Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю. «Распределение интенсивности звукового поля в глубоком море в фазовом пространстве "глубина–угол–время”» Акустический журнал, 69, № 5, с. 515-527 (2023)

Рассмотрен переход от традиционного представления волнового поля в вертикальном сечении подводного звукового канала в виде функции глубины и времени к распределению данного поля в 3D фазовом пространстве “глубина–угол–время”. Для этой цели используется развитый в квантовой теории метод когерентных состояний. Смысл предложенного перехода заключается в том, что распределение интенсивности поля в указанном фазовом пространстве менее чувствительно к флуктуациям скорости звука, чем в исходном 2D пространстве “глубина–время”. Это обстоятельство может быть использовано при решении обратных задач. В качестве примера рассмотрена реконструкция координат источника в волноводе по данным измерений распределения интенсивности поля этого источника в фазовом пространстве.

Доброхотов В.А., Ермаков С.А., Сергиевская И.А. «О модуляции гравитационно-капиллярных волн внутренней волной» Сборник трудов XXXIV Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова («Волны-2023»). 28 мая – 02 июня 2023 г., с. 40-42 (2023)

Внутренние волны (ВВ) в океане проявляются на его поверхности в виде полос с различной интенсивностью ветровых волн, что дает возможность обнаружения ВВ и восстановлении их характеристик по данным дистанционного зондирования океана, в частности, с использованием спутниковых радиолокаторов микроволнового диапазона). Вариации интенсивности ветровых волн, которые обусловлены модуляцией последних в поле орбитальных течений ВВ на морской поверхности, обусловлены рядом физических механизмов, в том числе кинематическим (резонансным) механизмом, модуляцией концентрации пленок поверхностно-активных веществ и, как результат, коэффициента затухания ветровых волн, нелинейными эффектами, связанными с сильными обрушениями, а также микрообрушениями ветровых волн в поле ВВ, модуляцией коэффициента возбуждения волн ветром и др. Несмотря на значительное число работ, проблема воздействия ВВ на ветровые волны пока не может считаться до конца решенной и не потеряла актуальности. Важную роль в изучении различных механизмов модуляции играет лабораторный эксперимент. Целью настоящей работы является лабораторное моделирование воздействия ВВ на гравитационно-капиллярные волны (ГКВ) см-дм длин волн и на сигнал обратного радиолокационного (РЛ) рассеяния микроволн Ка-диапазона в условиях конечности амплитуды ГКВ.

Сухинов А.И., Сидорякина В.В., Проценко Е.А., Проценко С.В. «Численное моделирование воздействия ветровых течений на прибрежную зону крупных водохранилищ» Математическая физика и компьютерное моделирование (ранее Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 1: Математика. Физика), 25, № 3, с. 15-30 (2022)

Целью настоящей работы является расчет и оценка гидрофизических характеристик ветровых течений крупных водохранилищ. Проведение этих исследований невозможно без использования адекватных динамических математических моделей и построения соответствующих алгоритмов, реализуемых на суперкомпьютерах. Гидродинамическая модель мелководных водоемов разработана на основе трехмерной математической модели, включающей уравнения движения Навье–Стокса по трем координатным направлениям, уравнения неразрывности несжимаемой жидкости, уравнения транспорта тепла и уравнения состояния – зависимости плотности водной среды от температуры. Дискретизация уравнений гидродинамики осуществляется методом поправки к давлению. Разработанные численные алгоритмы и программный комплекс их реализующий используются для исследования поля давления и векторного поля скорости водной среды для заданного участка акватории водоема. Практическая значимость заключается в возможности их применения для изучения гидрофизических процессов этих территорий, оценке гидродинамического воздействия на прибрежную зону крупных водохранилищ.

Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. «Влияние направленности источников на фазовые инварианты векторно-скалярных полей в мелком море» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 512, № 1, с. 17-23 (2023)

Впервые исследуются свойства фазового инварианта звукового поля применительно к векторно-скалярным полям, образованным в волноводе направленными – мультипольными источниками. Показано, что при использовании даже таких сложных источников фазовый инвариант справедлив для звукового давления и для проекций вектора колебательной скорости. Он практически не зависит от направленности и частоты источника, расстояния и от параметров волновода.

Ковалев Д.П., Ковалев П.Д. «Особенности волновых процессов в районе мыса Острый, юго-восточное побережье о. Сахалин» Экологические системы и приборы, № 10, с. 3-14 (2023)

