Институт Океанологии РАН
Физика океана, морская геология, морская биология, морская техника
English | Russian
Главная arrow Лаборатории физического направления arrow Лаборатория акустики океана
Лаборатория акустики океана Печать E-mail
Руководитель лаборатории - ведущий научный сотрудник, к.ф-м.н. Островский Александр Григорьевич

В 1977г. директор Института океанологии чл.-корр. АН СССР Монин А.С. и бывший подводник вице-адмирал Генкин А.Л. организовали в Институте Кабинет акустики океана. Через год по решению Президента Академии Наук СССР Александрова А.П. Кабинет был преобразован в Отдел акустики океана. Были выделены средства для разработки и постройки двух специализированных кораблей (излучающего и приемного) для проведения акустических исследований в открытом океане (НИС «Академик Сергей Вавилов» и «Академик Иоффе»). Руководителем Отдела с 1980г. стал академик Бреховских Л.М.

Отдел включал в себя 3 лаборатории: Лабораторию распространения звука в океане (Бреховских Л.М.), Лабораторию шумов и флуктуаций (Курьянов Б.Ф.), Лабораторию рассеяния и отражения звука (Житковский Ю.Ю.).

В 2005 г. Лаборатория распространения звука в океане и Лаборатория рассеяния и отражения звука слились в одну Лабораторию акустики океана, которую возглавил Чепурин Ю.А.

Академик Бреховских Л.М.
Чепурин Ю.А.

Перейти на сайт Лаборатории

Основными направлениями деятельности Лаборатории акустики океана являются:

  • 1. Развитие теории распространения звуковых волн в океане с учетом объемных неоднородностей водной среды (мезомасштабные вихри,фронты,линзы, внутренние волны,тонкая структура, взволнованная водная поверхность,течения), а также неровностей дна и неоднородностей грунта.
  • 2. Разработка алгоритмов и численное моделирование распространения звука в океане.
  • 3. Создание и совершенствование методик решения обратных задач акустики океана,позволяющих проводить дистанционное зондирование неоднородностей водной толщи океана,его поверхности и грунта (акустическая томография океана).
  • 4. Проведение экспериментов по распространению, рассеянию и отражению звука в различных гидрологических условиях.
  • 5. Создание и испытания новой гидроакустической техники.

увеличить
Некоторые результаты: 

Масштабная обработка полученных в международном эксперименте THETIS-II (Средиземное море) акустических данных с использованием метода согласованных временных откликов, разностной динамической томографии, а также последовательной реконструкции в горизонтальной и вертикальной плоскостях позволила нам, как восстанавливать поле скорости звука на отдельных трассах, так и восстановить 3-х мерную структуру внутритермоклинного вихря, обнаруженного в эксперименте.
На рисунке: изоповерхности, соответствующие значению вариации скорости звука в линзе -0.75м/c. Слева - эксперимент, справа - томографическое восстановление.

увеличить
Обработка данных совместного российско-американского эксперимента ACOUS (Arctic Climate Observation using Underwater Sound), в котором в течении 14 месяцев на вертикальную акустическую антенну принимались звуковые сигналы, излученные с расстояния 1250 км, позволила осуществить непрерывный акустический мониторинг состояния и динамики водных масс в Арктике (воль трассы распространения звука).

Следует отметить, что никакие другие методы, кроме акустических не могут выполнить поставленную задачу в условиях ледяного покрова Арктического бассейна. На основе детального анализа принятых сигналов с использованием теории взаимодействующих мод звукового поля была проведена реконструкция поля скорости звука на трассе в течении всего времени наблюдения. Метод акустической термометрии океана позволил обнаружить и наблюдать в течение длительного времени значительные изменения в атлантических водных массах, которые произошли в бассейне Нансена к северу от пролива Франц-Виктория.
На рисунке: согласование временных модовых откликов (слева), восстановление теплой струи, втекающих вод (по середине), отличие температуры струи от среднеклиматического фона (температурная аномалия, эволюция струи).

В 1998 г. усилиями Лаборатории при содействии Российского Акустического Общества возрождена традиция
научных школ-семинаров академика Л.М.Бреховских «Акустика океана», которые проводятся раз в 2 года по настоящее время.

Важнейшие результаты исследований лаборатории за 2003-2006 год.       

