Сквайр В.А., Ковалев П.Д., Ковалев Д.П. «Солитоноподобные волны в окрестностях Южных Курильских островов» Морской гидрофизический журнал, 37, № 1, с. 5-22 (2021)

Цель. Цель работы – исследование модулированных солитонов, обнаруженных во временных рядах данных наблюдений за колебаниями уровня моря, и проверка наличия нестационарных процессов в рамках количественных методов. Методы и результаты. Представлен анализ данных наблюдений за волнением, выполненных с помощью донных датчиков давления типа АРВ (автономный регистратор волнения) в районе мысов Кастрикум, Ван-дер-Линд и Ловцова Южных Курильских островов. Полученные временные ряды подвергались полосовой фильтрации с применением аппаратных средств с полосой пропускания 20 мин – 2,5 ч. Численное моделирование обнаруженных волновых пакетов проводилось с использованием уравнения Кортевега–де Вриза. Результаты моделирования подтверждают, что огибающая наблюдаемых волновых пакетов близка к моделируемой и ведет себя как солитон. Проведено сравнение с гармонической суперпозицией бризера с целью качественно исследовать наличие вложенных, т.е. субсолитонных, 1,6-часовых флуктуаций. Выводы. Показано, что синхронность инициирования волнового пакета и волны К1 связана с циклическим отделением приливного потока колебаний К1 от возвышенности, расположенной между островами в проливе Уруп, с сопутствующим порождением вихрей. Предполагается, что вихри генерируют обнаруженные волновые пакеты, каждый пакет содержит группу волн со средним периодом около 1,6 ч, обусловленным периодом краевых волн или шельфовых сейш. Спектральный анализ, проведенный для 4,5-суточных временных рядов при наличии и отсутствии в них группы солитонов, показал, что при появлении солитонов наблюдается увеличение энергии волн в интервале периодов от 0,5 до 5,5 ч. С использованием простого амплитудного критерия установлено, что обнаруженные в волновых пакетах волны являются аномальными. При преобразовании временного ряда в нормализованное время и нормализованные амплитудные координаты было обнаружено, что все примеры аномальных волновых пакетов могут быть смоделированы с помощью временного уравнения Кортевега–де Вриза.

Лисютин В.А., Ластовенко О.Р. «Оценка степени взаимодействия твердой и жидкой фаз в неконсолидированных водонасыщенных песчаных морских осадках при распространении сдвиговой волны» Морской гидрофизический журнал, 37, № 1, с. 98-112 (2021)

Цель. Рассматривается распространение сдвиговой волны в песчаных морских осадках. Акустическими характеристиками сдвиговой волны являются фазовая скорость и коэффициент затухания. Известно, что в сухих песчаных осадках коэффициент затухания прямо пропорционален частоте. В водонасыщенных средах отмечаются отклонения от этого закона, откуда следует, что существует два физических механизма потерь – межгранулярное и вязкое трение. Целью работы является развитие двухфазной модели распространения сдвиговой волны в неконсолидированных морских осадках и выявление диссипативных эффектов, вызванных относительным движением флюида в пространстве пор. Методы и результаты. Межгранулярное трение моделируется с помощью прумпфера – элемента, сочетающего консервативные свойства пружины и диссипативные свойства демпфера. Записывается уравнение движения, в котором часть жидкости считается связанной с твердой фазой среды, а часть жидкости считается подвижной. Уравнения состояния и уравнение движения при гармоническом смещении дают новое двухфазное дисперсионное уравнение (теория Grain Shearing+Effective Density, или сокращенно GS+EDs). Результаты теории GS+EDs сопоставляются с данными измерений скорости и затухания волны, взятыми из открытых источников. Показывается, что механизмы взаимодействия между гранулами и между гранулами и флюидом при распространении компрессионной и сдвиговой волны различаются. Анализируется характер изменения параметров межгранулярного трения при насыщении порового пространства флюидом. Выводы. Проявление диссипативных эффектов от насыщения пор флюидом зависит от плотности упаковки гранул. В случае плотной упаковки условия для относительного движения жидкости отсутствуют и песчаные осадки проявляют свойство постоянной добротности. В случае неплотной упаковки вязкие потери вносят существенный вклад и частотная зависимость затухания нелинейна. Эффективные размеры пор для компрессионной и сдвиговой волн не совпадают.

Толстошеев А.П., Лунев Е.Г., Мотыжев С.В., Дыкман В.З. «Модуль оценивания солености морской воды на основе измерений скорости звука» Морской гидрофизический журнал, 37, № 1, с. 132-142 (2021)

Цель. Достоверность знаний о динамике океана и изменчивости климата в значительной степени ограничивается отсутствием систематических контактных наблюдений солености в поверхностном слое моря – одного из основных гидрологических параметров, определяющих циркуляцию и стратификацию водных масс. Цель данной работы – создание автономного средства долговременного мониторинга солености верхнего слоя морской воды. Методы и результаты. Одним из наиболее эффективных средств контактных наблюдений верхнего слоя океана является глобальная сеть поверхностных дрейфующих буев – дрифтеров. В настоящее время в состав сети, насчитывающей свыше 1,5 тыс. буев, входит лишь небольшое количество дрифтеров-солемеров, применение которых, как правило, ограничено рамками пилотных экспериментов. Вычисление солености в дрифтерах реализовано традиционным методом с использованием результатов измерений электропроводимости и температуры. Существует ряд проблем, связанных как с принципом определения солености таким методом, так и с обеспечением долговременной стабильности датчиков электропроводимости в условиях загрязнения и биологического обрастания. В Морском гидрофизическом институте РАН был разработан дрифтер с модулем SVT для вычисления солености альтернативным методом – по результатам измерений скорости звука и температуры. В модуле используются специально разработанный времяпролетный измеритель скорости звука с фиксированной базой и кварцевый датчик температуры. В течение двух лет были выполнены многочисленные лабораторные и натурные испытания нескольких экземпляров модуля SVT. По данным лабораторных испытаний, пределы сходимости результатов измерений скорости звука в дистиллированной воде составили ±02 м/с. По данным долговременных натурных испытаний, которые проводились в условиях интенсивного биологического обрастания, погрешность оценивания солености по результатам измерений скорости звука и температуры модулем SVT находилась в пределах ±05‰, что позволяет рассчитывать на устойчивость характеристик модуля в реальных условиях длительной необслуживаемой эксплуатации в составе дрифтера. Выводы. Полученные результаты позволяют рекомендовать использование дрифтеров с модулями измерения скорости звука и температуры в качестве эффективного средства систематического оперативного мониторинга поля солености верхнего слоя моря.