Интерференционная структура низкочастотного звукового поля на океанском шельфе

• Автор: Луньков, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание
Введение

Г лава 1. Обзор литературы

§ 1.1. Гидродинамические возмущения водной среды

§ 1.2. Модель распространение низкочастотного звука в среде с

неоднородностями

§ 1.3. Потери при распространении звука в мелком море

§ 1.4. Управление интерференционной структурой звукового поля.

Фокусировка звука

§ 1.5. Изменчивость интерференционной структуры. Частотные

смещения
Глава 2. Потери при распространении низкочастотного звука в мелком море
со случайными неоднородностями
§ 2.1. Основные соотношения
§ 2.2. Параметры численного моделирования
§ 2.3. Результаты численных экспериментов
Глава 3. Фокусировка звуковых полей обращением времени на морском
шельфе
§ 3.1. Зависимость характеристик сфокусированного звукового поля от
параметров обращающей системы
§ 3.2. Фокусировка звука при наличии ветрового поверхностного
волнения
§ 3.1. Устойчивость фокусировки обращением времени при фоновых
внутренних волнах
§ 3.4. Флуктуации фазы сфокусированного звукового поля
§ 3.4.1. Основные соотношения
§ 3.4.2. Параметры численного моделирования
§ 3.4.3. Влияние внутренних и поверхностных волн на фазу
звукового поля

§ 3.4.4. О возможности измерения вариаций длины стационарной
акустической трассы фазовыми методами
Глава 4. Частотные смещения интерференционной структуры
звукового поля в мелком море
§ 4.1. Теоретическое описание смещений интерференционной структуры
в частотной области в случайно-неоднородном волноводе
§ 4.2. Методика и результаты измерения средних по трассе амплитуд
баротропного и бароклинного приливов на Атлантическом шельфе

Заключение
Список опубликованных работ
Список литературы

Введение
Актуальность темы
Акустика играет очень важную роль в исследовании и освоении океана [1]. Электромагнитные волны, которые хорошо распространяются в атмосфере, быстро затухают в водной среде. В отличие от электромагнитных, акустические волны на низких частотах могут распространяться под водой на сотни и даже тысячи километров [2]. Дистанционное зондирование и передача информации в океане осуществляются главным образом с помощью акустических сигналов.
В подводной акустике в особую область, называемую акустикой мелкого моря [3], выделяют исследования распространения звука в шельфовых зонах Мирового океана, где глубина моря не превышает нескольких сотен метров. Это связано, во-первых, с важностью изучения и разработки самого шельфа, который является источником огромного количества ресурсов: биологических, энергетических, минеральных и т.д. Во-вторых, в мелководных акваториях, в отличие глубокого океана, нельзя пренебрегать взаимодействием акустических волн с дном, которое существенно сказывается на затухании звука. При этом наличие случайных и регулярных неоднородностей различной природы и разных пространственно-временных масштабов, характерных для океанского шельфа, ещё больше усложняет картину формируемого в мелком море звукового поля.
Получение акустических полей с определёнными характеристиками и управление их интерференционной структурой - это задачи, активно решаемые в настоящее время. К ним можно отнести проблемы излучения сигналов, соответствующих отдельным волноводным модам [4], и фокусировку звука [5], при которой происходит формирование «глобального» интерференционного максимума (фокусного пятна) в заданной точке волновода. Такие задачи решаются с использованием пространственно развитых излучающих систем, обычно, вертикальных

зависимостей скорости звука с(г) от глубины, показанных на рис.2.1(б). Эти зависимости соответствуют типичным вертикальным профилям скорости звука в зимних и летних условиях. Профиль скорости звука для летнего периода был получен путем усреднения четырёх зависимостей с{х), вычисленных по данным СТО-измерений, проведённых в четырёх разных точках на Атлантическом шельфе в ходе эксперимента БУ/ ’06 [14]. При моделировании предполагалось, что дно является однородным жидким поглощающим полупространством с параметрами: скорость звука сь = 1600 м/с, плотность рЛ =1800 кг/м3. Коэффициент поглощения звука в дне зависит от частоты и равен (34 (/) = 1.07 * 10 4/'6 дБ/(км*Гц) [69], / - частота в герцах.
Диапазон дистанций, для которого проводилось исследование потерь при распространении, составлял от 1 км (гт ) до 150 км.
Моделирование ПВ осуществлялось по эмпирическому спектру Пирсона-Неймана 8ПИ(0) (1.1). Скорость ветра варьировалась в диапазоне от 0 до 12 м/с.
Для вычисления случайных реализаций ВВ использовался усреднённый частотный спектр 5вв(С2) вертикальных колебаний жидкости, измеренных в рассматриваемом волноводе в эксперименте БЛУ ’06 (См. рис.2.2(а)). Усреднение проводилось по данным с трёх термисторных цепочек БУ#08, 8У#32 и 8У#45. Длительность каждой из обрабатываемых температурных записей составляла 96 ч. Дисперсионная зависимость для первой моды ВВ, а также профиль первой гравитационной моды изображены на рис.2.2(б) и рис.2.2(в) соответственно.
При моделировании предполагалось, что поля возмущений, связанные с
ПВ и ВВ, обладают сильной анизотропией, и акустические, а также
внутренние и поверхностные волны распространяются в одном и том же
направлении. Таким образом, анализировалась ситуация, когда случайное
поле поверхностных и внутренних волн максимальным образом влияет на