Произведено численное моделирование метода пошаговой акустической томографии на основе реальных данных, полученных в эксперименте THETIS-II (1990 г.), в качестве неоднородности выбран холодный внутритермоклинный вихрь распресненной воды (линза). Анализ показал, что наиболее пологие лучи, влияние неоднородности на которые максимально, являются неустойчивым индикатором для томографии вдоль одной трассы. Предложено в качестве анализируемой величины выбирать группу водных лучей, не включающую в себя наиболее пологие и наиболее крутые лучи. Численный эксперимент показал, что данный критерий является наиболее устойчивым и позволяет определять наличие неоднородности на трассе, ее знак (теплая-холодная) а также оценивать ее интенсивность. (Рук.работ – к.ф-м.н. Чепурин Ю.А.)

Сравнение экспериментально полученной зависимости с расчетом
Группа лучей, исключающая наиболее поздние и ранние приходы
На рисунке группа лучей, исключающая наиболее поздние и ранние приходы. Сравнение экспериментально полученной зависимости с расчетом при отсутствии линзы (верхний рисунок) и при ее наличии (нижний). Средневзвешенная разница времен прихода этой группы составила 24мс. Посредством анализа кинематического граничного условия исследованы свойства особых точек поверхности, рассмотрен вопрос о форме вершины предельных гравитационных волн при установившемся движении идеальной жидкости. Из интеграла Бернулли и свойств особых точек следует, что волна Стокса является вихревой, которую ранее ошибочно принимали за потенциальную, а на профиле гравитационно-капиллярных и капиллярных волн не может быть угловых точек. (рук.работ – к.ф-м.н. Чепурин Ю.А.).

Проведены модельные расчеты работоспособности и эффективности метода пошаговой акустической томографии на примере данных эксперимента THETIS-II. Показано, что неоднородность типа линзы смещает картину лучевых приходов и может быть зафиксирована в рамках предполагаемого метода. Однако, детальное восстановление структуры неоднородности требует дальнейшей проработки. С целью проведения натурных экспериментов разработана и изготовлена СейсмоГидроАкустическая Автономная Донная Станция (СГААДС), с помощью которой планируется принимать акустические сигналы для осуществления пошаговой томографии. Проведены теоретические исследования точности восстановления угловой зависимости коэффициента отражения звука от дна пассивным методом с использованием сканирующей или многолучевой антенны. Выполнена проверка на базе модельных расчетов возможности позиционирования донного источника шума с помощью трехкоординатного векторного приемника. Выполнены расчет модели шумоизлучения моря в Геленджикской бухте и сравнение расчетной и экспериментальной зависимости коэффициента вертикальной корреляции шума на частоте 7.5 кГц. Показано, что восстановленная угловая зависимость шума хорошо совпадает с распределением реальных источников шума в месте расположения приемных гидрофонов. (рук. работ – к.ф-м.н. Чепурин Ю.А.).

Продолжена обработка данных совместного российско-американского эксперимента ACOUS (1998-1999) по акустической термометрии Северного Ледовитого океана. Моделировалось выявленное ранее потепление промежуточного слоя атлантических вод в масштабах всего бассейна от Шпицбергена и ЗФИ до моря Бофорта. На основе томографического восстановления гидрологических параметров среды в виде локального "пятна" теплой воды, расположенного на начальном участке звуковой трассы эксперимента ACOUS, показано, что, возможно, именно в виде таких дискретных, пятнообразных объектов более теплые воды Северной Атлантики поступают в СЛО через пролив Фрама. Обнаружить такие достаточно быстро протекающие процессы традиционными контактными измерениями с научно-исследовательских судов затруднительно. Продолжено моделирование распространения звука в Арктическом волноводе на различных частотах с целью нахождения оптимальных параметров сигнала для будущего эксперимента. (Рук. работ - к.ф.-м.н. Чепурин Ю.А., акад. Бреховских Л.М.)

Обработаны данные совместного российско-американского эксперимента ACOUS (1998-1999) по акустической термометрии Северного Ледовитого океана (СЛО). Детальное моделирование распространения акустических импульсов в СЛО подтвердило выявленное ранее потепление промежуточного слоя атлантических вод в масштабах всего бассейна от Шпицбергена и ЗФИ до моря Бофорта, причем расчеты показали, что теплые воды Атлантики выглядели на плоскости звуковой трассы в форме "пятна", расположенного на начальном участке трассы. Оценены параметры этого "пятна". Продолжено моделирование распространения звука в Арктическом волноводе на различных частотах с целью нахождения оптимальных параметров сигнала для будущего эксперимента. (Рук. работ - к.ф.-м.н. Чепурин Ю.А.)

 
Российская академия наук
Почтовая система Ocean Институт Океанологии РАН Проект OceanDB