Исследование возможностей лидарной диагностики гидрофизических полей на основе гидрологических и гидрооптических измерений в северных морях России

• Автор: Родионов, Максим Анатольевич
• Шифр специальности: 25.00.28
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Аппаратура для измерения гидрооптических характеристик морской среды
1.1. Анализ методов и точности измерения показателя ослабления света водой
1.2. Оптическая схема и технические характеристики прибора
1.3. Методика и специальное оборудование для калибровки прибора
2. Методика и результаты натурных измерений глубинных профилей
гидрологических и гидрооптических характеристик морской воды в акваториях северных морей
2.1. Белое море
2.2. Баренцево море
2.3. Карское море
3. Корреляционные связи между показателем ослабления и
гидрологическими параметрами морской среды в акваториях северных морей
3.1. Баренцево море
3.2. Белое море
3.3. Карское море
4. Моделирование лидарных изображений внутренних волн на основе
гидрооптических и гидрологических измерений
4.1. Модель лидарного сигнала в задачах обнаружения внутренних ВОЛН
4.2. Метод, алгоритм и результаты моделирования лидарных изображений внутренних волн
4.3. Оценка возможности наблюдения гидродинамических процессов лидаром с заданными техническими характеристиками в различных гидрологических условиях
Заключение
Библиография
Список опубликованных работ по теме диссертации

Введение
Важной задачей современной океанологии является изучение гидрофизических процессов, протекающих в толще океана и оказывающих существенное влияние на морскую деятельность человека. Исследование и освоение Мирового океана невозможно без учета динамики и стратификации вод, генерации и распространения внутренних волн, образования турбулентности и тонкой структуры. Результаты
гидрофизических исследований являются основой при освоении
природных ресурсов, ведении промышленного рыболовства, решении экологических и оборонных задач. Это обусловливает актуальность разработки эффективных методов и средств измерения и контроля гидрофизических характеристик морской среды.
Задача регистрации гидрофизических процессов в обширных
акваториях океана размером несколько десятков или сотен километров должна решаться с использованием современных высокотехнологичных измерительных средств, а также с применением методов физико-математического анализа данных измерений.
В настоящее время для изучения гидрофизических процессов применяются, как правило, контактные измерительные средства. Наряду с достоинствами, они имеют ряд недостатков, основным из которых является необходимость размещения чувствительного элемента датчика в измеряемом слое, что обусловливает технические сложности и большие временные и финансовые затраты на проведение исследований. Вследствие этого активно разрабатываются дистанционные методы изучения процессов и явлений в морской среде, в том числе внутренних волн, играющих важную роль в формировании обменных процессов в океане. Одним из перспективных методов является лидарное зондирование морской среды.
В основе лидарного зондирования лежит излучение лазерного импульса заданной частоты и длительности и получение сигнала

обратного рассеяния с различных глубин. Лидарная система состоит из источника подсветки (лазера) и приемника, включающего объектив и фотодетектор.
Внутренние волны и другие гидрофизические возмущения могут наблюдаться с помощью лидаров благодаря тому, что под их влиянием неоднородности распределения гидрооптических характеристик трансформируются в пространстве и во времени.
Технические средства для лидарного зондирования разрабатываются начиная с 60-х годов прошлого века. Проведенные эксперименты подтвердили возможность дистанционной регистрации гидрофизических процессов, в частности, внутренних волн. Основные результаты в этой области получены специалистами Института прикладной физики РАН, Института Океанологии им. П.П.Ширшова РАН, Государственного Оптического Института им. С.И. Вавилова, НПО «ЛЕНИНЕЦ». Значительный вклад в эту область гидрооптики внесли И.В. Алёшин, Д.М. Браво-Животовский, В.И. Буренков, Ю.А. Гольдин, Л.С. Долин, Л.С. Долина, О.В. Копелевич, И.М. Левин, А.Г. Лучинин, В.Н. Пелевин, В.А. Савельев, В.В. Фадеев, К.С. Шифрин, С.Я. Эмдин, В.А. Яковлев и многие другие (см. например, [1-21]).
Вместе с тем, в научной литературе недостаточно информации о результатах совместных натурных измерений гидрооптических и гидрофизических параметров морской среды и моделях, позволяющих физически интерпретировать результаты лидарного зондирования, а также проводить оценки эффективности лидарного наблюдения гидрофизических процессов в конкретных акваториях.
Для оценки возможности регистрации внутренних волн в различных акваториях океана с помощью лидарных методов могут быть проведены прямые натурные эксперименты, однако, это предполагает большие временные и материальные затраты. Альтернативный путь решения задачи - оценка возможности наблюдения внутренних волн на
Изменчивость характеристик температуры и солености с севера на юг можно проследить по разрезам, представленным на рисунке 15.
10 15

•гзвг
41 Н|

•' м: 1 11 г

*з* от
о 5 '’О 15 20 25 30 «или
Рис. 15, Распределение температуры (а) и солености (б) на разрезе ориентированном вдоль 33°30' в. д. по данным, полученным в I 8 рейсе НИС М-0520 "Профессор Бойко" с 10 по 13 августа 201 1 г.