ПРОБЛЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАТОПЛЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ БОЕПРИПАСОВ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

При проведении подводных хозяйственных работ (геологоразведка, рыболовство, экологический контроль трубопровода «Северный поток») в Балтийском море возникает специфическая проблема, связанная с наличием на дне Борнхольмской котловины массового скопления трофейных химических боеприпасов, затопленных после Второй мировой войны. Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН периодически проводятся экспедиции по обследованию подводных потенциально опасных объектов с использованием судовых геофизических и геохимических средств. В статье проанализированы особенности проведения подводных хозяйственных работ в ряде акваторий Балтийского моря, связанных с наличием затопленных химических боеприпасов. Приведены теоретические аспекты поиска подводных потенциально опасных объектов в мелководных акваториях. В процессе поисковых работ выяснилась возможность классификации подводных потенциально опасных объектов по их магнитограммам. Анализ магнитограмм обнаруженного подводного объекта позволяет классифицировать его как «совокупность химических боеприпасов» или как «затонувшее судно». Разработаны практические рекомендации по комплексному использованию гидроакустических и магнитометрических средств обнаружения химбоеприпасов с учетом специфики рельефа дна и характеристик грунта. Согласно концепции экологического мониторинга, места затопления кораблей и судов, а также захоронения боевых отравляющих веществ — химических боеприпасов, рассматриваются как зоны особо опасных природно-техногенных комплексов на дне Балтийского моря.

СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕРМОХАЛИННОЙ СТРУКТУРЫ МЕЗОМАСШТАБНЫХ ВИХРЕЙ В РЕГИОНЕ ЛОФОТЕНСКОЙ КОТЛОВИНЫ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

В работе представлены результаты исследования сезонной изменчивости термохалинной структуры циклонических и антициклонических мезомасштабных вихрей для района Лофотенской котловины на основе данных спутниковой альтиметрии и комбинированного массива, соединяющего в себе гидрологические профили с различных платформ. Для термохалинной структуры антициклонических вихрей выявлена сильная сезонная изменчивость, проявляющаяся в заглублении положительных аномалий в летний период, когда ядро принимает линзовидную форму. Показано, что характерной особенностью термохалинной структуры циклонических вихрей в исследуемом регионе является наличие поверхностного слоя с положительными аномалиями солености. Установлено, что зональный вихревой транспорт имеет преимущественно западное направление как в летний, так и в зимний периоды, при этом наблюдается ярко выраженная сезонность, проявляющаяся в интенсификации зонального и меридионального вихревого транспорта в зимний период.

ВНУТРИГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ УРОВНЯ ЯПОНСКОГО МОРЯ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

По измерениям за 2010—2015 гг. на прибрежных гидрометеорологических станциях, расположенных на открытом побережье Приморского края (Преображение, Рудная Пристань, Сосуново), проанализирована изменчивость уровня моря в прибрежной зоне северо-западной части Японского моря. На основе вейвлет-преобразования были впервые обнаружены нестационарные колебания на масштабах 120—130 и 70—80 сут. Также были зарегистрированы ранее выявленные квазидвухлетние, годовые, полугодовые, приливные (суточные и полусуточные) и инерционные колебания уровня моря. Оценка интенсивности динамических процессов была выполнена на основе мощности вейвлет-спектра уровня моря, осредненной в диапазоне 8—40 сут, соответствующему временам жизни синоптических и мезомасштабных вихрей в этом районе. Установлено, что эта интенсивность изменяется на квазидвухлетнем, годовом, 120—130- и 70—80-суточном масштабах, т.е. изменчивость уровня моря с периодами 120—130 и 70—80 сут можно связать с динамическими процессами. До апреля-июня 2014 г. внутригодовая изменчивость была, в целом, синфазной в районах трех гидрометеорологических станций, но она стала рассогласованной в конце периода наблюдений.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ОТКЛИКОВ В ПОДВОДНЫХ ЗВУКОВЫХ КАНАЛАХ ПРИ ДАЛЬНЕМ РАСПРОСТРАНЕНИИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований по распространению и приему в подводных звуковых каналах широкополосных импульсных сигналов на основе псевдослучайных последовательностей. Анализ экспериментально полученных импульсных характеристик указывает на наличие предпосылок для повышения помехоустойчивости приема навигационных и командных сигналов, а также увеличения дальности действия при неизменной мощности излучения. Цель специально выполненных экспериментальных работ заключалась в получении исходных данных для повышения эффективности навигационных систем дальнего радиуса действия путем оптимизации характеристик излучаемых сигналов. Исследованы особенности формирования импульсных откликов при приеме сигналов с различной частотной полосой и длительностью символов, а также динамика структуры откликов при смещениях глубины приёмного гидрофона относительно оси подводных звуковых каналов. На основе лучевых представлений осуществлена физическая интерпретация полученных экспериментальных результатов для практического применения в решении актуальных задач гидроакустики и океанологии.

