Земляк В.Л., Козин В.М., Васильев А.С., Чингалаев С.А. «Влияние глубины акватории на характер движения погруженного тела вблизи свободной поверхности жидкости» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 48-59 (2023)

Объектом исследования является процесс движения погруженного тела заданной формы вблизи свободной поверхности жидкости в условиях ограниченной глубины акватории. Цель состоит в определении влияния глубины акватории на волновое сопротивление, вертикальную подъемную силу и гидродинамический момент, действующие на тело со стороны жидкости. Материалы и методы. Материалом для проведения исследований является методика моделирования, технологии и результаты модельных экспериментов в опытовом бассейне. Численное моделирование выполнено с помощью программного комплекса ANSYS. Основные результаты. Проведено экспериментально-теоретическое исследование влияния глубины акватории на волнообразование, волновое сопротивление, подъемную силу и гидродинамический момент, возникающие при движении погруженного тела в приповерхностной водной среде. Заключение. Полученные результаты полезны для стабилизации движения погруженного тела в горизонтальной плоскости в зависимости от скорости его движения при различном заглублении в условиях ограниченной глубины акватории.

Филатов С.В., Поплевин А.В., Лихтер А.М., Королев О.Г., Сербин В.И., Рыбаков А.В., Тумачев Д.Д., Левченко А.А. «Особенности генерации вихревого движения волнами на поверхности мелкой и глубокой воды» Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, № 12, с. 53-64 (2022)

Выполнены экспериментальные исследования процессов формирования вихревого движения на поверхности мелкой и глубокой воды, генерируемого двумя волнами частотой 6 Гц, распространяющимися на поверхности под углом 90°. Эксперименты проводились в стеклянной ванне размером 70×70 см. Глубина воды изменялась от 2 до 19 см. Установлено, что при одинаковых условиях возбуждения волн на поверхности мелкой воды формируется один большой вихрь и несколько смазывающих, а на поверхности глубокой воды формируется несколько больших вихрей с завихренностью разного знака. Показано, что в установившемся режиме значения завихренности и энергии вихревого движения хаотически изменяются вблизи некоторого среднего значения. PDF-распределения значений завихренности и энергии близки к Гауссовым на 19-й секунде накачки, но существенно деформируются к 900-й секунде в результате формирования на поверхности воды крупномасштабных вихрей. Ключевые слова: нелинейные поверхностные волны, вихри, турбулентность, мелкая вода, глубокая вода, нормальное распределение, число Рейнольдса.

Семенцов К.А., Носов М.А. «Расчет начального возвышения поверхности воды в очаге цунами в бассейне с произвольным рельефом дна» Математическое моделирование, 35, № 2, с. 75-94 (2023)

В рамках потенциальной теории несжимаемой жидкости в приближении мгновенной деформации дна построена двумерная (0xz) численная модель, позволяющая рассчитать начальное возвышение поверхности воды в очаге цунами в бассейне переменной глубины. Благодаря использованию σ-координаты модель позволяет учесть вклад горизонтальной компоненты деформации дна и «сглаживающий эффект» водного слоя. Для тестирования численной модели получено аналитическое решение задачи о начальном возвышении в бассейне с плоским наклонным дном при деформации дна треугольной формы. Результаты тестирования показывают, что при типичной для численных моделей цунами величине шага по пространству наблюдается хорошее соответствие между численным и аналитическим решением. С помощью построенной σ-модели рассчитаны начальные возвышения поверхности воды во время Курильского землетрясения 13.01.2007 и Великого восточно-японского землетрясения Тохоку 11.03.2011 (вдоль произвольно выбранных разрезов). Полученные результаты использованы для проверки приближенного метода расчета начального возвышения, известного под названием фильтр Каджиуры, в рамках которого глубина океана полагается постоянной во всей области очага цунами.

Доброхотов С.Ю., Калиниченко В.А., Миненков Д.С., Назайкинский В.Е. «Асимптотики длинных стоячих волн в одномерных бассейнах с пологими берегами: теория и эксперимент» Прикладная математика и механика, 87, № 2, с. 157-175 (2023)

Построены периодические по времени асимптотические решения одномерной нелинейной системы уравнений мелкой воды в бассейне переменной глубины D(x) с двумя пологими берегами (что означает обращение в нуль функции D(x) в точках, задающих берег) или с одним пологим берегом и вертикальной стенкой. Такие решения описывают стоячие волны, аналогичные известным волнам Фарадея в бассейнах с вертикальными стенками. В частности, они приближенно описывают сейши в протяженных бассейнах. Конструкция таких решений состоит из двух этапов. Сначала определяются гармонические по времени точные и асимптотические решения линеаризованной системы, порожденные собственными функциями оператора d/dx D(x) d/dx, а затем с помощью недавно развитого подхода, основанного на упрощении и модификации преобразования Кэрриера–Гринспена, по ним в параметрической форме восстанавливаются решения нелинейных уравнений. Полученные асимптотические решения сравниваются с результатами эксперимента, основанного на возбуждении волн в бассейне с помощью параметрического резонанса.