С использованием пяти автономных измерителей волнения АРВ–10 получены временные серии наблюдений с секундной дискретностью за колебаниями уровня моря на разных расстояниях от берега в акватории в районе м. Острый, юго-восточное побережье о. Сахалин. Проведено изучение волнового поля с акцентом на диапазон волн зыби и инфрагравитационных (ИГ) волн. Расчет периодов сейшей показал, что в исследуемой акватории отсутствуют условия для возбуждения сейшей с периодами пиков обнаруженных в спектрах. Волновые процессы в диапазоне периодов колебаний уровня моря от 15 минут до 3,5 часов, как показывает модельный расчет, являются шельфовыми сейшами. В диапазоне ИГ волн 0,5–10 мин обнаружены хорошо выраженные волновые процессы, когерентность между которыми для разных пар приборов превышает доверительный уровень, а рост фазы с уменьшением периода колебаний указывает на распространение волн в направлении попрек берега. Отмечена особенность изменения энергии обнаруженных волновых процессов, заключающаяся в том, что соотношение энергии колебаний для разных приборов и периодов различно. Проведено модельное исследование вдольбереговой структуры краевых волн с использованием дисперсионного соотношения Урселла. Показано, что для обнаруженных пиков в спектрах для диапазона 0,5–10 мин всех приборов возможно существование краевых волн нулевых мод, которые могут быть ответственны за формирование ритмических форм рельефа в прибрежной зоне южнее м. Острый. Дано объяснение замеченной особенности изменения соотношений энергии спектральных пиков с помощью рассчитанного прибрежного поперечного профиля отраженных нормально падающих на берег ИГ волн, который приблизительно описывается функцией Бесселя первого рода нулевого порядка. Профиль таких волн существенно зависит от их периода и поперечные размеры существенно меньше, чем для краевых волн. Показано, что спектры колебаний уровня в диапазоне ветровых волн и зыби достаточно сглаженные и не содержат существенно выраженных подъемов энергии. Ключевые слова: зыбь, инфрагравитационные волны, сейши, краевые волны.

Епифанов С.А., Епифанова А.С., Куркина О.Е. «Оценки поля давления, индуцированного длинными внутренними волнами, в рамках слабонелинейной теории» Экологические системы и приборы, № 10, с. 67-78 (2023)

Определение полей орбитальной скорости частиц жидкости и динамического давления при прохождении внутренних волн, особенно пиковых значений этих величин и их временной изменчивости, важно для оценок воздействия интенсивных регулярных и нерегулярных волн на препятствия, инженерные сооружения и рельеф дна. В традиционных подходах к анализу динамики внутренних волн для получения эволюционных уравнений для скорости или смещения пикноклина обычно исключаются и не рассматриваются поля плотности и волнового давления. В нашем исследовании, основанном на слабонелинейной теории длинных внутренних волн, ряды для изменения волнового давления получены в явном виде, а поправки к давлению в разных порядках слабонелинейной теории выражаются через смещение пикноклина, поскольку большинство существующих моделей внутренних волн ориентированы на расчет функции η(z, x, t) (вертикальное смещение изоповерхности плотности, соответствующей фиксированному значению плотности в невозмущенном состоянии на некотором заранее выбранном горизонте). Это позволяет объединить в единой численной модели как расчеты поля смещений изопикнических поверхностей, так и моделирование изменений давления, вызванных внутренними волнами. Проведено исследование пространственной структуры волнового динамического давления при прохождении стационарных внутренних волновых возмущений в двухслойной жидкости. Ключевые слова: внутренние волны, двухслойная жидкость, уравнение Кортевега–де Вриза, динамическое давление.

Кириллов В.В., Ляпидевский В.Ю., Суторихин И.А., Храпченков Ф.Ф. «Особенности трансформации нелинейных внутренних волн на шельфе и в глубоком озере» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 121-131 (2023)

Характерной особенностью стратифицированных течений в больших водоемах является генерация интенсивных короткопериодных внутренних волн на фронте длинноволновых возмущений. Наиболее выражены нелинейные процессы при распространении придонных и приповерхностных возмущений. Эффективным инструментом исследования волновых процессов в океане является теория многослойной мелкой воды с учетом эффектов нелинейности и дисперсии. Показано, что разработанные математические модели пригодны для описания трансформации нелинейных внутренних волн как в шельфовой зоне моря, так и в глубоких пресноводных водоемах. В частности, проведено сравнение структуры придонных внутренних волн в шельфовой зоне Японского моря и недавно обнаруженных приповерхностных внутренних волн в Телецком озере. Обсуждается механизм генерации интенсивных внутренних волн при возбуждении сейшевых колебаний в узких водоемах. Построены бегущие волны в многослойной жидкости и найдены численные решения нестационарной проблемы генерации внутренних волн. Проведено сравнение с лабораторными экспериментами по генерации пакета короткопериодных внутренних волн при сейшевых колебаниях двухслойной жидкости в длинном канале, а также с зарегистрированной приповерхностной внутренней уединенной волной в Телецком озере.

