Ляпидевский В.Ю., Турбин М.В., Храпченков Ф.Ф., Кукарин В.Ф. «Нелинейные внутренние волны в многослойной мелкой воде» Прикладная механика и техническая физика, 60, № 1, с. 53-62 (2020)

В рамках второго приближения теории мелкой воды исследуется течение многослойной стратифицированной по плотности жидкости. Построена математическая модель распространения придонных и приповерхностных внутренних волн большой амплитуды, учитывающая влияние тонкой структуры термоклина (пикноклина). С использованием полученных решений, описывающих распространение уединенных волн и волновых боров, интерпретируются натурные данные.

Кузькин В.М., Ляхов Г.А., Пересёлков С.А., Просовецкий Д.Ю., Казначеев И.В., Казначеева Е.С. «Интерферограмма низкочастотного звукового поля при наличии интенсивных внутренних волн на океаническом шельфе» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 7-8 (2019). 106 с.

Приведены результаты обработки натурного эксперимента, когда на стационарных трассах интенсивные внутренние волны приводили к значительной горизонтальной рефракции и взаимодействию мод акустического поля источника. Двукратным преобразованием Фурье интерферограммы на голограмме получены области локализации спектральной плотности, обусловленные невозмущенным и возмущенным полями. Фильтруя эти области, и применяя к ним обратные двукратные преобразования Фурье, реконструированы интерферограммы этих полей, что позволило восстановить передаточную функцию невозмущенного волновода и временную изменчивость среды. По записи голограммы возмущенного поля оценена скорость распространения интенсивных внутренних волн. Изложен алгоритм получения неискаженного модуля спектра источника при наличии неоднородностей среды. Вариации показателя преломления океанической среды, вызванные гидродинамическим возмущением, инициируют изменения горизонтальных волновых чисел (в широком смысле и амплитуд мод) по отношению к невозмущенным значениям. Это приводит к тому, что результирующая интерферограмма, определяемая разностью горизонтальных волновых чисел, будет представлять собой линейную суперпозицию двух независимых интерферограмм, порожденных невозмущенным и рассеянным полями. Двукратное преобразование Фурье интерферограммы, в силу линейности, формирует на голограмме две независимые локализованные области в форме фокальных пятен. Одна из них, обусловленная невозмущенным полем, концентрируется преимущественно в направлении оси времени, а вторая, вызванная гидродинамическим возмущением, – в направлении оси частоты. Фильтрация областей локализации дает возможность разделить голограммы этих полей. Применение к ним обратного двукратного преобразования Фурье позволяет реконструировать их интерферограммы. В первом случае интерферограмма формируется интерференцией мод невозмущенной среды, во-втором случае – возмущенной среды. При известном спектре источника появляется возможность восстановления передаточной функции невозмущенного волновода и диагностирования временной изменчивости среды. В условиях взаимодействия мод акустического поля источника, вызванного проявлением интенсивных внутренних волн, на основе голографического метода экспериментально продемонстрировано восстановление передаточной функции невозмущенного волновода и возможность наблюдения временной изменчивости среды. Метод основан на записи исходной фурье-голограммы, формируемой невозмущенным и рассеянным полями. Голограмма представляет собой раздельные локализованные области спектральных плотностей, отвечающих отсутствию и наличию возмущения. Считывание этих областей обратным двукратным преобразованием Фурье позволило получить интерферограммы невозмущенного и рассеянного полей. По записи голограммы рассеянного поля оценена скорость распространения возмущения. В работе описан алгоритм получения неискаженного модуля спектра источника при наличии неоднородностей среды. Ключевые слова: звуковое поле, океанический волновод, интерференционная структура, акустическая голография, передаточная функция

Кацнельсон Б., Годин О., Qyanchu Zhang «Флуктуации подводного шума в мелком море, обусловленные нелинейными внутренними волнами в эксперименте Shallow Water 2006» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 12-13 (2019). 106 с.

