Богданов С.Р., Здоровеннов Р.Э., Пальшин Н.И., Здоровеннова Г.Э., Тержевик А.Ю., Гавриленко Г.Г., Волков С.Ю., Ефремова Т.В., Кулдин Н.А., Кириллин Г.Б. «Расчет турбулентных напряжений в конвективно-перемешанном слое в мелководном озере подо льдом с использованием двух ADCP» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 2, с. 17-28 (2021)

Представлен метод расчета турбулентных напряжений, основанный на использовании пары трехлучевых акустических доплеровских профилографов скорости, c одной или двумя точками пересечения лучей. Для апробации метода был спланирован и проведен специальный натурный эксперимент по измерению температуры воды, уровня подледной облученности и компонент скорости в конвективно-перемешанном слое покрытого льдом небольшого бореального озера. Полученные данные позволяют рассчитать не только интенсивности пульсаций вдоль трех ортогональных осей, но и недиагональные компоненты тензора Рейнольдса. С использованием условия однородности средней скорости по горизонтали получены количественные результаты, описывающие энергетику процессов в период весенней подледной конвекции: рассчитана анизотропия турбулентных пульсаций, изучена корреляция энергии турбулентности с интенсивностью накачки (через поток плавучести). Приведен качественный анализ параметров и динамики энергосодержащих структур, развивающихся в конвективном слое небольших покрытых льдом озер весной.

Вдовин М.И., Исаченко И.А., Кандауров А.А., Сергеев Д.А., Чубаренко И.П. «Исследование характеристик турбулентного пограничного слоя PIV-методом в условиях лабораторного моделирования течения над морским дном» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 2, с. 29-38 (2021)

Работа посвящена разработке и применению системы измерения полей скорости течения методом Particle Image Velocimetry (PIV) (Анемометрии по Изображениям Частиц) в исследованиях турбулентного пограничного слоя в модернизированном гидродинамическом лотке Атлантического отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук. Работы проводились в рамках подготовки лабораторной установки к экспериментам по взмучиванию частиц микропластика со дна, покрытого естественным донным осадком. Эксперименты выполнялись при трех типах покрытия дна: крупный песок (1–1.5 мм), зёрна янтаря (3–4 мм), галька (1–2 см). Разработанная система PIV-измерений базируется на использовании цифровой камеры средней производительности и непрерывной лазерной подсветки. Эксперименты выполнялись в широком диапазоне скоростей потока (до 2 м/с), задаваемых частотой вращения насоса и положением регулирующей заслонки. Выполнены измерения профилей средней скорости, по наклону логарифмической части которых вычислялась динамическая скорость, которая, вместе с масштабом шероховатости дна, является одной из основных характеристик при исследовании процессов седиментации/взмучивания. Динамические скорости для песка и янтаря оказались близкими друг к другу, и значительно меньше, чем для гальки. Масштаб шероховатости для гальки, как и ожидалось, оказался максимальным. Янтарь в экспериментах не только моделировал дно промежуточной шероховатости, но также, из-за своей относительно малой плотности (1.07 г/см³), позволил наблюдать начало движения частиц при небольших скоростях потока – меньших, чем необходимо для начала движения песка. Сравнение результатов наблюдений с известными данными А. Шильдса о пороге взмучивания янтаря показывают их хорошее согласие. Одним из основных преимуществ PIV-измерений в последующих экспериментах по исследованию динамики МП, можно считать возможность практически мгновенного измерения характеристик течения в пограничном слое с одновременным отслеживанием динамики добавленных на поверхность дна частиц МП.