Гневышев В.Г., Травкин В.С., Белоненко Т.В. «Топографический фактор и предельные переходы в уравнениях для субинерционных волн» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 1, с. 8-23 (2023)

Рассматриваются топографические субинерционные волны, распространяющиеся на шельфе и океаническом желобе. На фоне обзора истории исследования топографических волн и появления соответствующих терминов авторы дают описание особенностей распространения этих волн и вывод основных дисперсионных уравнений. Показано, что все варианты представленных в статье решений в основе своей базируются на одном и том же дисперсионном соотношении – это дисперсионное соотношение для топографических волн Россби. Построены два класса локализованных решений: одно для шельфовых волн, второе, фактически, тоже шельфовое, но его принято называть желобовыми волнами. Показано, что для желобовых волн поперечное волновое число не является независимым, как для шельфовых волн, а является функцией от продольного волнового числа. Другими словами, топографические волны Россби – это всегда двумерные волны, в то время как шельфовые волны представлены квазиодномерными решениями. Аналитическая новизна работы состоит в том, что в ней удалось произвести сшивки желобовых и шельфовых волн, которые ранее отсутствовали в работах по данной тематике.

Гневышев В.Г., Травкин В.С., Белоненко Т.В. «Групповая скорость и дисперсия шельфовых волн Бухвальда и Адамса. Новый аналитический подход» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 2, с. 8-20 (2023)

Произведен новый анализ известных топографических моделей волн Россби для кусочно-экспоненциальных профилей топографии. Предложен математический метод, позволяющий находить аналитически групповую скорость и дисперсию. Произведено численное сравнение соотношений, представленных в исследовании Бухвальда и Адамса, и зависимостей, полученных в рамках нового аналитического подхода. Численный сравнительный анализ показал, что расхождение для фазовых скоростей лежит в границах пяти процентов. Для групповых скоростей расхождение достигает девятнадцати процентов для первой моды и уменьшается для более высоких номеров мод. Рассматриваются длинноволновые асимптотики собственных функций. Установлено, что длинноволновый предел для шельфовых волн Россби имеет специфику: продольное волновое число стремится к нулю, а поперечное волновое число выходит на некую конечную положительную константу, которая тем больше, чем выше номер моды. Показано, что в длинноволновом пределе шельфовые волны Россби переходят в шельфовые топографические течения, при этом имеется некая автомодельность для фазовой и групповой скоростей шельфовых течений. Показано, что шельфовые волны, проявляются в виде системы перемещающихся когерентных вихрей.

Слюняев А.В., Кокорина А.В., Зайцев А.И., Диденкулова Е.Г., Москвитин А.А., Диденкулов О.И., Пелиновский Е.Н. «Зависимость вероятностных распределений высот волн от физических параметров по результатам измерений у острова Сахалин» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 3, с. 18-29 (2023)

Данные длительных измерений поверхностного волнения донными датчиками у о-ва Сахалин использованы для построения инструментальных распределений вероятностей превышения высот волн. Зарегистрированы волны с высотой, превышающей значительную высоту более чем в 3 раза. Обсуждаются особенности результатов наблюдений, выполненных в периоды покрытия морской поверхности льдом и открытой воды. Для создания выборок статистически однородных данных выполнена селекция с учетом естественных физических безразмерных параметров задачи, контролирующих эффекты конечной глубины и нелинейности (крутизна, отношение амплитуд волн к глубине, параметр Урселла). Обсуждается проявление этих и производных от них параметров в теоретических распределениях вероятностей высот волн. Оценены эффекты нелинейности и глубины точки измерения на вероятностные распределения с фокусом на аномально высокие волны. В частности, показано, что для места регистрации рост отношения амплитуд волн к глубине приводит к уменьшению вероятности аномально высоких волн. Это поведение согласуется с теоретическим распределением Глуховского. Волны, характеризуемые сравнительно большим параметром безразмерной глубины, демонстрируют более высокую вероятность волн с существенным превышением значительной высоты и лучше описываются распределением Рэлея.

Козелков А.С., Богомолов Л.М., Смазнов В.В., Курулин В.В., Тятюшкина Е.С. «Моделирование оползневых цунами на Дальнем Востоке РФ на основе трехмерных уравнений Навье–Стокса» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 3, с. 30-51 (2023)

Приводятся результаты моделирования оползневых цунами у полуострова Камчатка в части акватории Тихого океана. Дано описание используемой модели на основе трехмерных уравнений Навье–Стокса. Для учета реологии оползневых масс модель дополнена реологическим соотношением, основанным на модели Бингама. Предложена модификация классической модели Бингама с ненулевым пределом текучести, которая подразумевает, что среда покоится, либо перемещается как твердое тело в случае отсутствия в среде напряжения, превышающего этот предел. Применение классической модели невозможно в рамках используемой системы уравнений. В статье предложена ее модификация, которая заключается в возможности изменения предела текучести до нулевого значения путем добавления линейной функции до заданной скорости сдвига. До ее достижения жидкость течет как ньютоновская, а после – режим течения вещества подчиняется закону Бингама. Для моделирования волн в реальных акваториях используется оригинальный алгоритм, реализующий открытые граничные условия. Этот алгоритм основан на использовании демпфирующего приграничного слоя. Он поглощает кинетическую энергию приходящей волны, что учитывается с помощью дополнительного источника в уравнении момента импульса. Предложен способ определения коэффициента сопротивления, значение которого определяет интенсивность поглощения кинетической энергии волны. Используемая математическая модель позволяет единым образом моделировать возникновение, распространение и накат на берег волн цунами оползневого происхождения. Приводятся результаты моделирования схода подводного оползня в акватории Камчатского залива около г. Усть-Камчатска с учетом батиметрических данных. Проведен анализ зависимости высот волн от объема оползня в зоне его начального положения и в нескольких точках у побережья, а также отмечены участки побережья (в частности, на острове Беринга), которые могут наиболее сильно пострадать при возникновении оползневых цунами в этой акватории.

