天线位于中心的细胞,在移动平台上安装在以下坐标:纬度= 38°17′12.80′′N和经度= 15°48′8.23′′E。雷达数据代表一个地区2公里×2公里集中在测试区域。

图5是雷达图像的一个例子,它提供了关于沿海地区的信息。沿海产业分析长度约3公里。

雷达图像解释允许我们描述测试区域的海岸动力学。主要的波动被雷达(通过杂波图可见5)来自西北,根据主导波动上市前研究由卡拉布里亚地区(10]。接近的入射波海岸与不同角度入射产生的折射。事实上,如果海浪海岸间接方法,他们将开始觉得放缓的影响在他们的传播只在部分和结果是一个波前旋转,会使海浪与海岸平行。红色,高强度地区快照图像(图5)对应的地区正在经历的最大波浪从正面波对雷达。不平衡的波高分布在防波堤诱发激流和水下障碍成为波能量的一个陷阱。因此,强烈振铃波运行成果之间的拉伸防波堤和海岸线(图5)。事实上,雷达信号反射是更大的比别人在这一领域,以及在所有的领域有困难对象作为峭壁,建筑,和形态高位(图5)。一般而言,相关的雷达图像显示了不同的信号反射不同的海岸形态元素(岩石海岸和砾石沙滩)。这个领域,连同那些有“硬”对象(悬崖、建筑物、和高理由),是一个以雷达信号的振幅就越大。

图6描述了几个morphohydro动态特性雷达系统以及其他重要特性,证明了漂移的检测对象(渔网)在海面上。

多波束水深测量的雷达图像与收购(8]。这种比较说明了雷达图像之间的紧密联系和外业调查,因为海浪,在当地规模,是由水深和电流。例如,反射信号强度的增加(由于波浪)确定一个区域的特点是低深度(<−15米),恰逢LW的外部边界。

考虑相关的不同的信号幅度不同的海岸形态元素,我们考虑三个部门。

在扩大,主要的信号幅度与基岩露头的地形;相反“无信号区”是由于雷达信号的屏蔽地岬。砾质海岸和一些树桩也确定了。

扩大B,映像都包含面向长岸的功能增加的后向散射强度与入射波和淹没了防波堤。因此,强烈的激流发生(强制电流走向海)淹没防波堤之间的差距。激流出现高速度的脖子细长的西北方约40°的主导。移动向外海,激流失去能量逐渐与小规模的近地表水流的方向,产生雷达高收益作为羽rip头偏转为代表。近岸水流也很确定水下防波堤和海岸线。

在扩大C中,不同信号强度允许歧视的主要主要形态学证据砾质砂岸,岬上的冲积填满,淹没的地区基岩。有一个额外的证据,高反射率位于邻近外防波堤的港口地区。高理由盾牌反射信号,有一个区域没有雷达信号。

图7描绘了定向光谱获得的数据集收集2015年2月25日凌晨13:00 (UTC)。方向谱有一个占主导地位的光谱波方向从300°(西北)。

海近地表当前的分辨率是评价检测漂浮物(如漂网)在海洋表面(图8)。

图8说明了海近地表的同步结合电流强度和方向,黑色/白色x波段雷达的雷达图像检索。特别是,我们详细分析了一组527个图像收集在一段大约17分钟开始11:14:37 25/02/2015 11:31:56的一天。在此期间,船释放渔网的存在显然是识别;网,然后,漂移主要是向西南。随后,考虑收购时间1.97秒,我们计算了两个漂网的位移。大的1039秒278西南,转移速度为0.27米/秒;小漂净1039秒转西南201米,速度为0.19米/秒。大海近地表当前地图(考虑到分析的位移漂移同期净)在雷达图像叠加。大海近地表当前地图(图8 (b))显示了一个电流强度约为0.3 m / s, 0.18 m / s的面积大、小漂网,分别。因此,电流强度的计算和测量值之间的差别相媲美。

图9显示时间的变化强度激流出现与海洋条件。组三个均值图像收集、描述一个例子,把模式识别的撕裂强度的变化,这表明rip模式在短时间内迅速改变的海洋条件。撕裂强度的估计图像分析评估长岸像素亮度分布。

雷达系统提供不仅图像,而且实时状态信息的有效波高,定义为平均波高(波峰波谷)最高的第三波()。收购三天期间,系统测量值从0.5到4.5米(图10(d)),最大值达到2月25日。的值估计波雷达校准值。校准取决于许多因素,如收购几何和雷达设置。波浪浮标措施没有可用的,在这种情况下使用网络预测系统提供的测量。财团南丫(记录的有效波高的数字10(一),10(b)10(c))是在协议与记录数据。主波方向被南丫(图10(一))与雷达测量(图不一致8 (b)):这可能是由于不同的测量尺度。

4所示。结论

介绍了结果与Remocean x波段雷达系统进行项目SIGIEC测试网站的Bagnara Calabra。从技术的角度来看,“沿海”的主要兴趣在于系统的配置。这个特性非常重要,因为它提供了一个良好的灵活性的选择空间和时间的观察模式考虑也缺乏数据相关的流体动力学在近岸地区。

系统,在收购期间,提供海况图像有用的描述Bagnara Calabra沿海地区,比如主要波长度、周期和方向,有效波高,表面流场强度,和方向。

特别是,系统允许确定定向波光谱,这显示主波方向从西北,同意卡拉布里亚地区的总体规划10]。海洋表面流场进行验证计算的速度漂浮物(漂网)附近的海岸。有效波高,采购周期,具有值从0.5米到4.5米。

在测试区域,x波段雷达发现人为元素作为港口外防波堤和长岸成果防波堤。系统还允许确定波之间的相互作用和国防的现象是强烈振铃波浓度之间的成果防波堤和海岸线。这些观察表明,雷达遥感可以是一种有效的工具来检测激流和提供更天气的激流冲浪区之外的流场在高能事件。

成果防波堤,诱导强烈的波浪皇冠以上相同的结构,能够降低入射波能量到岸上。然而,在Bagnara案例研究不平衡的波高分布在防波堤诱发强烈的激流和疤痕在开放入口,防波堤稳定性的影响。此外,海岸线侵蚀可能是有关防波堤结构缺陷。

设计成果防波堤减少前后水面高程差异的障碍(这决定了激流强度),可以获得一个减少激流。现有成果的防波堤,三种技术可以用来限制激流:把碎石的底部打开入口,安装一个small-submerged结构在岸一边打开入口,或安装一个排水通道在水下防波堤减少水面高程成果后侧的防波堤。

结果强调潜在的x波段雷达在沿海地区成本效益的监测系统。系统提供实时波参数措施和检测由于沿海流体动力学现象,如激流,沿海地区的研究代表了一个非常重要的工具,海况,海防监控工作。它可以是非常有用的特别是当需要估计海岸侵蚀现象进化和项目最终海防工作,如SIGIEC项目。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢Rodolfo Baculo博士IAMC那不勒斯,在野外数据采集技术支持。由于是由于Francesco Raffa博士IAMC-Messina,提供数据分析的支持。我们应感谢南丫财团提供进化和膨胀。最后,他们要感谢匿名评论者对他们有用的评论和建议。x波段雷达已经由维多利亚大酒店的酒店。在其支持的研究活动财务从MIUR(操作国家计划)2007 - 2013(意大利研究的研究)项目SIGIEC(综合管理系统对海岸侵蚀)ID: PON01_02651 (http://www.sigiec.sister.it/)。

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