Жмур В.В., Белоненко Т.В., Новоселова Е.В., Суетин Б.П. «Трансформация мезомасштабных океанических вихрей в филаменты: анализ данных альтиметрии» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 17, № 4, с. 8-31 (2024)

Спутниковые данные дистанционного зондирования предоставляют обширный массив оптических, инфракрасных (ИК) и радиолокационных изображений поверхности океана, на которых видны многочисленные вытянутые вихревые структуры – филаменты. Их высокая контрастность на изображениях обусловлена наличием поверхностно-активных пленок и/или скоплений водорослей. Из-за вытянутой формы филаменты трудно отличить от вихрей с помощью автоматизированных методов идентификации. Однако и филаменты, и вихри характеризуются высокой относительной завихренностью и кинетической энергией. Трансформация вихрей в филаменты обусловлена взаимодействием с неоднородными фоновыми течениями. В данном исследовании применяется теоретическая модель растяжения мезомасштабных океанических вихрей к реальным данным альтиметрии. Цель исследования – оценить долю мезомасштабных вихрей, претерпевающих растяжение и трансформирующихся в филаменты, что приводит к перераспределению энергии с мезомасштаба на субмезомасштаб. Оценивается глобальное пространственное распределение областей с неограниченным и ограниченным растяжением мезомасштабных вихрей и интерпретируются полученные результаты. Уменьшение энергии вихрей за счет растяжения, вызванного фоновым потоком, рассматривается как потенциальный механизм передачи энергии от вихря к потоку, что может проявляться в виде эффекта отрицательной вязкости.

Монахов Р.Ю., Родионов А.А., Капранов И.Е., Шпилев Н.Н., Яковчук М.С. «Численное и физическое моделирование генерации и эволюции вихревых колец в крупномасштабном гидрофизическом бассейне» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 17, № 4, с. 55-70 (2024)

Статья посвящена исследованиям процесса генерации и эволюции вихревых колец, формирующихся в водной среде при выбросе струи воды в затопленный объем. Представлены расчётные данные по известным из литературы соотношениям, а также результаты моделирования по вновь созданной методике. Обоснованы характеристики генератора вихревых колец в составе моделирующего стенда, созданного на базе крупномасштабного гидрофизического бассейна. Экспериментальные исследования проводились в условиях температурной стратификации среды и с разницей температур воды струи и бассейна. Результаты экспериментов по формированию и движению вихревых колец удовлетворительно соответствуют расчетным данным. При этом влияние сформированной в бассейне стратификации на характеристики вихревых колец оказалось незначительным. Выявлено существенное влияние безразмерной длины струи на основные характеристики вихревых колец и разницы между температурой воды на горизонте их формирования и температурой струи на траекторию движения колец.

Родионов А.А., Ванкевич Р.Е., Лобанов А.А., Глитко О.В., Шпилев Н.Н. «Термостратифицированный бассейн Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН для моделирования гидрофизических процессов» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 17, № 4, с. 90-99 (2024)

Лабораторное моделирование гидрофизических процессов является одним из методов решения научных и практических задач исследования океана. В Санкт-Петербургском филиале Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук создан гидрофизический бассейн. Работы в бассейне сопровождаются цифровой копией, позволяющей оптимизировать программы и методики экспериментов. Конструкция бассейна и технологические характеристики позволяют моделировать многослойную стратификацию. В статье содержится описание бассейна, включающее геометрические размеры (7×2×2,2 м – длина, ширина, глубина), аппаратурный измерительный комплекс, метрологическое обеспечение, технологию создания температурной стратификации. Приведены типовые профили 2-х и 3-слойной стратификации. На основе теории подобия оценены допустимые масштабы воспроизводимых натурных гидрофизических процессов. Показано, что созданный гидрофизический бассейн занимает промежуточное место между лотками с солевой стратификацией и большим термостратифицированным бассейном Института прикладной физики РАН. При этом в совокупности с цифровой моделью бассейна появляется возможность воспроизводить гидрологические условия, охватывающие основные типы стратификации озер, морей и океанов, при оптимизации временных и функциональных параметров проведения экспериментов.

Ванкевич Р.Е., Родионов А.А., Лобанов А.А., Филин К.Б., Шпилев Н.Н. «Цифровая копия термостратифицированного бассейна Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 17, № 4, с. 100-108 (2024)

Статья посвящена разработке цифровой модели большого термостратифицированного бассейна для гидрофизических исследований. При построении моделей использованы современные наработки в области вычислительной гидродинамики и высокопроизводительных вычислений для оптимизации и частичного замещения дорогостоящих физических экспериментов. Задание и поддержание термической стратификации в бассейне обеспечивается тонкой настройкой режимов работы теплового/холодильного оборудования на основе использования разработанной цифровой модели бассейна. Цифровая копия рассматривается в первую очередь как вспомогательный инструмент, призванный оптимизировать серийные эксперименты. В качестве критериев оптимизации могут быть рассмотрены время либо минимизация затрат на установление заданной стратификации в бассейне. В то же время совершенствование численной модели по данным физических экспериментов позволит экстраполировать верифицированные лабораторным путем зависимости для описания режимов, характерных для натурных процессов в океане, но сложно реализуемых при масштабном физическом моделировании. Цифровая копия служит конструктивным дополнением к термостратифицированному бассейну, поскольку позволяет рационально построить методику эксперимента, достичь желаемого результата при сокращении временных и материальных ресурсов.

Родионов А.А., Никитин Д.А., Филин К.Б., Шпилев Н.Н., Паничева Е.Д. «Гидроакустический бассейн Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 17, № 4, с. 109-121 (2024)

В Санкт-Петербургском филиале Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук построен и введён в строй заглушенный гидроакустический бассейн, оснащенный автоматизированной системой закрепления и перемещения измерительных излучателей, приёмников (гидрофонов) и исследуемых моделей объектов. В состав оборудования бассейна входят излучатели, гидрофоны, многофункциональные эхолоты с режимом гидролокаторов бокового обзора, усилители излучающего и приёмного трактов, аналого-цифровые преобразователи, переносные компьютеры с программным обеспечением для формирования излучающих и регистрации принимаемых сигналов. Созданы функционирующие макеты приёмного и излучающего трактов. Разработана математическая модель бассейна на основе расчёта гидроакустических полей методом мнимых источников. Оценено качество заглушенности бассейна, показавшее её удовлетворительное значение. Для проведения экспериментов по исследованию отражающих свойств объектов изготовлены стандартные модели этих объектов. Заглушенный гидроакустический бассейн позволяет проводить исследование характеристик макетов гидроакустических средств, методов формирования и обработки сигналов в активном и пассивном режимах работы; процессов, происходящих в водной среде.