ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Данная работа является результатом научно-исследовательской работы СКБ САМИ ДВО РАН.

Измерение характеристик внутренних волн, их изучение, имеет важное значение при исследовании динамичного режима океанской среды, а также при решении широкого круга задач практической гидроакустики. Так, например, при распространении звука в океане внутренние волны являются одной из причин, определяющих медленные вариации параметров просветных сигналов. Особое внимание при изучении влияния внутренних волн на распространение звука обращается на короткопериодные внутренние волны с периодами от нескольких минут до нескольких часов, т.к. данные периоды соизмеримы со временем действия гидроакустических приборов. Влияние внутренних волн при распространении звукового сигнала сказывается в основном на изменение его интенсивности. В последние годы экспериментально установлено, что оно может достигать нескольких десятков децибел. В проведенной работе были рассмотрены результаты исследований временных характеристик пространственного режима температуры морской среды, определяющих структуру внутренних волн. Для получения экспериментальных данных были использованы распределенные датчики (РД) температуры на стационарных заякоренных системах. В результате были построены спектры вертикальных смещений термоклина, рассчитаны скорости и направления распространения внутренних волн.

Волны в Охотском море распространяются по направлению к берегу, наблюдается дисперсия волн, т.е. длинные движутся быстрее коротких. В районе измерений маловероятно ожидать отраженных от берега волн, т.к. условия отражений не выполняются.

Максимум частоты Вяйсяля в Охотском море составляет 0,03 рад/с. Длины волн меняются от 138 до 1240 м. Скорости короткопериодных волн с учетом эффекта Доплера составляют 0,2-0,4 м/с. Амплитуда внутренних волн с периодом 10 минут составляет 5 м.

С помощью распределенного датчика температуры в точках с характерными условиями термоклина были проведены измерения внутренних волн. Датчик представлял собой стальную проволоку, сложенную в несколько раз по длине для увеличения общего сопротивления. Увеличение сопротивления датчика необходимо для повышения его чувствительности. При сопротивлении датчика 560 Ом и температурном коэффициенте стали, равном 0,0032, чувствительность соответствует величине 1,792 ом/град. Измерение сопротивления датчика выполнялось при помощи моста постоянного тока. Сигнал разбаланса моста регистрировался самописцем на диаграммную бумагу.

Были выбраны участки записи с наиболее интенсивными колебаниями температуры, хотя за полное время регистрации, равное 12 ч 50 мин, существовали участки с уменьшением флуктуации температуры почти до нуля. Преобладающий период колебаний из визуальной оценки составил 6 мин. Амплитуда колебаний в градусах была оценена с помощью просветного метода гидролокации.

Для определения амплитуды колебаний необходимо определить отклик датчика в делениях шкалы регистратора на метр глубины.cэтой целью датчик поднимали, либо опускали в термоклине на определенное количество метров. Из данных гидрологической станции определялся средний градиент температуры в градусах на метр. Исходя из этого, определялась цена деления шкалы регистратора в градусах:

(град/дел)

При измерениях средний температурный градиент составил 0,2 град/м, отклик датчика = 2 дел/м, отсюда = 0,1 град/дел. Из примера записи на рис. 1А видно, что амплитуда флуктуаций составляет около одного градуса.

На рис. 1Б показан пример записи флуктуаций температуры, зарегистрированных распределенным датчиком в северной части Южно-Китайского моря. Термоклин в этом случае охватывает больший диапазон глубин, имея более слабый средний температурный градиент, чем в предыдущем районе = 0,1 град/м.

Рис. 1. Примеры записей колебаний температуры

Отклик датчика = 2 дел/м и = 0,05 град/дел. Амплитуда колебаний в этом случае также составила 1 град. При общей продолжительности регистрации 15 ч 55 мин наблюдалась аналогичная картина изменчивости, как и в южном районе, т.е. интенсивность колебаний температуры совпадала. Участки записи со слабой изменчивостью перемежаются с участками, где резко увеличивается интенсивность колебаний.

Исследования внутренних волн в океане с использованием датчиков температуры показали, что короткопериодные внутренние волны преимущественно распространяются в виде отдельных квазисинусоидальных цугов, перемежающихся промежутками с колебаниями меньшей интенсивности, как правило более высокочастотными, имеющими турбулентный характер.

Выполненные наблюдения внутренних волн в исследуемых мелководных районах с хорошо развитым термоклином, также предварительный их анализ показывает, что короткопериодные внутренние волны данных районов распространяются в соответствии с предположением о нестационарности и неоднородности поля короткопериодных волн. Анализ записей в пределах отдельных цугов дает хорошо выраженные пики функций спектральной плотности, что подтверждает достаточно высокое качество используемого измерительного зонда, изготовленного на основе пространственно-распределенных датчиков температуры.