Кантаржи И.Г., Леонтьев И.О., Куприн А.В. «Аналитические исследования динамики «карманного пляжа»» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 3, с. 93-105 (2023)

Исследуется динамика пляжа, расположенного между естественными или искусственными поперечными преградами. Рассматривается пляж, расположенный в северо-восточной части Невской губы Финского залива. В западной части пляжа располагается валунная дамба, которая, однако, не обеспечивает защиту пляжа от размыва, вызванного вдольбереговым переносом наносов. Для обеспечения устойчивости пляжа в рамках проекта «База водных видов спорта в Приморском районе» планируется построить поперечные пляжеудерживающие сооружения. Целью данной работы является прогнозирование динамики береговых процессов рассматриваемого пляжа в новых условиях на срок ближайших двадцати лет. Рассчитан баланс наносов, который для рассматриваемого карманного пляжа состоит из трёх составляющих: объем эрозии, объём аккумуляции и объём байпассинга. По результатам расчетов выяснено, что в новых условиях вдольбереговой поток наносов со временем заметно уменьшается, что обусловлено разворотом контура берега и уменьшением угла волновой равнодействующей относительно береговой нормали. Было получено, что процессы размыва и аккумуляции в новых условиях со временем замедляются. Выдвижение берега в первые годы после строительства демонстрирует высокую скорость, замедляясь со временем. Отступание берега происходит белее равномерно, также со временем замедляясь. Строительство рассматриваемых пляжеудерживающих сооружений позволяет замедлить процессы размыва береговой части «Парка 300-летия Санкт-Петербурга», однако данных мер недостаточно для полной остановки процесса размыва.

Гогин А.Г., Кантаржи И.Г. «Развитие метода параболического приближения в задачах дифракции морских волн на акватории порта» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 3, с. 106-119 (2023)

Получены аналитические выражения метода параболического приближения для расчета дифракции морских волн за сходящимися оградительными сооружениями, расположенными под углом к подходящим волнам. Для этого использован способ линейной суперпозиции результатов, полученных отдельно для каждого из молов. На основе сравнения результатов, получаемых этим методом, с результатами физических (в волновом бассейне) и численных (с помощью DHI MIKE 21 BW) экспериментов при разных постановках задачи (всего 40) сделан вывод о допустимости применения полученных выражений. Результаты исследования позволяют рекомендовать полученные выражения для прикладного использования при прогнозировании параметров волнового режима на акватории морских портов, где сильны дифракционные явления. Комплексность используемой в методе параболического уравнения функции становится причиной появления «лепестков» изолиний коэффициента дифракции на защищаемой акватории. Представлены аппроксимативные выражения для сглаживания осцилляций функции комплексной амплитуды по линиям, параллельным и перпендикулярным оси оградительных сооружений. В результате получено, что комплексность используемой функции является причиной получения ошибки при определении коэффициента дифракции, оцениваемой в среднем в пределах от 2 до 5%. Максимальная амплитуда осцилляций коэффициента дифракции составила 12,5% от значения, полученного с помощью аппроксимативного выражения.

Санников Н.А., Куркина О.Е., Рувинская Е.А., Куркин А.А. «Перестройка полнонелинейного бризероподобного пакета внутренних волн над донным уступом в слоистой среде» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 3, с. 129-141 (2023)

Исследуется процесс трансформации локализованного волнового пакета над донным уступом в трехслойной жидкости, при этом высота уступа равна или превосходит толщину нижнего слоя, поэтому в мелководной зоне стратификация плотности становится двухслойной. В численных экспериментах варьировалась как высота ступеньки, так и ширина уступа. Задача решается в рамках полнонелинейной модели гидродинамики невязкой несжимаемой стратифицированной жидкости. Первичный анализ состоял в оценке значений безразмерных параметров, как правило, используемых в задачах о накате: числа Фруда, Ирибаррена, отношения характерной длины волны к характерной ширине склона, отношения топографического уклона к характерному наклону волновых пучков. Поскольку линия «уреза» для нижнего пикноклина частично или полностью находится на ступеньке, можно было бы ожидать динамику, связанную с заплеском, обрушением или отражением волн, распространяющихся по нижнему пикноклину, однако этого не происходит. Показано, что отражение волнового пакета от уступа минимально при всех рассмотренных случаях, наблюдается сильное укручение волны, но при этом обрушения не происходит – волна на нижнем пикноклине при прохождении уступа быстро затухает. Анализ спектральных амплитуд и полей энергии позволяет сделать вывод, что происходит передача энергии с нижнего пикноклина на верхний. Бризер в двухслойной среде не может существовать, но сформировавшийся после его разрушения волновой пакет в верхнем пикноклине обладает значительно большей энергией, чем до уступа.

