Акустическая нелинейность верхнего слоя океана и мелкого моря и особенности рассеяния и поглощения звука

  • В. А. Буланов Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН
DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2018.46(2).2
Ключевые слова: акустическая нелинейность, рассеяние, поглощение звука, морская вода, верхний слой океана, пузырьки, мелкое море

Аннотация

Морская среда характеризуется наличием различных мелкомасштабных неоднородностей, которые существуют как вблизи поверхности моря, так и в толще: газовые пузырьки, различные взвеси, планктон различных размеров, микротурбулентность. Все перечисленные неоднородности добавляют свой вклад в акустические характеристики морской среды, среди которых важными для гидроакустики являются нелинейные характеристики. Несмотря на важность параметра нелинейности для морской среды информация о его измерениях в море весьма скудна. В работе обсуждены особенности нелинейных и линейных акустических характеристик морской воды, содержащей мелкомасштабные неоднородности. Представлены результаты исследований акустической нелинейности морской воды и поглощения звука на различных глубинах in situ. Проведено сравнение локальных акустических характеристик и коэффициентов обратного рассеяния звука в верхнем слое океана до глубины около 100 м. Показано, что акустические характеристики существенно изменяются с глубиной и наблюдаемые аномалии поглощения и нелинейности обусловлены присутствием гетерогенных включений. Показано, что особенности пространственной структуры коэффициента рассеяния звука обусловлены изменением структуры пузырьковых облаков, вовлекаемых ветровыми напряжениями и индуцированными течениями при скорости ветра до 12 м/с. Обсуждена взаимосвязь рассеяния и поглощения звука с акустической нелинейностью морской воды. Показана возможность прогнозирования распределения акустической нелинейности и поглощения звука в океане и в мелком море на основе дистанционных данных по обратному рассеянию звука.

Литература


  1. Акуличев В.А., Буланов В.А. О спектре пузырьков газа и возможностях акустической спектроскопии в приповерхностном слое океана // Доклады Академии наук. 2012. Т. 446. № 2. С. 212–215.

  2. Акуличев В.А., Буланов В.А. Акустические исследования мелкомасштабных неоднородностей в морской среде: Владивосток: ТОИ ДВО РАН. 2017. 414 с.

  3. Андреева И.Б. Рассеяние звука в океанических звукорассеивающих слоях // Акустика океана / ред. Бреховских Л.М., М.: Наука. 1974. С. 491–558.

  4. Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 264 с.

  5. Буланов В.А., Корсков И.В., Попов П.Н. Измерения нелинейного акустического параметра морской воды // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 3. C. 114–118.

  6. Есипов И.Б., Рыбак С.А., Серебряный А.Н. Нелинейная акустическая диагностика земных пород и океана // УФН. 2006. Т. 176. № 1. C. 102–108.

  7. Кузнецов В.П. Нелинейная акустика в океанологии: М.: Физматлит, 2010. 264 с.

  8. Andreas E.L., Monahan E.C. The Role of Whitecap Bubbles in Air–Sea Heat and Moisture Exchange // J. Phys. Oceanogr. 2000. Vol. 30. No. 2. P. 433–441.

  9. Akulichev V.A., Bulanov V.A. Measurements of bubbles in sea water by nonstationary sound scattering // J. Acoust. Soc. Am. 2011. Vol. 130, No. 5. P. 3438–3449.

  10. Akulichev V.A., Bulanov V.A. The bubble distribution and acoustic characteristics of the subsurface sea layer // Proc. Mtgs. Acoust. 2015. Vol. 24.045003. 10 p. http://dx.doi.org/10.1121/2.0000163.

  11. Bulanov V.A., Korskov I.V., Popov P.N., Storozhenko A.V. Researches of sound scattering in the sea using the inverted echo sounder // Proc. Mtgs. Acoust. 2015. Vol. 24.070013. 6 p. http://dx.doi.org/10.1121/2.0000140.

  12. Deane G.B. Sound generation and air entrainment by breaking waves in the surf zone // J. Acoust. Soc. Amer. 1997. Vol. 102. No. 5. P. 2671–2689.

  13. Fofonoff N.P., Millard R.C. Jr. Algorithm for computation of fundamental properties of seawater // UNESCO Technical papers in Marine Science. 1983. No. 44.

  14. Garrett C., Li M., Farmer D. The Connection between Bubble Size Spectra and Energy Dissipation Rates in the Upper Ocean // J. Phys. Ocean. 2000. Vol. 30. No. 9. P. 2163–2171.

  15. Grelowska G., Kozaczka E. Nonlinear Properties of the Gotland Deep – Baltic Sea // Archives of Acoustics. 2015. Vol. 40. No. 4. P. 595–600.

  16. Vagle S., McNeil C., and Steiner N. Upper ocean bubble measurements from the NE Pacific and estimates of their role in air-sea gas transfer of the weakly soluble gases nitrogen and oxygen // J. Geophys. Res. 2010. Vol. 115. C12054. 16 p. DOI: 10.1029/2009JC005990.

Опубликован
2018-11-18
Выпуск
Том 46 № 2 (2018): Океанологические исследования
Раздел
Акустика океана

Передача авторских прав происходит на основании лицензионного договора между Автором и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)