Переслегин С.В., Левченко Д.Г., Карпов И.О. «Вибрационная волна на поверхности воды: параметрическое возбуждение и радиолокационное наблюдение» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 2, с. 39-53 (2021)

Задача о возбуждении волн на поверхности воды от неподвижного осциллирующего подводного источника рассматривается в связи с проблемой дистанционного обнаружения таких источников. Показано, что затухание импульса низкочастотного источника с глубиной может в значительной степени компенсироваться усилением параметрически возбуждаемой поверхностной волны гравитационно-капиллярного (ГК) диапазона, причём ширина области возбуждения возрастает при увеличении амплитуды вибрационной мембраны. Согласно имеющейся модели, учёт вязкости приводит к оценке порога возбуждения порядка ξ₀∼10^–2 см по амплитуде поверхностной (возбуждающей) волны, и этот порог максимален в центре ГК области, при длине возбуждаемой ГК волны λ₀=1.74 см. Сама же область возбуждения перемещается по спектру в соответствии с частотой вибратора, и наиболее эффективен случай удвоенной частоты вибратора по отношению к частоте возбуждаемой волны F₀=13.5 Гц. Полученные модельные результаты важны для задач, связанных с радиолокацией морской поверхности. Для их проверки создана лабораторная экспериментальная установка и проведены измерения рассеяния электромагнитных волн сантиметрового диапазона от области кольцевых бегущих волн, возбуждаемых вокруг пятна над вибрирующей мембраной, где возникают стоячие волны («рябь Фарадея»). Осциллограммы и спектры на выходе фазового детектора радара, работающего в режиме диффузно-резонансного (брэгговского) рассеяния, были получены и сравнивались для двух типов вибраторов – приповерхностного и донного, и эти исследования будут продолжены. Продемонстрированы перспективы использования изучаемого эффекта для обнаружения источников низкочастотных волн сейсмического происхождения и их радиолокационного мониторинга.

Кузькин В.М., Ляхов Г.А., Пересёлков С.А., Казначеева Е.С. «Передача информации через случайно-неоднородную океаническую среду» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 2, с. 54-64 (2021)

Рассмотрены физико-математические принципы формирования голограммы в океанической среде на фоне интенсивных внутренних волн, вызывающих взаимодействие мод. В основе представленного исследования лежит анализ частотно-временной интерференционной картины (интерферограммы), формируемой широкополосным источником звука и ее двумерное фурье-преобразование (голограмма). В работе получена связь структуры интерферограммы и голограммы с характеристиками невозмущенного и рассеянного полей. Спектральная плотность голограммы концентрируется в двух непересекающихся областях, соответствующих рассеянному и невозмущенному полям. Фильтрация этих областей дает возможность передавать неискаженную информацию через неоднородную океаническую среду. Представлены и проанализированы результаты численного моделирования интерферограмм и голограмм в присутствии интенсивных внутренних волн. Оценена относительная ошибка восстановления интерферограммы невозмущенного поля. Предложен подход адаптации полученных результатов к задаче передачи неискаженной информации на фоне океанических неоднородностей.

Бритенков А.К., Машукова О.В., Боголюбов Б.Н., Сибирцова Е.Н., Скуратовская Е.Н., Мельник А.В., Силаков М.И. «Методика исследования влияния низкочастотных акустических полей высокой интенсивности на морские светящиеся планктонные организмы» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 2, с. 65-77 (2021)

Акустическое загрязнение является опасной антропогенной нагрузкой на экосистемы Мирового океана. В настоящее время гидроакустические излучатели широко используются для решения разнообразных научных и прикладных задач, уже не ограничиваясь традиционными задачами дальней звукоподводной связи, телеуправления, освещения подводной обстановки, акустической термометрии океанского климата, мониторинга подводных объектов, геолого-, сейсмо- и рыбопромысловой разведки. Во многих из перечисленных приложений, в частности в задачах обеспечения дальней звукоподводной связи, а также при проведении геолого- и сейсморазведки, необходимы мощные источники низкочастотных гидроакустических полей. Создаваемое такими гидроакустическими излучателями звуковое давление достигает нескольких тысяч, а в некоторых случаях – десятков тысяч Па (приведённых к 1 м). Воздействие звуковых полей такой интенсивности на гидробионтов практически не изучено. Основной проблемой подобных исследований является сложность регистрации результатов воздействия мощных акустических полей на морские экосистемы. Настоящая работа посвящена разработке методики проведения исследований влияния мощных низкочастотных звуковых полей на светящиеся планктонные морские организмы. Методика основана на определении параметров биолюминесценции, являющейся одним из важнейших индикаторов функционального состояния гидробионтов.