Серебряный А.Н., Свадковский А.Н. «Генерация интенсивного подповерхностного течения проходящим над морем шквалом» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 59, № 1, с. 55-60 (2023)

Приводятся данные необычного случая измерения течения, возникшего при прохождении над морем шквалистого ветра. Измерения проводились 12 октября 2011 г на акватории шельфа Черного моря вблизи Геленджика в пределах границ от траверза Голубой бухты до мыса Толстого на яхте, оснащенной ADCP “Rio Grande 600 kHz”. Выявлено необычное интенсивное подповерхностное течение (до 1 м/с), проникающее вглубь на 8 м, сгенерированное сильным шквалом, прошедшим над шельфовой зоной. Ключевые слова: акустический доплеровский профилометр течений (ADCP), шквал, шельф, прибрежная зона, ветер, шквал, волны, колебания термоклина, Черное море

Леонтьев И.О. «О механизмах формирования подводных валов на песчаном береговом склоне» Океанология, 63, № 3, с. 467-474 (2023)

Исследование направлено на выявление условий, при которых развитие подводных валов может определяться механизмом самоорганизации, способным поддерживать рост малых возмущений, возникающих на дне. Используется упрощенная модель транспорта наносов, в которой величина расхода наносов оказывается в прямой зависимости от локального уклона дна. Это позволяет свести задачу к аналитическому решению уравнения диффузии, на основании которого можно судить об эволюции возникшего на дне возмущения. Обосновывается вывод, что благоприятные предпосылки для развития подводного вала создаются при перемещении наносов в сторону берега, что ассоциируется с доминирующим вкладом асимметрии волн. Однако в условиях крутых штормовых волн важную роль играет противотечение, обусловливающее вынос материала с пляжа. В этом случае вал в зоне обрушения создается двумя механизмами – самоорганизации и конвергенции потоков. Полученные результаты согласуются с имеющимися данными и помогают объяснить некоторые свойства мульти-валовых систем, известные из наблюдений.

Мехова О.С., Смирнова Д.А., Морозов Е.Г., Остроумова С.А., Фрей Д.И. «Внутренние волны в районе острова Хаф-Мун, Южные Шетландские острова» Океанология, 63, № 4, с. 564-575 (2023)

Анализируются внутренние волны на основе измерений в 87-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” в проливе Брансфилда у острова Хаф-Мун и расчетов по численной модели. Измерения проводились 25 января 2022 г. в течение четырех часов с помощью термокосы, оснащенной датчиками температуры и давления, параллельно с измерениями CTD-зондом. Колебания температуры по датчикам термокосы и зонда показали, что амплитуда внутренних волн близка к 5 м, иногда достигая 15 м. По результатам расчетов глобальной приливной модели TPXO9, в районе работ преобладают неправильные полусуточные приливы. Численные расчеты параметров внутренних волн показывают, что бароклинный прилив, сгенерированный на крутом склоне, распадается на более высокочастотные волны.

Маити П., Кунду П., Мандал Б.Н. «Задача Коши–Пуассона о распространении волн в океане с упругим дном» Прикладная механика и техническая физика, 64, № 3, с. 74-88 (2023)

Рассматривается классическая двумерная задача Коши–Пуассона для океана с упругим дном. Вода в океане моделируется несжимаемой жидкостью. Линейная задача формулируется как задача с начальными условиями для потенциала скорости в области, занятой жидкостью, потенциала расширения-сжатия и потенциала сдвига в области, занятой упругой средой. Для получения выражений для формы депрессии свободной поверхности и компоненты вертикальных смещений точек дна океана через кратные интегралы с бесконечными пределами используются преобразования Лапласа по времени и преобразование Ханкеля по пространственной координате, которые вычисляются методом наискорейшего спуска. Исследована зависимость отношения амплитуды смещений точек дна океана к амплитуде смещений точек свободной поверхности от времени и от глубины океана при различных значениях параметров задачи и формах начальных возмущений. Проведено сравнение полученных результатов с аналитическим решением задачи при наличии твердого дна. Ключевые слова: задача Коши–Пуассона, упругое дно, волны расширения-сжатия, сдвиговые волны, преобразования Лапласа и Ханкеля, метод наискорейшего спуска

Кошелева А.В., Ляпидевский В.Ю., Храпченков Ф.Ф., Ярощук И.О. «Пространственная эволюция придонных линз холодной воды в шельфовой зоне Японского моря» Прикладная механика и техническая физика, 64, № 3, с. 110-121 (2023)

Проведено исследование распространения и разрушения нелинейных внутренних волн в шельфовой зоне Японского моря в летне-осенний период на гидрофизическом полигоне Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН в течение ряда лет. Посредством размещения донных станций для непрерывной регистрации вертикального распределения температуры и скорости на глубинах 20–60 м, а также регулярного изучения распределений основных гидродинамических характеристик вдоль выделенных трасс определены механизмы генерации и распространения нелинейных пакетов внутренних волн в результате распада внутреннего прилива, а также зафиксированы другие короткопериодные источники деформации термоклина, которые можно интерпретировать как результат распространения придонных и приповерхностных вихревых структур. Высокое пространственно-временное разрешение поля температуры в окрестности донных станций позволило выявить тонкую структуру волновых возмущений различного типа. На основе многослойной теории мелкой воды построены математические модели распространения волновых пакетов и проведена их верификация с использованием данных натурных и лабораторных экспериментов. Ключевые слова: внутренние волны, лабораторный и натурный эксперименты, шельфовая зона, придонные линзы, многослойная мелкая вода