Лабораторные исследования особенностей радиолокационного рассеяния в условиях сильных обрушений волн на поверхности воды, покрытой органической пленкой

Исследование роли обрушений поверхностных волн исключительно важно для понимания механизмов рассеяния микроволн на поверхностном волнении и, соответственно, для развития моделей радиолокационного зондирования океана. Особенности радиолокационных сигналов в условиях зондирования интенсивных поверхностных волн дециметрового (дм-) и метрового (м-) диапазонов длин изучались в ряде работ, в том числе в предыдущих экспериментах авторов (см. например, [1,2]). Было установлено, что существенный вклад в рассеяние определяется сильной нелинейностью волн, большими наклонами и высокой кривизной в области гребней волн, генерацией гармоник (“вынужденных волн”) и пр., и рассеяние может носить существенно небрэгговский характер. Несмотря на выполненные исследования, описание роли обрушений пока остается недостаточным, особенно это относится к условиям распространения интенсивных волн в присутствии поверхностных пленок.
В данной работе представлены результаты лабораторных экспериментов в овальном ветроволновом бассейне ИПФ РАН по моделированию сильных обрушений поверхностных волн метрового и частично дециметрового диапазонов как на чистой воде, так и в присутствии поверхностно-активных пленок и проявлению этих обрушений в сигналах микроволновых радиолокаторов.
Для создания обрушивающихся волн была использована методика дисперсионной фокусировки: волнопродуктором возбуждался цуг поверхностных волн с линейно уменьшающейся частотой. Более низкочастотные и длинноволновые волновые компоненты в цуге “догоняли” коротковолновые компоненты, что приводило к пространственно-временной компрессии волнового цуга на некотором расстоянии от волнопродуктора и существенному увеличению высоты волн. Обычно в области максимальной компрессии наблюдались одна-две волны с высотами в два-три раза превышающими высоты волн в области генерации. При этом в области фокусировки достигалось сильное обрушение волн типа “spilling”с образованием “соскальзывающего буруна”, пузырьков и пены. Механизм влияния пленки на обрушение достаточно сложен: при больших концентрациях ПАВ и больших величинах параметра упругости пленки наличие последней приводило к сглаживанию гребня дм-м-волн и ослаблению процессов опрокидывания гребней волн, пленки же с малой концентрацией ПАВ и малой упругостью разрывались в области волновых гребней и слабо влияли на процессы обрушения.
Соответственно и проявления обрушений в характеристиках сигналов радиолокационного рассеяния сильно зависели от характеристик пленок.
В ходе работы изучены характеристики поверхностных волн, а также характеристики радиолокационных сигналов микроволнового диапазона на горизонтальной и вертикальной поляризациях при зондировании областей сильных обрушений волн как на чистой воде, так и в присутствии пленки, даны оценки вклада обрушающихся гребней волн на брэгговскую и неполяризационную компоненты рассеяния.
Работа выполнена при поддержке РНФ (проект № 18-17-00224).