Исследование внутренних волн на шельфе Черного моря

В рамках задачи по изучению возбуждения, распространения и затухания внутренних волн (ВВ) был выполнен ряд натурных измерений на шельфе Черного Моря в районе г. Севастополя. Измерения проводились в рамках экспедиций 2020-2021 годов. Для измерения вертикальных профилей температуры использовались информационно-регистрирующие комплексы ИРК «KrioLab», 61001-15 с двумя схемами распределения датчиков температуры: 1-й равномерно распределенный 31 датчик с шагом 0.5 метра и 2-й - 20 датчиков в первые два метра с шагом 0.2 м. далее 0.5 и 1 м. Термоизмерительные косы (ТК) имеют свободный кабель до 1-го датчика 30 и 4 м, соответственно, что позволяет производить измерения до глубин 45 метров. Точность измерений составляет 0.1оС, время фиксации данных одного датчика в пределах 0.8 сек., что накладывает определенные ограничения на интервал измерений (для ТК с 31 датчиком минимальный интервал, удобный для синхронизациит между ТК, был выбран 30 секунд). Ресурсы портативных контроллеров TKL, использующихся в наших экспериментах, позволяют проводить непрерывные съемки до 15 -17 дней. Как показал опыт, реальная длительность станции, с использованием этого оборудования, не превышает 7 - 9 дней. Ограничения возникают из-за нарастания рассогласования режима записи ТК, возможности возникновения паразитарных контактов в разъемах ИРК и еще ряда причин. Защитное герметичное покрытие термодатчиков толщиной до 3 мм из ГЭ 153 10-К и 158 03-020 создают некоторую инертность (до 0.2оС/мин.) датчиков температуры. В целях сокращения дрейфа и выравнивания вертикальной структуры станции к донной части буйрепа, на который крепилась ТК, монтировался груз 10-12 кг. Буй изготовлен из экструдированного пенопласта с защитой и водоизмещением 25-27 литров.
Ряд установочных, направленных на апробацию оборудования и определения настроек измерительных комплексов, измерений 2020-2021 сезонов показал не высокую вероятность фиксации интересующих нас инерционно-гравитационных ВВ. Особенности судоходства и рельефа дна накладывают определенные рамки на время и место проведения экспериментов. При выборе места проведения съемок использовались данные спутниковых снимков, на которых за предыдущий период просматриваются, на мелководье, структуры имеющие признаки ВВ. С учетом выше сказанного, удачной оказалась постановка двух станций в период с 30.06.21 по 05.07.21. Постановка пришлась на период прохождения в районе над Севастополем, а также западнее и юго-западнее места установки буев, интенсивного Черноморского циклона (сильный, до 25 м/с, шквалистый ветер, шквалистые же осадки до 5-7 мм/час). Глубина на месте проведения станций составила 18-18.5 м, дно ровное. Горизонт 1-го датчика 3 м, 31-го - 18 м. Толщина верхнего квази перемешанного слоя (ВКПС) во время измерений варьировалась от 3 до 7 метров. Имел место хорошо выраженный термоклин (0.8-1.2 oC/м), распространяющийся до дна. Удалось, на обеих станциях зафиксировать прохождения цугов (до 10-12 колебаний) ВВ с периодом колебаний от 3 до 8 мин. и амплитудой до 2.7 оС. Наличие только двух удаленных станций позволяет оценить только фазовые характеристики ВВ, а также связь их генерации с атмосферным воздействием и диссипативными характеристиками в выбранном направлении.
В целях детального изучения распространения ВВ, их взаимодействия с ВКПС и дном, а также групповых характеристик необходимо увеличить количество одновременно устанавливаемых станций на одном полигоне и внедрить механизм принудительной синхронизации измерений. Время проведения экспериментов надо привязывать к прогнозу интенсивного атмосферного воздействия, что в условиях быстрой изменчивости проблематично. Для выбора места проведения эксперимента, как показывает опыт, представляется весьма эффективным привлечение беспилотного летательного аппарата (БПЛА).
Работа выполнена в рамках г/з Тема 0555-2021-0003 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений» (шифр «Оперативная океанология»).