Макаров Д.В., Соседко Е.В. «Теория случайных матриц для описания рассеяния звука на фоновых внутренних волнах в условиях мелкого моря» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 3, с. 142-155 (2023)

Рассматривается задача о распространении низкочастотного звука в мелководном волноводе со случайной гидрологической неоднородностью, обусловленной фоновыми внутренними волнами. Новый подход к статистическому моделированию акустических полей, основанный на теории случайных матриц и ранее успешно применявшийся для глубоководных акустических волноводов, использован для мелководных волноводов. В данном подходе рассеяние звука на случайной неоднородности описывается с помощью статистического ансамбля матриц пропагатора, которые описывают трансформацию акустического поля в пространстве нормальных мод волновода. Проведено исследование эффекта «высвечивания» звука из волновода. Термин «высвечивание» здесь означает перекачку энергии в моды с повышенным поглощением за счет рассеяния на внутренних волнах. Рассмотрена модель подводного звукового канала с осью на глубине около 45 метров. Обнаружено, что первые несколько мод, распространяющихся внутри водной толщи, в очень малой степени подвержены потерям, обусловленным «высвечиванием». Наиболее сильное «высвечивание» испытывает средняя группа мод, способная достигать морской поверхности. Это проявляется как значительное усиление потерь по сравнению с горизонтально однородным волноводом. С другой стороны, выявлено существование линейных модовых комбинаций, для которых усиление потерь практически отсутствует. Данные линейные комбинации соответствуют собственным функциям пропагатора для неоднородного волновода. Статистический анализ собственных функций пропагатора указывает на качественные отличия механизмов рассеяния звука при частотах 100 и 500 Гц.

Доброхотов С.Ю, Жевандров П.Н., Кузьмина В.М. «Нелокальные нелинейные уравнения ветровых волн над неровным дном» Прикладная математика и механика, 51, № 5, с. 798-806 (1987)

Очередник В.В., Зацепин А.Г. «Цуги короткопериодных внутренних волн на шельфе Черного моря по данным измерений кластера термокос» Морской гидрофизический журнал, 39, № 5, с. 650-670 (2023)

Цель работы – расчет и анализ характеристик цугов короткопериодных внутренних волн на основе данных долговременных измерений вертикальных распределений температуры кластером из трех разнесенных между собой заякоренных термокос на шельфе Черного моря в районе Голубой бухты, Южное отделение Института океанологии Российской академии наук (г. Геленджик). Методы и результаты. Измерения проводились в 2018–2020 гг. Кластер из трех термокос на заякоренных буйковых станциях с притопленными буями располагался на расстоянии около 1300 м от берега и был подключен к мультимодемной станции, посредством которой данные передавались по оптоволоконному кабелю в береговой центр сбора и хранения данных в онлайн-режиме. Буйковые станции с термокосами несколько раз устанавливались на глубинах 24–28 м в вершинах треугольника со сторонами, изменявшимися от постановки к постановке в диапазоне от 38 до 127 м. Термокосы длиной около 20 м, разработанные и изготовленные в Южном отделении Института океанологии РАН, производили частые (раз в 10 секунд) измерения температуры с помощью высокочувствительных датчиков, расположенных по вертикали со скважностью менее 1 м. Обработка данных позволила выявить более 50 случаев регистрации цугов внутренних волн с амплитудой колебаний от 1 до 10 м. Цуги наблюдались наиболее часто в весенний сезон года в период развития термоклина. Были рассчитаны значения периода внутриволновых колебаний, фазовой скорости распространения (величина и направление), длины и амплитуды внутренних волн и их количество в цуге. Выводы. Оказалось, что внутренние волны распространяются преимущественно из глубоководной части моря к берегу и часто обнаруживаются во фронтальных зонах, связанных с вторжением более теплых или холодных вод на акваторию расположения термокос. Установлена статистически достоверная зависимость фазовой скорости внутренних волн от параметров температурной стратификации, а также их параметра нелинейности.

Малеханов А.И., Смирнов А.В. «Влияние априорной неопределенности модели звукового канала мелкого моря на коэффициент усиления вертикальной антенной решетки» Акустический журнал, 69, № 5, с. 542-558 (2023)

Цель данной работы – численная демонстрация и сравнительный анализ критически сильного и неоднозначного влияния априорной неопределенности модели волновода мелкого моря по ее основным физическим параметрам на эффективность основанных на модели методов пространственной обработки многомодовых сигналов, принимаемых вертикальной антенной решеткой. Рассматривается сценарий приема относительно слабого сигнала удаленного подводного источника на фоне интенсивной помехи, создаваемой подповерхностным источником (имитирующим надводное судно) и динамического шума морской среды, возбуждаемого ветровым волнением. Методы обработки включают согласованную обработку полезного сигнала, оптимальную обработку сигнала на фоне помехи и шума, квазиоптимальную обработку на основе согласованной фильтрации одной из мод сигнального поля с адаптивным выбором ее номера. Получены количественные оценки сверху для величин погрешности данных относительно скорости звука в водной толще и геоакустических параметров подстилающего дна, при которых потери усиления антенны не превышают заданного уровня. Показано, что подобные оценки сильно различны как для разных параметров среды, так и для методов обработки, при этом определяющую роль играют условия приема полезного сигнала – модовый состав и уровни интенсивности помехи и шума среды на входе антенны. Постановка задачи и результаты представляются полезными для формулировки требований к средствам оперативной океанографии, предназначенных для поддержки эффективного функционирования гидроакустических антенных систем в реальных морских условиях.

