Лабораторные исследования трансформации ветрового волнения в поле внутренних волн

В термостратифицированном бассейне ИПФ РАН проведено лабораторное исследование изменчивости характеристик водной поверхности в поле внутренних волн. В бассейне создавалась температурная стратификация, эксперименты проводились для двух значений глубины залегания термоклина – 0,13 м или 0,23 м.. Перепад температур от нижнего к верхнему слою воды - с 7°C до 22°C. Основным типом внутренней волны в наших исследованиях была уединенная внутренняя волна, кроме того, была проведена серия экспериментов с цугом квазимонохроматических внутренних волн. Амплитуда уединенной внутренней волны составляла 2,5 см – 12,5 см, скорость распространения – 5,3 см/с – 10 см/с, длина – 0,8 м – 3,2 м. Поверхностное волнение создавалось тремя способами: с помощью ветра, волнопродуктором поверхностных волн и работой волнопродуктора вместе с ветром. Скорость ветра, приведенная к стандартной высоте 10 м, изменялась в диапазоне 3,8 м/с – 11,5 м/с. Соответственно, частота максимума спектра ветрового волнения изменялась от 8 Гц до 4 Гц. Квазимонохроматические поверхностные волны генерировались в диапазоне 2 Гц – 3 Гц.
Изменчивость параметров водной толщи регистрировалась электротермометрами, отвечающими за измерение полей температуры, и ультразвуковым измерителем скорости течения воды. Измерение изменчивости параметров поверхностного волнения осуществлялось с помощью проволочных и ультразвукового волнографов, скаттерометров и ПЗС линейки со специальным освещением. Контроль параметров воздушного потока над поверхностью воды осуществлялся с помощью плёночного и ультразвукового анемометров и трубка Пито с датчиком давления.
Трансформация ветрового волнения под воздействием внутренних волн зарегистрирована при скоростях ветрах до 8,6 м/с. При этом, при скоростях ветра до 5,4 м/с при прохождении внутренней волны наблюдалось выглаживание спектров во всем диапазоне регистрируемых волн от длинных энергонесущих волн до капиллярных волн длиной 3,5 мм (уменьшение интенсивности волны длиной 2 см примерно в 5 - 6 раз). При скорости ветра 6,9 м/с - 8,6 м/с при прохождении внутренней волны наблюдалось выглаживание волн длиной несколько сантиметров, усиление интенсивности волн длиной 1 см - 2 см и уменьшение интенсивности более коротких волн.
Получены аппроксимации эффективности проявления внутренних волн в сигналах скаттерометров X и Ka диапазонов от скорости ветра. Получено, что скорость уменьшения эффективности проявления внутренних волн c ростом скорости ветра для Ка диапазона выше, чем для Х диапазонаона. При скорости ветра 6.9 м/с эффективность проявления внутренней волны в сигнале Ka-диапазона и X-диапазона близки, а при скорости ветра 5.2 м/с эффективность проявления в Ka-диапазоне выше, чем в X-диапазоне. При горизонтально поляризованном сигнале эффективность проявления внутренних волн ниже, чем на вертикальной поляризации.
Работа выполнена в рамках контракта между Институтом Электроники, Китайская Академ