Об особенностях радиолокационного рассеяния на обрушающихся поверхностных волнах. Предварительные результаты лабораторных экспериментов

Выполнены лабораторные эксперименты в ветроволновом бассейне по изучению особенностей радиолокационного рассеяния в Ка- диапазоне, связанных с сильным обрушением поверхностных волн метрового диапазона длин. Сильно обрушающиеся волны формировались в результате дисперсионной фокусировки волнового пакета с линейно меняющейся частотой. Исследованы доплеровские спектры и вариации интенсивности радиолокационного сигнала в различных частотных диапазонах для обрушающихся волн как без ветра, так и в присутствии мелкомасштабного ветрового волнения см-диапазона. Получено, что в области обрушения волнового пакета (в зоне фокусировки он характеризуется наличием 2-3 интенсивных волн) наблюдается резкий рост мощности рассеянного сигнала. Интенсивность рассеяния в полосе частот 40-90 Гц достаточно медленно спадает после прохождения зоны обрушения (порядка нескольких характерных периодов длинной волны), так что интенсивность сигнала существенно превышает фоновый (шумовой) уровень на временах порядка длительности пакета. Более высокочастотные компоненты доплеровского спектра практически синхронно отслеживают уменьшение амплитуды волн в пакете и после прохождения пакета выходят на уровень шумов.
Вариации интенсивности радиолокационного сигнала при наличии обрушающихся волн в присутствии мелкомасштабного ветрового волнения носят существенно иной характер. Интенсивность сигнала в полосе частот 40-90 Гц слабо увеличивается в области обрушения, но значительно (на 1-2 порядка) спадает после ее прохождения на масштабах порядка длительности пакета с последующей тенденцией к восстановлению уровня сигнала в отсутствие обрушающейся волны. Подобный эффект “выглаживания” наблюдается и для более высокочастотной части радиолокационного сигнала, однако здесь время релаксации интенсивности сигнала оказывается большим.
Эффект выглаживания мелкомасштабного ветрового волнения в результате обрушения длинных волн качественно объясняется двумя механизмами. Это, во-первых, подавление мелкомасштабных волн турбулентностью, формирующейся при обрушении волны, а во-вторых – гашение мелкомасштабных волн пленкой, образующейся после обрушения в результате переноса поверхностно-активных веществ (ПАВ) из объема воды на ее поверхность всплывающими воздушными пузырьками, образующимися в области обрушения. Если генерация турбулентности при обрушении изучалась ранее (см. например, работу Rapp and Melville, 1990), то для подтверждения второго механизма нами были проведены специальные исследования характеристик образцов пленок ПАВ, взятых до и после обрушения волн. Результаты измерений подтвердили факт формирования пленки ПАВ после сильного обрушения волны, что может существенно сказаться на увеличении коэффициента затухания мелкомасштабных волн и подавлении интенсивности радиолокационного сигнала после обрушения волн.
Обнаруженный в эксперименте эффект выглаживания и его возможные механизмы могут быть важными для построения моделей радиолокационного рассеяния на морской поверхности, в том числе эффекта ограничения роста интенсивности радиолокационного сигнала, в условиях сильного ветра.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 11-05-00295, 12-05-31237, 13-05-90429 Укр_ф_а, 13-05-97058, 13-05-97043), РАН (Программа Радиофизика) Правительства РФ (Гранты No. 11.G34.31.0048, 11.G34.31.0078)