Петухов Ю.В., Бородина Е.Л. «Влияние осадочного слоя дна на распространение каустических пучков в океанических волноводах» Акустический журнал, 69, № 5, с. 576-583 (2023)

Численным моделированием с использованием модовой теории исследованы закономерности пространственного (по глубине и горизонтальному расстоянию) распределения интенсивности акустического поля, формируемого при многократном взаимодействии каустического пучка со слоистым дном в мелководном океаническом волноводе с открытым ко дну подводным звуковым каналом. Установлено, что при значениях скорости звука у верхней границы в осадочном слое, меньших значения скорости звука у дна в водном слое, возможно формирование многопучковой структуры акустического поля. Выяснено, что, начиная с определенных расстояний, вновь формируемые пучки могут играть основную роль в пространственном распределении интенсивности акустического поля.

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Влияние случайных внутренних волн на характеристики горизонтальной антенны в мелком море» Акустический журнал, 69, № 5, с. 584-594 (2023)

Численным моделированием с использованием модовой теории исследованы закономерности пространственного (по глубине и горизонтальному расстоянию) распределения интенсивности акустического поля, формируемого при многократном взаимодействии каустического пучка со слоистым дном в мелководном океаническом волноводе с открытым ко дну подводным звуковым каналом. Установлено, что при значениях скорости звука у верхней границы в осадочном слое, меньших значения скорости звука у дна в водном слое, возможно формирование многопучковой структуры акустического поля. Выяснено, что, начиная с определенных расстояний, вновь формируемые пучки могут играть основную роль в пространственном распределении интенсивности акустического поля.

Сидоров Д.Д., Петников В.Г., Луньков А.А. «Широкополосное звуковое поле в мелководном волноводе с неоднородным дном» Акустический журнал, 69, № 5, с. 608-619 (2023)

С помощью численного моделирования исследуется широкополосное (35–1000 Гц) звуковое поле, создаваемое точечным излучателем в шельфовой зоне с неоднородной структурой донных осадков. Глубина шельфа составляет около 30 м, максимальное расстояние – 10 км. В качестве модельной неоднородности выбирается переходная область от дна со скоростью звука 1400 м/с к дну со скоростью 1600 м/с. Для расчетов звукового поля используется модовое описание и широкоугольные параболические уравнения. В численных экспериментах показано, что на частоте ниже 100 Гц проявляется главным образом горизонтальная рефракция. Она приводит к увеличению амплитуды низкочастотного звукового импульса, распространяющегося вдоль переходной области, на 10 и более дБ по сравнению с аналогичным волноводом с однородным дном. На частоте выше 100 Гц доминирующим эффектом является межмодовое взаимодействие, вызывающее появление модуляции амплитуды мод в частотной области. Сделанные в рамках упрощенной модели выводы подтверждаются при расчетах для реальной структуры донных осадков в Карском море.

Будников А.А., Иванова И.Н., Хурчак А.И., Малахова Т.В. «Мониторинг пузырьковых метановых газовыделений и гидрологических параметров в бухте Ласпи (Крым)» Вестник Московского университета. Серия 3: Физика. Астрономия, 78, № 4, с. 2340901 (2023)

Работа посвящена исследованиям временной изменчивости активности мелководных метановых сипов в прибрежной области бухты Ласпи и высокочастотному мониторингу суточной динамики гидрологических параметров в этом районе. В работе представлены результаты, полученные в летние месяцы 2016, 2018–2021 гг. и в начале февраля 2023 года. При помощи пассивного акустического метода показано, что интенсивность и периодичность испускания пузырькового газа отдельными точечными источниками может варьировать в течение суток и от сезона к сезону. Получено, что над действующей площадкой сипов наблюдается пониженное содержание растворенного кислорода и его насыщенность по сравнению с удаленной (фоновой) площадкой. Отмечены моменты резкого снижения содержания кислорода, не сопровождающиеся изменением температуры и других гидрологических параметров.

