Экспедиция отряда статической гидроакустики (2/2), март-декабрь 2018 г.
01 марта - 31 декабря 2018 г.
- Исследование флуктуаций низкочастотного широкополосного акустического сигнала на фоне интенсивных внутренних волн в условиях шельфа.
- Получение натурных данных для количественных оценок параметров гидрофизических полей (ВГВ, ПГВ, сейшевыеколебания и др.) в заливе Посьета, а также для количественных оценок вариаций поля скорости звука в различные сезоны.
- Экспериментальное исследование особенностей формирования звуковых полей, возбуждаемых тональными и фазоманипулированными источниками (35 Гц., 240 Гц.), а также широкополосными источниками (400-500 Гц).
- Получение натурных данных для количественного оценивания гидроакустических полей в различных акустико-океанологических условиях для решения задач статистического оценивания сигналов на фоне шумов (задачи обнаружения, определение пеленга и дистанции).
1. Проведение эксперимента с постановкой автономной излучающей гидроакустической станции для изучения флуктуации акустического сигнала в поле внутренних волн.
2. Проведение испытаний и кросс-калибровики гидрофизических и акустических измерительных средств.
3. Многосуточные постановки автономных РРТ (термогирлянды), снаряженных РД по трассам движения ВГВ и вдоль акустических трасс. Одновременные постановки отдельных РД в различных бухтах, примыкающих к заливу. Гидрологические разрезы в течении каждого сезона.
4. Излучения (33, 240 Гц) тональных и фазоманипулированных сигналов по различным акустическим трассам и в отдельных точках с последующим приемом на пространственно-распределенной интерферометрической антенне.
5. Излучения низкочастотного звука (33, 240 Гц) по выбранным трассам с изменением дистанций и уровня излучения, а также прием сигналов на автономные акустические антенны с целью верификации методов статистического оценивания акустических сигналов на фоне морских шумов (обнаружение, пеленг и дистанция).
За время экспедиции были проведены три серии масштабных океанологических экспериментов в разные сезоны в Заливе Посьета.
Эксперименты включали в себя измерение структуры поля внутренних волн, гидрологическое зондирование с помощью различных приборов, три постановки термогирлянд, регистраторов температуры и давления, ADCP зондов, а также гидрологические разрезы по трассе акустических экспериментов.
Проведены 2 акустических эксперимента по определению пеленга на цель дискретной горизонтальной антенной, и измерению флуктуаций низкочастотного акустического поля на фоне интенсивных внутренних волн.
В общей сложности проведено около 50 высокоразрешающих вертикальных зондирований водной среды с одновременным измерением температуры, солености, давления, скорости звука.
Совместно с лабораторией 2/1 осуществлен акустический эксперимент с целью изучения особенностей формирования низкочастотного акустического поля в закрытой акватории бухты Витязь.
Освоение океанического шельфа является приоритетным направлением развития экономической деятельности человека. Основная океанологическая специфика шельфовых зон океана – это наличие активных динамических процессов (например, приливы) в водном слое. Только правильный учет и удачный прогноз этих процессов может обеспечить успешное решение научных и безопасное решение экономических задач на шельфе.
За исключением морских течений, все основные динамические процессы на океаническом шельфе, в той или иной степени, можно идентифицировать по наблюдениям пространственно-временной изменчивости температуры и гидростатического давления. При этом, решения целого ряда важных задач, например, таких как получение экспериментальных данных о длинноволновых колебаниях в бухтах и заливах связано с развертыванием модулей гидростатического давления на акваториях масштабами в километры, десятки, а иногда даже и в сотни километров.
В таких условиях передача данных по морскому кабелю или по радиоканалу является крайне сложной и дорогостоящей, а часто и технически невыполнимой задачей. Возможное решение этой проблемы - это использование синхронизированных по времени автономных регистраторов температуры и давления. В последний десяток лет новые технологии, использующие современные электронные комплектующие низкой стоимости и энергопотребления, появление высокопроизводительных микроконтроллеров и дешевых твердотельных накопителей достаточно больших объемов, а также доступность высокоточных кварцевых генераторов сделали возможным создание эффективных синхронизированных по времени регистраторов.
Целью экспериментальных работ является разработка универсальной пространственно распределенной системы регистрации гидрофизических процессов (приливы, сейшевые колебания, внутренние гравитационные волны и поверхностные ветровые волны) на морском шельфе на базе современных решений в области микроэлектроники. Структурно система состоит из автономных регистраторов температуры и гидростатического давления. Неотъемлемой частью разработанной системы являются предлагаемые и уже используемые другими исследователями, методики физически оптимального размещения в пространстве регистраторов, обработки цифровых данных, а также их интерпретация.
Применяемые методы тактовой синхронизации позволяют обеспечить рассогласование работы различных регистраторов около 1 секунды за сутки работы. Такая степень синхронизации по времени, для указанных выше временных масштабов позволяет использовать для пространственно-временного анализа внутренних гравитационных волн любую группу автономных регистраторов температуры по крайней мере до одного месяца (разбег по времени в группе будет до нескольких десятков секунд).
В процессе отмеченного эксперимента проводились постановки и измерения гидрофизических процессов с помощью регистраторов давления. Результат измерения гидростатического давления регистрируется в виде сигнала напряжения на выходе датчика. Данная зависимость имеет линейный вид и определяется в соответствии со значениями паспортных данных или в результате предварительной градуировки каждого датчика.
По полученным натурным данным хорошо видно, что в бухте присутствуют ветровые поверхностные волны преимущественно с периодами, близкими к 5.8 секундам. Ветровые волны, образующиеся в самой бухте, имеют более короткие периоды около 2 секунд. Для внешней же водной акватории характерны периоды в 5-7 секунд, что позволяет сделать заключение о том, что волнение в бухте в рассматриваемый период определялось в основном ветровыми волнами, образовавшимися еще в заливе. В диапазоне периодов колебаний десятков минут по спектру видны сейшевые колебания. Основная энергетика этих колебаний сосредоточена в окрестности периодов около 17 минут. Стоит также отметить, что в процессе обработки данных, полученных при измерениях приливов, поверхностного волнения и сейшевых колебаний, в конечных оценках необходимо учитывать временную изменчивость атмосферного давления. Для такой корректировки результатов обработки используется регистратор атмосферного давления.
Экспериментальные исследования внутренних волн в прибрежных зонах океана показали, что указанные волновое движение в ряде случаев представляет нелинейный, нестационарный волновой процесс. Гидродинамическая интерпретация подобных процессов, традиционно, строится с использованием нестационарных решений расширенного уравнения Кортевега - де Вриза. Экспериментальная проверка этих теоретических моделей, а также их использование в физической океанографии представляет актуальную задачу геофизической гидродинамики прибрежных зон океана.
