Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

Участие в Школе молодых Участие в конкурсе молодых ученых 

XIX.E.324

Акустический волнограф для долговременного мониторинга волнения в Черном море

Рябкова М. С. (1), Титченко Ю.А. (1), Мешков Е. М. (1), Караев В.Ю. (1), Баранов В.И. (2), Очередник В. В. (2), Куклев С.Б. (2), Епанова К.С. (3)
(1) Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
(2) Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Геленджик, Россия
(3) ННГУ им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
В настоящее время космическая радиолокация предоставляет основной объем информации о приповерхностном слое Мирового океана. Однако использование радиолокационных данных невозможно без проведения постоянной валидации и верификации восстанавливаемой "тематической" информации. Для этого используют данные контактных измерений, получаемые, в частности, с помощью волнографов (см., например, [1]) и морских буев, расположенных в разных акваториях Мирового океана [2]. Данные морских буев применяют для валидации и верификации алгоритмов обработки радиолокационных данных и восстановления тематической информации. Однако использование буев затруднено в замерзающих водоемах и во время штормов. Для всепогодного мониторинга ветрового волнения предлагается использовать подводный акустический волнограф. Акустический волнограф устанавливается на дне или на подводной плавучей платформе вблизи дна и зондирование выполняется вертикально вверх. Волнограф «Кальмар» оснащен импульсным и доплеровским гидролокаторами. Оба гидролокатора работают на частоте 200 кГц. Раскрыв диаграммы направленности приемо-передающей антенны составляет 15х15 градусов. Приемо-передающая антенна импульсного гидролокатора ориентирована вертикально вверх, на морскую поверхность, антенна доплеровского гидролокатора отклонена на 5 градусов от направления в зенит. Импульсный гидролокатор излучал акустические импульсы длиной от 5 до 40 мкс с частотой повторений от 15 до 100 Гц. Сеанс записи составлял 15 минут. Было разработано два алгоритма для восстановления параметров волнения. В первом алгоритме по времени прихода максимального отражения можно определить расстояние от волнографа до отражающего участка поверхности воды. По временной зависимости расстояния от прибора до водной поверхности можно рассчитать спектр волнения. По спектру волнения вычисляются различные статистические характеристики, например, значительную высоту волнения, период волны, дисперсию орбитальных скоростей. Ранее на основе теоретических расчетов и модельных данных было показано, что на форму отраженного импульса влияет высота волн и дисперсия уклонов [3]. Был реализован алгоритм обработки экспериментальных данных, позволяющий по форме усредненного импульса восстановить высоту волны и дисперсию уклонов, а также глубину погружения прибора. В данной работе проведен анализ данных импульсного канала акустического волнографа «Кальмар», работавшего с декабря 2019 по декабрь 2020 года на полигоне «Геленджик» ЮО ИО РАН на Черном море на подводной платформе, расположенной на глубине 28 м в 1 км от берега. Прибор управлялся дистанционно из Института прикладной физики в Нижнем Новгороде. Ранее было проведено сравнение спектров волнения и параметров волнения с измерениями ADCP, установленного на той же подводной платформе, сравнение было проведено за период 1-10 февраля 2020 года [4], а также было проведено сравнение с данными волномерного буя Spotter, который был установлен в той же акватории, на расстоянии 7 км от берега, за период 1-28 августа 2020 г [5]. В данной работе получены непрерывные ряды измерений высоты значительного волнения (SWH) и уровня воды в Голубой бухте вблизи города Геленджик с декабря 2019 по сентябрь 2020 г. Оба параметра определены двумя способами (по реализации мгновенных импульсов и по среднему импульсу), показана высокая корреляция результатов двух алгоритмов.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-77-10089).

Ключевые слова: Морская поверхность, акустический волнограф, значительная высота волнения, период волнения, спектр волн, ветровые волны, дисперсия вертикальной составляющей орбитальной скорости.
Литература:
  1. ) Коровин В.П. Океанологические наблюдения в прибрежной зоне моря. Учебное пособие. СПб., изд. РГГМУ, 2007. 434 с.
  2. ) Handbook of Automated Data Quality Control Checks and Procedures. NDBC Technical Document 09-02 /NDBC, 2009. 78 p.
  3. ) Караев В. Ю., Мешков Е. М., Титченко Ю. А. Подводный акустический высотомер // Известия ВУЗов, сер. Радиофизика. T. 57. 2014. C. 543-554.
  4. ) Рябкова М.С., Титченко Ю.А., Караев В.Ю., Мешков Е.М., Беляев Р.В., Яблоков А.А., Баранов В.И., Очередник В.В. Измерение статистических характеристик морской поверхности с помощью подводного акустического волнографа в Чёрном море и сравнение с ADCP // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. №2. С. 189–204 DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-2-189-204
  5. ) Рябкова М.С., Титченко Ю.А., Мешков Е.М., Караев В.Ю., Беляев Р.В., Яблоков А.А., Баранов В.И., Очередник В.В., Куклев С.Б., Епанова К.С.,
  6. Блинов Е.С., Парамонов Г.С., Индисов А.И., Литвинова Ю.Н., Зайчикова И.А. Измерения параметров волнения с помощью акустического волнографа в черном море и сравнение с буем Spotter // Материалы VI Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Москва, 18–24 апреля 2021 г. Москва: Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 2021, 538 с. DOI:10.29006/978-5-6045110-3-9. ISBN 978-5-6045110-3-9.

Презентация доклада

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов