Лабораторные исследования влияния поверхностных пленок на профиль коротких поверхностных волн с использованием оптических и радиолокационных методов

При исследовании проявлений органических пленок на морской поверхности в радиолокационных (РЛ) и оптических изображениях океана принципиально важным является анализ влияния пленок на особенности профиля коротких ветровых гравитационно-капиллярных волн, таких как паразитная капиллярная рябь и заострения гребней волн, которые можно рассматривать как результат микрообрушений волн, а также на опрокидывание волновых гребней (сильные обрушения). В настоящее времени в литературе большое внимание уделяется анализу влияния микро- и сильных обрушений на характеристики электромагнитных сигналов, рассеянных морской поверхностью. При этом динамика обрушений, особенно в присутствии пленок поверхностно-активных веществ, изучена слабо.
Исследования особенностей профиля поверхностных волн проводились в ходе лабораторных бассейновых экспериментов с использованием специально разработанного оптического метода визуализации взволнованной границы воды лазерным лучом ножевой формы. Продемонстрировано возбуждение капиллярной ряби (характерные длины волн порядка 5 мм) на переднем склоне коротких гравитационно-капиллярных волн с длинами порядка 10 см, для дм-волн (длины 20-30 см и более) паразитная капиллярная рябь выражена слабо или практически отсутствует, однако гребни волн характеризуются наличием участков с высокой кривизной (toe- структуры), либо опрокидыванием профиля. Получено, что при наличии пленки поверхностно-активного вещества даже с достаточно малой концентрацией, меньшей концентрации насыщенного мономолекулярного слоя, профиль коротких волн см-дм-диапазона длин сильно сглаживается, при этом амплитуды и наклоны волн изменяются незначительно. Наряду с оптической регистрацией профиля поверхностных волн проводилось их наклонное зондирование скаттерометром Ка-диапазона при разных поляризациях микроволнового излучения. Исследовались, в частности, интенсивность и доплеровский спектр РЛ сигнала при рассеянии на ветровых волнах при слабом и умеренном ветрах, имеющих спектр возвышений с максимумом соответственно в см- и дм-диапазонах. Получено, что в случае рассеяния на ветровых волнах с длинами около 10 см спектр имеет узкий пик на частоте, соответствующей фазовой скорости доминантных волн. При рассеянии на более длинных, дм- волнах наряду с увеличением доплеровского сдвига в соответствии со скоростью доминантных ветровых волн, наблюдается существенное уширение спектра. В результате экспериментов показано, что нелинейные структуры на профиле коротких волн оказывают определяющее влияние на характеристики РЛ сигнала, при сглаживании профиля волн в присутствии пленки наблюдается существенное уменьшение интенсивности РЛ сигнала.
Работа выполнена при поддержке проекта РФФИ 17-05-00448.