Серебряный А.Н., Химченко Е.Е., Гончаров В.В., Тарасов Л.Л., Попов О.Е., Белов Д.В., Нешенко И.П. «Внутренние волны, генерируемые потоком реки Кодор в Черном море» Океанология, 63, № 6, с. 899-915 (2023)

Представлены результаты проведенных в июне 2021 г. исследований внутренних волн в шельфовой зоне Черного моря на акватории, прилегающей к устью реки Кодор. Пространственные съемки с помощью ADCP “Rio Grande 600 kHz” выявили основные характеристики течений на акватории и наличие внутренних волн, сгенерированных потоком речной воды, впадающей в море. Внутренние волны были зарегистрированы на двух разрезах, ориентированных по нормали к береговой черте и простирающихся до глубин 100 м. Наблюдавшиеся волны имели черты нелинейных волн, располагались на приповерхностном термоклине и имели высоту до 3–6 м. Также были зарегистрированы короткопериодные внутренние волны заякоренной цепочкой термисторов в прибрежной зоне моря в виде цуга волн с кажущимся периодом около 3.5 мин. Проведен расчет дисперсионных кривых и собственных функций внутренних волн численным решением уравнения внутренних волн с учетом сдвига скорости в толще моря. Теоретические данные сопоставлены с экспериментальными. Они выявили существенное влияние потока речных вод на параметры сгенерированных внутренних волн, движущихся с потоком. Было подтверждено наблюдавшееся экспериментально уменьшение периодов волн и увеличение их групповой и фазовой скорости.

Манилюк Ю.В., Лазоренко Д.И., Фомин В.В., Алексеев Д.В. «Исследование режимов сейшевых колебаний Севастопольской бухты» Океанология, 63, № 6, с. 916-926 (2023)

На основе гидродинамической конечно-элементной модели ADCIRC исследуются различные режимы сейшевых колебаний в узкой протяженной глубоководной бухте на примере Севастопольской бухты. В качестве возмущений рассматриваются длинные волны, проникающие в бухту через ее вход. Расчеты выполнены для возмущений с периодами 2.5, 2.9 и 6.2 мин, принадлежащих собственным модам бухты с различной пространственной структурой: поперечной, продольно-поперечной и продольной соответственно. Воздействие данных возмущений приводит к генерации не только резонансных мод с периодами, близкими к периоду возмущения, но и интенсивной моды Гельмгольца, возникающей после прекращения действия возмущения и приводящей к значительному увеличению амплитуды колебаний уровня. В проведенных исследованиях сейш, вызываемых возмущениями в виде монохроматических длинных волн, приходящих из открытого моря, не удалось получить подтверждения, что наибольшую потенциальную опасность для прибрежной зоны вытянутой глубоководной бухты представляют так называемые экстремальные моды, имеющие поперечную структуру. Мода со структурой, близкой к поперечной, была сгенерирована, но ее максимальная амплитуда оказались в 2.5 раза меньше, чем у продольно-поперечной и продольной сейш. Наибольшее усиление набегающих волн отмечено для продольно-поперечной моды с периодом 2.9мин.

Алексеев А.Э., Горшков Б.Г., Ильинский Д.А., Потапов В.Т., Симикин Д.Е., Таранов М.А. «Применение распределенного акустического датчика для сейсмических исследований на мелководье с помощью оптической донной косы» Приборы и техника эксперимента, № 5, с. 141-145 (2023)

Описан эксперимент по сейсмическому исследованию геологической структуры морского дна Черного моря с помощью оптического кабеля, уложенного на дно моря (на мелководье), и распределенного акустического датчика (distributed acoustic sensor, DAS). Результаты эксперимента позволяют сделать вывод о перспективности предлагаемой технологии.

Гулин О.Э., Ярощук И.О. «Особенности ослабления низкочастотного звука при распространении в 2D-волноводе арктического типа со случайной батиметрией» Подводные исследования и робототехника, 36, № 2, с. 67-74 (2023)

Для низкочастотного звукового сигнала, распространяющегося в двумерно-неоднородном мелководном волноводе, в рамках метода поперечных сечений и на основе статистического моделирования рассмотрено влияние случайной батиметрии (флуктуирующей донной границы). Исследование проведено для условий мелкого моря, соответствующих шельфовым зонам российских арктических морей. Особенностью этих прибрежных акваторий является присутствие почти однородного водного слоя, лежащего на слабо консолидированных донных осадках с разнообразными характеристиками, в том числе с высокой степенью газонасыщенности. Модельные расчеты выполнены для условий сильно пропускающей статистически шероховатой донной границы с разными масштабами случайных неоднородностей. Показано, что влияние флуктуаций батиметрии на среднюю интенсивность звука имеет свои особенности по сравнению с влиянием случайных объемных неоднородностей скорости звука. В частности, уменьшение характерного масштаба флуктуаций донных шероховатостей приводит к усилению рассеяния и ослаблению звукового сигнала, а аналогичные крупномасштабные неоднородности донной границы мало изменяют картину распространения. В то же время при наличии объемных флуктуаций скорости звука в водном слое и осадках ранее было показано, что именно крупномасштабные неоднородности существенно влияют на распространение звукового сигнала, изменяя закон спадания интенсивности

Самченко А.Н., Ярощук И.О. «Упругие характеристики дна акустического полигона в заливе Петра Великого (Японское море)» Подводные исследования и робототехника, 36, № 2, с. 75-82 (2023)

