Королёв Ю.П. «Принцип взаимности для длинных волн на мелкой воде с учетом вращения Земли» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 9, № 2, с. 3-14 (2016)

Принцип взаимности в акустике известен достаточно давно и находит практическое применение. Соотношение взаимности является асимптотическим и справедливо для линейных процессов в неоднородных средах при наличии отражающих, поглощающих или импедансных границ. Длинноволновые процессы в океане (в частности, цунами) имеют особенности, которые при описании акустических процессов не являются существенными. К ним относятся существенная неоднородность среды (скорости длинных волн различаются более чем на порядок: от 10 м/с на глубинах воды 10 м до 200 м/с на глубинах 4000 м), а также возможность проявления эффекта Кориолиса. Применительно к длинным волнам принцип взаимности детально, а также при условии учета вращения Земли не исследовался. Целью настоящей работы является анализ принципа взаимности для длинных волн на мелкой воде при распространении на вращающейся Земле: определение границ применимости соотношения, учет неоднородности среды и оценка возможного влияния эффекта Кориолиса. Установлен критерий подобия, связывающий горизонтальные размеры источников и глубины воды в их эпицентрах, при соблюдении которого формы волн во взаимных точках совпадают. На основании численных экспериментов с использованием реальной батиметрии установлено, что соотношение взаимности справедливо при расстояниях между источниками, сравнимых с их горизонтальными размерами (при временах пробега, сравнимых с характерными периодами волн). Показано, что в общем виде при учете вращения Земли принцип взаимности не выполняется, однако в частном случае симметричных источников он является справедливым. Соотношение взаимности для длинных волн в этом случае совпадает с соотношением взаимности в акустике. Формы волн от взаимных источников, находящихся в районах вблизи Курильских островов и вблизи побережья Чили, хорошо совпадают друг с другом. Принцип (соотношение) взаимности может быть применен для решения задач, связанных с проблемой цунами, а также для решения других прикладных задач.

Серебряный А.Н. «Воздействие внутренних волн больших амплитуд на буксируемый гидродинамический заглубитель» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 9, № 2, с. 39-45 (2016)

Рассматривается эффект воздействия интенсивных внутренних волн на буксируемый гидродинамический заглубитель на примере исследований, проведенных у Маскаренского хребта в Индийском океане. Маскаренский хребет принадлежит к районам Мирового океана, где наблюдаются внутренние волны рекордных (100 м и более) амплитуд. В этом районе с НИС «Академик Николай Андреев» в течение нескольких суток проводились комплексные исследования внутренних волн, в основу которых были положены буксировки с использованием распределенных датчиков температуры. Осуществлены пересечения внутриволновых образований как на попутных с направлением их распространения галсах, так и на встречных. Выявлено, что благодаря значительным орбитальным течениям, сопровождающих интенсивные внутренние волны, заглубитель при буксировке совершает вертикальные движения, «сфазированные» с пересекаемыми им внутренними волнами. Вертикальные смещения заглубителя находились в пределах 3–11 м при пересечении внутренних волн высот 10–80 м. Приведены примеры проявления данного эффекта как в случае одиночных внутренних волн, так и пакетов короткопериодных внутренних волн. На основании экспериментальных данных получены уравнения линейной регрессии, связывающие амплитуды вертикальных смещений заглубителя с высотами вызывающих их внутренних волн. Рассмотренный эффект важен для любого буксируемого, а также самостоятельно движущегося подводного объекта. В настоящее время, когда в практику океанических и морских исследований активно входят подводные необитаемые и обитаемые аппараты, необходимо учитывать сложности, которые могут возникнуть при их встрече с внутренними волнами больших амплитуд.

Огородников И.А., Бородулин В.Ю. «Микроскопическая модель динамики гетерогенной среды. взаимодействие акустических волн с пузырьковыми слоями» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 9, № 2, с. 62-72 (2016)

Выведена самосогласованная система уравнений движения гетерогенной среды без использования операций осреднения. Среда представлена жидкой или газообразной несущей фазой с произвольным распределением частиц, состоящих из отличных от несущей среды фаз по пространству и размерам. Одним из типичных примеров такой среды является приповерхностный слой в океане, содержащий пузырьки газа. Здесь в качестве частиц выступают отдельные пузырьки. Система уравнений включает уравнения сохранения массы, количества движения, момента количества движения, энергии и уравнения движения для каждой частицы. Частицы дискретной фазы выступают в качестве источников массы, импульса, момента импульса и энергии по отношению к несущей среде. Движение частиц обусловлено силами межфазного взаимодействия с несущей фазой и другими внутренними и внешними силами. В качестве приложения к задачам исследования гидрофизических полей выведена нелинейная волновая система уравнений для жидкости с пузырьками газа. Верификация волновой системы уравнений проведена сопоставлением численных решений с экспериментальными данными. Модель количественно описывает наблюдаемые в экспериментах эффекты, что позволяет говорить о применимости предложенного подхода для описания распространения волн в жидкости с пузырьками в очень широком диапазоне условий.

Малышкин Г.С., Кузнецова А.С. «Обнаружение слабых гидроакустических сигналов в сложных помеховых ситуациях на основе модифицированных классических адаптивных алгоритмов» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 9, № 2, с. 73-80 (2016)

Рассматривается задача оптимизации приемного тракта при обнаружении наиболее слабых локальных источников в присутствии более мощных локальных источников. Исходная классическая постановка задачи, предусматривающая спектральное разложение выборочной оценки корреляционной матрицы, дополняется коррекцией этой матрицы перед дальнейшим ее использованием по схеме аналогичной, например, алгоритму Кейпона. Коррекция оценки корреляционной матрицы проводится следующим образом: на основе анализа численных значений всех собственных чисел и анализа обстановки с помощью неадаптивных алгоритмов выявляется число M1 мешающих сигналов, создающих наиболее сильное маскирующее действие для слабых сигналов; осуществляется модификация M1 старших собственных чисел путем дозированного уменьшения их величины для ослабления мешающего действия. Далее откорректированная оценка корреляционной матрицы используется, например, по схеме алгоритма Кейпона, но с применением откорректированной матрицы вместо исходной. В результате формируется новый алгоритм, предназначенный для обнаружения наиболее слабых сигналов (CaponW, weak), а сильные сигналы присутствуют в его пеленгационных рельефах в ослабленном виде. Проведены модельные исследования применительно к помеховой ситуации из 14 сигналов, при этом сильные сигналы многолучевые и содержат значительную рассеянную компоненту. Результаты модельных исследований показали, что сравнение классического алгоритма Кейпона и модифицированного алгоритма CaponW (weak) показало существенное улучшение разрешающей способности алгоритма и сокращение времени потери контакта с целью.