В работе представлены результаты исследования флуктуаций шума, записанного одиночными гидрофонами(SHRU) и L-образной антенной (HVLA: 70 м вертикальная и 450 м горизонтальная части) в эксперименте Shallow Water 2006, проведенным на Атлантическом шельфе США. Область эксперимента характеризуется заметной активностью внутренних волн; в частности, примерно дважды в сутки пакеты нелинейных внутренних волн (НВВ) состоящие из нескольких (до 10–12) отдельных пиков (солитонов) с амплитудой до 10–15 м генерируются в области бровки шельфа и распространяются по направлению к берегу. В процессе своего движения указанные пакеты НВВ проходят пять одиночных гидрофонов и антенну, расположенных приблизительно вдоль линии, перпендикулярной берегу с расстояниями 5–8 км между ними. На этом участке также располагалась система термисторных цепочек, позволяющих восстановить характер движения и эволюцию формы НВВ. В работе показано, что при прохождении пакета НВВ в окрестности SHRU возникают флуктуации широкополосного шума с амплитудой на 20–40 дБ больше, чем фоновые значения. Ширина и расположение максимумов на спектрограмме акустического сигнала точно соответствуют временному интервалу и положению солитонов в пакете НВВ. Проанализирована связь шума с пакетами НВВ в четырех эпизодах генерации внутренних волн с 17 по 22 августа 2006 г. Авторы связывают возникновение шума с движением частиц воды по примерно эллиптическим траекториям, сопровождающим НВВ, и, соответственно, вызывающим взмучивание осадков, частицы которых в свою очередь, генерируют шум при столкновениях. Рассмотрено изменение интенсивности и спектра шума на разных гидрофонах, в зависимости от амплитуды НВВ в данном месте. Ключевые слова: нелинейные внутренние волны, шум в мелком море

Булатов В.В., Владимиров Ю.В. «Внутренние гравитационые волны в океане с разнонаправленными сдвиговыми течениями» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 56, № 1, с. 104-111 (2020)

Рассмотрена задача о построении решений, описывающих внутренние гравитационных волны в стратифицированной среде конечной глубины с разнонаправленными сдвиговыми течениями. Рассмотрено модельное постоянное распределение частоты Брента–Вяйсля и линейная зависимость сдвигового течения по глубине и получено аналитическое решение задачи, которое выражается через модифицированные функции Бесселя мнимого индекса. С помощью дебаевских асимптотик модифицированной функции Бесселя получены аналитические выражения для дисперсионных соотношений, исследованы фазовые характеристики волновых полей. Исследованы зависимости волновых характеристик возбуждаемых полей от основных параметров использованных моделей стратификации, течений и режимов генерации.

Мизюк А.И., Коротаев Г.К. «Черноморские внутрипикноклинные линзы по результатам численного моделирования циркуляции бассейна» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 56, № 1, с. 112-122 (2020)

Точный сценарий распространения высокосоленых мраморноморских вод в бассейне Черного моря не ясен. Вместе с речным стоком они формируют преобладающую халинную стратификацию бассейна. Одним из режимов их распространения является формирование линз, аналогичных высокосоленым и теплым линзам средиземноморской воды в Атлантическом океане. Целью настоящей работы является численное моделирование и последующий анализ таких динамических структур, формирующихся в Черном море в результате водообмена через Босфор. Основной сложностью при этом является необходимость высокого пространственного разрешения в проливе. В работе представлено краткое описание используемого комплекса моделирования океана NEMO и особенности конфигурации, позволяющей воспроизводить циркуляцию в бассейнах Азовского, Черного и Мраморного морей с разрешением 1.16 км. В качестве атмосферного воздействия использовались поля из атмосферного реанализа ERA5. Проведенный численный эксперимент позволили воспроизвести типичную картину сезонной изменчивости Основного черноморского течения (ОЧТ), а также особенности вертикальной структуры вод бассейна для периода 2008–2009 гг. Пространственное разрешение результатов численного моделирования позволило довольно качественно реконструировать динамику соленых вод в бассейне и у выхода пролива Босфор. В период 2008–2009 гг. воспроизведено пять линз, которые формируются вблизи пролива и захватываются струей ОЧТ. Они хорошо выражены в поле солености на протяжении одного–двух месяцев. На примере одной из линз показано, что ядро расположено на глубине около 75 м. Вертикальный размер структуры – около 40 м, а горизонтальный размер составляет 15 км. Результаты моделирования демонстрируют, что события формирования линз связаны с увеличением притока соленых вод после штормов в акватории Мраморного моря. Проверка полученных в работе результатов возможна на основании специализированного полевого эксперимента в прибосфорском районе в периоды наиболее вероятного образования черноморских внутрипикноклинных линз.

Булатов В.В., Владимиров Ю.В. «Дальние поля внутренних волн, возбуждаемых пульсирующим источником в стратифицированной среде со сдвиговыми течениями» Прикладная механика и техническая физика, 60, № 6, с. 45-52 (2019)

Решена задача о дальнем поле внутренних гравитационных волн, возбуждаемых осциллирующим точечным источником возмущений в стратифицированной среде со сдвиговым течением. Рассмотрено модельное распределение скорости сдвигового течения по глубине и получено аналитическое решение задачи в виде характеристической функции Грина, которое выражается через модифицированные функции Бесселя мнимого индекса. Получены выражения для дисперсионных соотношений и построены интегральные представления решений. Исследованы зависимости волновых характеристик возбуждаемых полей от основных параметров использованных моделей стратификации, течений и режимов генерации.