Рассматриваются различные дистанционные и прямые методы и подходы к получению упругих свойств рыхлых донных отложений дна морей. Некоторые из рассмотренных вариантов получения упругих свойств дна были применены на акустическом полигоне. Акустический полигон расположен в заливе Петра Великого Японского моря. Показаны результаты расчета упругих свойств осадков прямыми и косвенными методами. Прямой метод был предложен Е. Гамильтоном и Р. Бачманом. Рассчитаны скорости продольной, поперечной волны и плотности на основе эмпирических зависимостей с гранулометрическим составом проб донных отложений. Косвенные методы восстановления упругих свойств дна основаны на данных высокочастотных акустических исследований. Проведен расчет пористости, плотности, продольной и поперечной скоростей в донных отложениях по эмпирическим моделям связи с нормальным коэффициентом отражения от дна. Также проведено сравнение полученных результатов расчета упругих свойств дна различными методами. Полученные данные упругих свойств донных отложений послужили основой геоакустической модели дна акустического полигона и залива Петра Великого в целом.

Голов А.А., Лебедев М.С., Безответных В.В., Стробыкин Д.С., Сорокин М.А., Будянский М.В. «Гидролого-акустическое исследование на сверхдальних дистанциях в Японском море» Подводные исследования и робототехника, 36, № 2, с. 83-92 (2023)

Обсуждаются результаты, полученные, при выполнении пилотного акустико-гидрологического эксперимента в августе 2022 года на трассе от побережья о-ва Сахалин до банки Кита-Ямато в Японском море. Представлена методология комплексных исследований, предназначенных для изучения климатической изменчивости температурных режимов на акватории. Основу методологии составляет комбинирование методов акустической термометрии, данных натурных CTD-промеров и данных моделей циркуляции океана NEMO. По результатам 112 акустических измерений сделана оценка средней по трассе температуры на глубине залегания подводного звукового канала. Эта величина может использоваться для оценки влияния глобального потепления на температурные режимы в исследуемой акватории. Произведена оценка влияния двух вихревых образований, пересекающих акустическую трассу, на распространение широкополосных фазоманипулированных сигналов.

Белоконь А.Ю., Лазоренко Д.И., Фомин В.В. «Численное моделирование цунами в системе севастопольских бухт» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 3, с. 52-61 (2023)

В рамках численного моделирования выполнено исследование проникновения волн цунами в систему Севастопольских бухт. Для моделирования распространения цунами использовалась нелинейная гидродинамическая модель SWASH. Для определения краевых условий на жидкой границе расчетной области с помощью модели цунами Черного моря рассчитаны колебания уровня вблизи Севастополя в районе глубин 90 м при прохождении волн цунами из трех потенциально возможных очагов цунами, вызванных подводными землетрясениями магнитудой 7. Анализ результатов численных экспериментов показал, что при проникновении цунами в бухты Севастополя из ближнего очага подъем уровня моря в вершинах бухт может достигать 1–2 м. При этом максимальные амплитуды колебаний уровня получены для бухт Песочная и Карантинная, где они составили 2 м. В Севастопольской бухте подъемы уровня могут достигать около 0,5–1 м. Рассчитанные мареограммы демонстрируют, что наиболее интенсивные колебания происходят в первые 3–3,5 ч действия цунами. Показано, что от волн, приходящих из удаленных очагов, прибрежная зона Севастополя защищена мысом Херсонес. Численные эксперименты показали, что защитные молы на входе в Севастопольскую бухту не оказывают существенного влияния на вызванные цунами колебания уровня моря внутри бухты.

Зайцев А.И., Пелиновский Е.Н. «Моделирование функций распределения высот волн цунами вдоль восточного побережья острова Сахалин» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 16, № 3, с. 62-71 (2023)

Изучаются функции распределение высот волн цунами вдоль восточного побережья острова Сахалин от источников, расположенных вдоль Курильских островов. Приводятся известные сведения о цунами на Сахалине. Многие из них моделировались численно, что позволяло оценить опасность волн цунами. В настоящей работе сделан упор на функциях распределения высот волн цунами, которые ранее вообще не рассчитывались для этого региона. С этой целью выполнены расчеты распространения волн цунами от гипотетических сильных землетрясений с М=8,2, расположенных в районах Северных, Средних и Южных Курильских островов. Эти расчеты проведены с помощью вычислительного кода НАМИ-ДАНС, решающего нелинейные уравнения мелкой воды с использованием вложенных сеток с минимальным шагом около 9 м. Не имея достоверной прибрежной топографии, моделирование было выполнено до глубины около 3 м. Результаты расчетов подтвердили, что рассчитанные функции распределения высот волн цунами вдоль восточного побережья Сахалина хорошо аппроксимируются логнормальной функцией. Параметры этих распределений зависят от местоположения очага даже при одинаковых параметрах землетрясения, что лишний раз подчеркивает существенную роль батиметрии морского дна на характеристики цунами на берегу.