Сотрудниками лаборатории физико-химических процессов и динамики поверхности океана Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), совместно МГТУ им. Н. Э. Баумана, изучены возможности применения дистанционных лазерно-оптических методов для исследования глубинных гидродинамических процессов в океане (вихрей, течений, внутренних волн) и разработана соответствующая аппаратура. Исследования этих процессов помогают в судоходстве, рыболовстве, постройке дамб, плотин, подводных трубопроводов и др. Гидродинамические процессы, происходящие в толще моря могут изменять состояние морской поверхности и приповерхностных слоев морской среды и атмосферы, регистрация которых может быть выполнена дистанционным образом. Результаты опубликованы в сборнике Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciencesиздательства Springer Nature (Nosov et al., 2023).
В качестве дистанционных методов исследования нестационарных гидродинамических процессов масштаба сотни метров-десятки км и «временем жизни» порядка нескольких часов были использованы: 1) для морской поверхности – метод сканирования лазерного луча по морской поверхности; 2) для приповерхностных слоев морской воды – метод измерения яркости моря на определенных длинах волн; 3) для приводной атмосферы – метод рассеяния лазерного луча на аэрозолях. На основе этих трех методов в ГЕОХИ РАН созданы макеты судового размещения: 1) сканирующего лазерного локатора, 2) фотометра яркости моря и 3) аэрозольного лидара. Первые два макета также созданы в варианте работы с борта самолета.
![Дистанционные исследования глубинных процессов в океане 1-2.jpg (jpg, 89 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=334099f5-3665-432b-ae24-59ffdeee3a16)
Рисунок 1. Матрица эмпирического корреляционного отношения, вычисленная по данным сигнала аэрозольного лидара при движении судна водоизмещением 2000 т в области пересечений собственного следа: Р1 (возраст следа 18 мин.) и Р2 (возраст следа 41 мин.). По осям отложено время в секундах.
В морских условиях в качестве модельных гидродинамических процессов было использовано возмущение морской среды двигающимися судами водоизмещением 400 т и 2000 т. Анализ статистических характеристик сигналов, полученных при движении судов, показал, что в районе существования гидродинамических процессов наблюдались изменения статистики сигналов всех трех макетов по сравнению с сигналами вне области следа при «возрасте следа» до 40 минут для большого судна. Для выделения аномальных сигналов от участков акватории, на которых гидродинамические процессы оказали наибольшее воздействие, разработаны алгоритмы и программы для обработки сигналов на основе статистических методов анализа: алгоритм анализа изменения эмпирического корреляционного отношения (Рис. 1) и алгоритм сравнения значений статистики ранговых сумм, сравнивающий параметры сигналов всех трех макетов при пересечении следа судна с сигналами на фоновых участках трассы (Рис. 2).
![2-2 (jpg, 60 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=1a4baa25-909b-450c-9f09-3b4934d0662d)
Рисунок 2. График временных зависимостей значений статистики ранговых сумм, вычисленных при пересечении отстающего собственного следа судна с возрастом 18 мин. Пик на графике соответствует области пересечения судна водоизмещением 2000 т своего следа.
Размещение макетов аппаратуры на самолете позволяет выполнять исследования нестационарных гидродинамических процессов оперативным образом - в заданной акватории и в заданное время.
Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Источник: ГЕОХИ РАН.