Восемнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»
XVIII.E.557
Определение высоты значительного волнения по анализу формы отраженного акустического импульса: измерения акустического волнографа в Черном море и сравнение с ADCP
Рябкова М. С. (1), Титченко Ю.А. (1), Караев В.Ю. (1), Мешков Е. М. (1), Беляев Р.В. (1), Яблоков А.А. (1), Понур К.А. (1), Баранов В.И. (2), Очередник В. В. (2)
(1) Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
(2) Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН (Южное отделение), Геленджик, Россия
В настоящее время на полигоне «Геленджик» ЮО ИО РАН в 2019 году установлены акустический волнограф и ADCP RDI WH-600 с датчиком давления, приборы установлены под водой, ориентированы вверх. Приборы работают в ультразвуковом диапазоне частот, однако иcпользуют разные схемы измерений: импульсный канал акустического волнографа ориентирован в зенит, ADCP оснащен четырьмя излучателями, ориентированными под углом 10° к вертикали в разные стороны.
Гидролокатор (частота генератора 200 кГц) излучает импульсы длительностью от 5 мкс до 40 мкс и частота следования импульсов равна 2 Гц. Запись длится 15 минут, за это время локатор излучает более 1000 импульсов. Время прихода импульса можно пересчитать в расстояние от волнографа до воды и прописать зависимость расстояния от волнографа до воды от времени, по которой можно вычислить энергетический спектр волнения, по которому можно определить высоту значительного волнения. Также можно усреднить все отраженные импульсы и проанализировать форму усредненного импульса. В работе (Караев, Мешков, Титченко, 2014) предложен метод определения высоты волнения и дисперсии уклонов по форме отраженного акустического импульса. В работе (Titchenko et al., 2019) приведены результаты работы метода для натурных измерений, проведенных в Черном море на полигоне «Геленджик» (Баранов и др., 2015).
ADCP позволяет определить направленный спектр волнения по показаниям датчика давления и отражению сигнала четырех наклонных излучателей (Echo), а также по измерениям спектра скоростей (Velocity) (RDI, 2001). По измеренному спектру волнения можно рассчитать параметры крупных волн (до 12 м).
Было проведено сравнение высот значительного волнения, определенных по данным акустического волнографа двумя разными методами, а также вычисленных с использованием спектров, измеренных ADCP двумя разными способами, за 1-10 февраля 2020 г. Показано, что разные методы определения высоты волнения по показаниям одного прибора близки между собой, также разница определения высоты волнения с помощью разных приборов не превышает различия определения высоты с помощью разных методов обработки данных одного прибора. Зимой 2020 года измерения акустического волнографа будут доступны на ftp сервере, сейчас данные можно получить по запросу у авторов статьи.
Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда (грант 20-77-10089).
Ключевые слова: морская поверхность, ADCP, акустический волнограф, значительная высота волнения, спектр волн, ветровые волны, отраженный акустический импульс
Литература:
- Баранов В.И., Куклев С.Б., Зацепин А. Г., Подымов О. И., Очередник В.В. Кабельная система берегового мониторинга состояния водной среды в режиме реального времени // Современные методы и средства океанологических исследований (МСОИ-2015). 2015. Т. 1. С. 14–16.
- Караев В.Ю., Мешков Е.М., Титченко Ю.А. Подводный акустический высотомер // Изв. вузов. Радиофизика. 2014. Т. 57, № 7. C. 543–554.
- Titchenko Y., Karaev V., Ryabkova M., Kuznetsova A., Meshkov E. Peculiarities of the Acoustic Pulse Formation Reflected by the Water Surface: a Numerical Experiments and the Results of Long-term Measurements Using the "Kalmar" Sonar // OCEANS 2019. Marseille, France. 2019. P. 1–7. Doi: 10.1109/OCEANSE.2019.8867467.
- Waves User’s Guide. RDI, April 2001, P. 64-73.
Презентация доклада
Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов
242