АНАЛИЗ ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРООПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В СУБМЕЗОМАСШТАБНЫХ ВИХРЯХ В ЗАЛИВЕ ПЕТРА ВЕЛИКОГО С ПОМОЩЬЮ ОДНОВРЕМЕННЫХ IN-SITU И ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

Проводится анализ субмезомасштабных вихрей, обнаруженных в южной части залива Петра Великого в сентябре 2009 г., как процесса, оказывающего влияние на стратификацию оптически активных компонентов в верхнем слое моря, и значения коэффициентов яркости моря. Для анализа перемещения вихрей использовались спутниковые данные 2 уровня среднего пространственного разрешения спектрорадиомтеров MODIS-Terra/Aqua, Merris-ENVISAT-1 (размер пикселя 250—1000 м) в полях температуры поверхности моря, концентрации хлорофилла-а и синтезированные RGB изображения, а также судовые данные, полученные в серии прибрежных экспедиций ТОИ ДВО РАН за сентябрь 2009 г. Дополнительно использовались дистанционные измерения спектров коэффициентов яркости моря c борта судна с помощью ручного гиперспектрального радиометра ASD FieldSpec Hand Held. В результате было определено, что вихри характеризуются пониженной соленостью и повышенным содержанием окрашенного растворенного органического вещества (ОРОВ), что может быть обусловлено влиянием стока р. Туманной. В дистанционных данных наибольший контраст вихря относительно прилегающих вод достигается на длине волны — 412 нм. Также, контраст проявления вихря заметен в дистанционных определениях концентрации хлорофилла-а. Глубина основной части вихря составила 5—7 м и полностью находится в зоне, наблюдаемой со спутника в видимом спектральном диапазоне.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА В ПРОТОЧНОМ ВОДОЕМЕ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

Представлена модель массопереноса в Куйбышевском водохранилище, разработанная на основе системы уравнений «мелкой воды», модели конвективно-диффузионного переноса растворенного вещества, а также аналитических формул для расчета общего расхода наносов и мутности воды. Модель была использована для оценки геоэкологического состояния Куйбышевского водохранилища в части качества воды. Оценка параметров модели выполнена с применением данных натурных изменений в пунктах мониторинга. Проведена серия имитационных расчетов течений в акватории водохранилища, распространения шлейфов вод притоков и переноса взвешенных частиц при различных гидрометеорологических ситуациях в условиях средней водности. Показано, что скорости и траектории распространения речных водных масс зависят как от наличия ветровой циркуляции течений, так и от режима стока в акватории. Формирование пространственной конфигурации шлейфов речных вод в плёсовых районах водохранилища определяется скоростью и направленностью циркуляционных ветровых течений. Значения удельного расхода наносов в водохранилище при сильных ветрах меняются на порядок. В результате решения поставленной задачи продемонстрированы возможности представленной модели и дана оценка распространения растворенной примеси (возможно загрязненной), а также транспорта и переотложения речных наносов в различных точках акватории при различных гидрометеорологических условиях.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ НА МОРСКИЕ СВЕТЯЩИЕСЯ ПЛАНКТОННЫЕ ОРГАНИЗМЫ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

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.

СКАЛЯРНО-ВЕКТОРНАЯ СТРУКТУРА И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ В ИНФРАЗВУКОВОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

Приведена классификация известных решений граничной задачи Пекериса, полученных в различных модельных постановках, и дана их сравнительная оценка. Для верификации различных модельных решений выполнено экспериментальное исследование энергетической и пространственной структуры звукового поля в условиях мелкого моря в инфразвуковом диапазоне частот 2—20 Гц, заведомо меньших первой критической частоты модельного волновода Пекериса. Анализируются результаты экспериментальных исследований звуковых полей с использованием комбинированных приёмников, образующих вертикально ориентированную 3-элементную антенну. По результатам анализа вертикальной структуры звукового поля был сделан вывод о том, что звуковое поле на предельно низких частотах инфразвукового диапазона сформировано неоднородными волнами Рэлея—Шолте, регулярной и обобщённой. С увеличением частоты уменьшается глубина проникновения звуковой волны в донное полупространство и возрастает роль неоднородных волн волновода Пекериса, возбуждаемых комплексным угловым спектром источника. Такие волны появляются как гибридные, но только при обобщённом описании звукового поля в несамосопряжённой модельной постановке. Анализируются кинематические характеристики звукового поля при уточнённом определении групповой скорости как скорости переноса энергии. Обсуждаются механизмы существенного замедления скорости переноса энергии в волноводе на низких частотах.

ИНЕРЦИОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ В СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ ПО ДАННЫМ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

На основе анализа двух видов натурных данных по течениям обсуждаются характерные свойства инерционных колебаний в деятельном слое северной части Черного моря. Результаты спектрального анализа 100-суточных рядов пульсаций скорости течения на пяти горизонтах (35—350 м) автономной буйковой станции показали, что в полосе частот 2/3f 3/2f вблизи локальной инерционной частоты f сконцентрировано не менее 70% кинетической энергии внутриволнового диапазона, как и в других районах Мирового океана. Характерной особенностью вертикального распределения энергии инерционных колебаний является ее наиболее быстрое убывание в окрестности максимума частоты плавучести в основном пикноклине. Такое изменение энергии с глубиной подтверждает экранирующее действие основного пикноклина, ограничивающее проникновение инерционных колебаний в глубинные слои моря. Впервые установлено, что доля энергии инерционных колебаний в общей кинетической энергии растет с глубиной (от 8.5% на горизонте 50 м до 19% на горизонте 350 м). Это обстоятельство подчеркивает возрастание роли инерционных колебаний в динамике вод глубинных слоев моря. Характерный временной масштаб затухания инерционных колебаний в основном пикноклине составил 170 ч, выше пикноклина 55 ч, ниже — 70 ч. Относительное увеличение параметра в основном пикноклине означает обострение инерционного пика на спектре, что является характерным для других районов Мирового океана, и может объясняться уменьшением групповой скорости около инерционных внутренних волн за счет их взаимодействия с геострофическими потоками. Непрерывные профили, полученные с использованием погружаемого доплеровского профилометра течений, показали преобладание вращения вектора сдвига скорости с глубиной по часовой стрелке, что определяет направление распространения около инерционных внутренних волн вниз, как доминирующее, и подтверждает их ветровое происхождение. Наблюдаемая длина около инерционных внутренних волн составила 20—50 м по вертикали. Средняя продолжительность пакета волн 1.5 длины волны.

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯРНОЙ ФРОНТАЛЬНОЙ ЗОНЫ В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕ В ПЕРВЫЕ ДВА ДЕСЯТИЛЕТИЯ XXI ВЕКА, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

Рассматривается пространственно-временная изменчивость характеристик Полярной фронтальной зоны (ПФЗ) в Баренцевом море в поверхностном слое за теплые сезоны с 2002 по 2020 гг. Кроме этого, проводится анализ повторяемости малых вихревых структур в области фронтальной зоны в разные годы и описывается связь характеристик ПФЗ с глобальными атмосферными процессами. Положение и характеристики ПФЗ в поверхностном слое Баренцева моря определялись на основе кластерного анализа, выделялись по данным спутниковых измерений. Вихревые структуры в области ПФЗ детектировались по изображениям радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА) Envisat Asar и Sentinel-1A/B. Для оценки влияния атмосферных процессов на характеристики ПФЗ использовались индексы NAO, EA, EA/WR и SCAND. Установлено, что внутригодовые значения горизонтальных градиентов температуры и солености в области ПФЗ оставались стабильными в течение теплого сезона и составляли 0.05 °С/км и 0.02‰/км, соответственно. Изменчивость межгодовых характеристик градиента температуры ПФЗ составила от 0.02 °С/км до 0.08 °С/км, солености от 0.01 до 0.03‰/км, площади — от 120 до 425 тыс. км. Установлено, что максимальные среднемесячные значения площади ПФЗ отмечались в 2007 г., а минимальные — в 2003 г. Полученные результаты показали, что после 2010 г. величина горизонтальных градиентов температуры и солености ПФЗ в поверхностном слое уменьшилась, что, вероятно, связано с процессом «атлантификации» Баренцева моря. Максимальное количество малых вихревых структур в области ПФЗ отмечалось в 2009 г. Показано, что индекс SCAND за предшествующий зимний сезон можно использовать в качестве предиктора для прогноза характеристик ПФЗ в летний период.