Contribution of a 3D ray tracing model in a complex medium to the localization of infra-sound sources
Creators
- Mialle, Pierrick
- Universite de Nice Sophia-Antipolis, Geosciences Azur, UNSA / CNRS, ecole Doctorale: Sciences Fondamentales et Appliquees (France)
- Commissariat a l'Energie Atomique - CEA, Departement Analyse, Surveillance, Environnement, Centre Sismologique Euro-Mediterraneen - CSEM, Laboratoire de Detection et de Geophysique, laboratoire de Detection et Sismologie Operationnelle, Bruyeres-le-Chatel (France)
Description
Localisation of infra-sound sources is a difficult task due to large propagation distances at stake and because of the atmospheric complexity. In order to resolve this problem, one can seek as many necessary information as the comprehension of wave propagation, the role and influence of the atmosphere and its spatio-temporal variations, the knowledge of sources and detection parameters, but also the configuration of the stations and their global spreading. Two methods based on the construction of propagation tables depending on station, date and time are introduced. Those tables require a long range propagation tool to simulate the propagation through a complex medium, which are carried out by WASP-3D Sph a 3D paraxial ray tracing based-theory tool integrating both amplitude estimation and horizontal wind fields in space and time. Tables are centered on the receptor. They describe spatial variations of the main observation parameters and offer a snapshot of the atmospheric propagation depending on the range for every simulated phase. For each path, celerity, azimuth deviation, attenuation and return altitude are predicted and allow building the tables. The latter help to identify detected phases and are integrated in an accurate localization procedure. The procedure is tested on three case study, such as the explosion of gas-pipeline in Belgium 2004 near Ghislenghien, the explosion of a military facility in 2007 in Novaky, Slovakia and the explosion of the Buncefield oil depot in 2005 in the United Kingdom, where event specificities, propagation parameters and used configurations are introduced. The accuracy and optimization of the localization are discussed. A validation study is presented regarding International Monitoring System stations along a meridian - I18DK (Greenland, Denmark), I51UK (Bermuda, United Kingdom), I25FR (Guyane, France), I08BO (La Paz, Bolivia), I01AR (Paso Flores, Argentina), I02AR (Ushuaia, Argentina), I54US (Antarctica, U.S.A.) - to evaluate spatial, seasonal and daily variations for various atmospheric models. (author)
Abstract (French)
La localisation des sources infrasonores est un exercice difficile, de par les grandes distances de propagation en jeu et en raison de la complexite du milieu atmospherique. La comprehension de la propagation des ondes, le role et l'influence de l'atmosphere et de ses variations spatiales et temporelles, la connaissance des sources et des differents parametres de detection, mais aussi la configuration et la repartition des stations du reseau de surveillance sont autant d'informations essentielles pour apprehender cet exercice. Dans l'optique de de l'obtention de localisations precises des evenements infrasonores, deux methodes de construction de tables de propagations dependant des stations, de la date et de l'heure sont introduites. Ces tables se basent sur des simulations par trace de rayons par WASP- 3D Sph (Windy Atmospheric Sonic Propagation), outil integrant l'estimation de l'amplitude a l'aide de rais paraxiaux et la prise en compte des champs de vents horizontaux, en espace et en temps, le longs des trajectoires des rais. Les deux methodes sont ensuite discutees et leurs performances comparees. Les tables sont centrees sur le recepteur, elles decrivent les variations spatiales des principaux observables infrasonores. Celles-ci offrent alors un instantane de la propagation atmospherique dependant de la distance entre la source et le recepteur, pour tout type de phases simulees. Pour chaque trajectoire de rai, les parametres de propagation tels que la celerite, la deviation d'azimut, l'attenuation et l'altitude de retour sont predits et permettent la construction des tables. Ces dernieres aident a identifier les phases detectees et sont integrees dans une demarche precise de localisation de source. La procedure de localisation est ensuite testees sur plusieurs cas d'etudes, tels que l'explosion d'une conduite de gaz a Ghislenghien, Belgique, le 30 juillet 2004, l'explosion d'une usine militaire a Novaky, Slovaquie, le 2 mars 2007 ou encore l'explosion du depot de carburant de Buncefield, Angleterre, le 11 decembre 2005. Les specificites de chacun des evenements, les parametres de propagations et les configurations utilisees pour les trois cas sont egalement introduites. L'accent est mis sur la precision de la localisation et son optimisation. Une etude de validation des tables de propagation est enfin abordee en considerant des stations du Systeme de Surveillance Internationale (SSI) situees le long d'un meridien - I18DK (Groenland, Danemark), I51UK (Bermudes, Angleterre), I25FR (Guyane, France), I08BO (La Paz, Bolivie), I01AR (Paso Flores, Argentine), I02AR (Ushuaia, Argentine), I54US (Antarctique, Etats-Unis). Ces tables permettent d'evaluer les variabilites spatiales, saisonnieres et quotidiennes obtenues pour differents modeles atmospheriques empiriques HWM-93/MSISE-90 et realistes ECMWF. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Contribution d'un modele 3D de trace de rayons dans un milieu complexe pour la localisation de sources infrasonores
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 335 p.
- Report number
- FRCEA-TH--6961
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 47017595
- Subject category
- S58: GEOSCIENCES;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ACOUSTIC MONITORING; COMPUTERIZED SIMULATION; DAILY VARIATIONS; EARTH ATMOSPHERE; EXPLOSIONS; METEOROLOGY; NUCLEAR EXPLOSION DETECTION; SEASONAL VARIATIONS; SOUND WAVES; SPATIAL RESOLUTION; TRAJECTORIES; VALIDATION; W CODES; WAVE PROPAGATION
- Descriptors DEC
- COMPUTER CODES; DETECTION; MONITORING; RESOLUTION; SIMULATION; TESTING; VARIATIONS
Optional Information
- Notes
- 157 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/