Для расчета прибрежной гидродинамики при оползне рассматривается краевая задача для уравнений двухслойной жидкости: вода - оползневый материал, в произвольной трехмерной области. Краевая задача формулируется в декартовых и в обобщенной постановке при переходе к криволинейным гранично-согласованным координатам. Существенным элементом оползневой динамики является учет негидростатической компоненты давления, определяемой решением нелинейно-дисперсионного уравнения Буссинеска. Численный метод преобразованной задачи использует разностную схему расщепления второго порядка точности при ограничении на шаг сетки, навязываемый только адвективной модой движения; метод включает модуль расчета осушения мелководной зоны. Приводятся результаты обширной серии численных экспериментов по расчету изменения физических и энергетических характеристик оползня при различных углах склона, а также результаты моделирования прибрежной волновой динамики, индуцированной оползнем и оценку влияния негидростатики. Верификация модели выполнена сравнением результатов расчета с лабораторным экспериментом для трех случаев: моделирование волны цунами у берегов Японии, прохождения волны над подводным препятствием и хода поверхностной волны, генерируемой оползнем. Как приложение модели приводится расчет хода гидродинамических характеристик, индуцированных аляскинским мегаоползнем (1958 г.).

Для улучшения воспроизведения термохалинной структуры в Финском заливе предлагается трехмерная гидродинамическая модель, основанная на модельном комплексе NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean — платформа европейской модели океана). Угловые шаги модельной сетки по широте и долготе равны, соответственно, 0.25 и 0.5' (≈ 0.5 км), что в 4–8 раз меньше значений бароклинного радиуса деформации Россби в Финском заливе. Вертикальный турбулентный обмен описывается с помощью схемы замыкания типа k-ε. Результаты расчетов сравниваются с данными контактных измерений температуры и солености, полученными с использованием СТD зонда на 38 станциях в экспедиции Российского государственного гидрометеорологического университета в восточной части Финского залива в период с 25 по 28 июля 2011 г. и данными CTD зондирования (15 станций) для летнего периода из базы данных BED (Baltic Environment Database). Рассчитанная температура поверхности моря сравнивается также с ее спутниковыми оценками, имеющими разрешение 1×1 км и полученными с помощью сканирующих спектрорадиометров MODIS. Показано, что выбор адекватной схемы турбулентного замыкания и реализация модели на сетке высокого разрешения (≈ 0.5 км) заметно улучшают (в сравнении с расчетами на грубых сетках) качество воспроизведения температуры в весенне-летний период. 

Представлено экспериментальное и теоретическое исследование влияния особенностей формы корпуса подводного судна (относительного удлинения и водоизмещения) на эффективность разрушения ледяного покрова изгибно-гравитационными волнами. Эксперименты проводились в опытовом ледовом бассейне размерами L×B×H = 10×3×1 м с использованием моделей подводных судов в масштабе 1:100. Модель ледяного покрова приготавливалась путем намораживания льда заданной толщины естественным холодом. Для проведения опытов была спроектирована и изготовлена необходимая оснастка и сформирован измерительный комплекс для регистрации колебаний модельного льда. В процессе буксировки моделей определялась скорость их движения, и записывались профили взволнованной поверхности льда. В ходе экспериментов анализировалась кривизна возбуждаемых изгибно-гравитационных волн, т. е. отношение прогибов к длине волны и возможность полного разрушения ледяной пластины. В теоретической части работы использовались ранее полученные аналитические интегральные зависимости для расчета прогибов плавающей упругой пластины при прямолинейном нестационарном движении тонкого почти осесимметричного тела вблизи поверхности раздела вода-пластина. Достоверность расчетов подтверждена путем сопоставления результатов с данными экспериментов разрушения естественного льда изгибно-гравитационными волнами. Полученные результаты показывают, что волнообразование в ледяном покрове и эффективность его разрушения существенно зависят от относительного удлинения и водоизмещения погруженного тела, а также скорости его перемещения и глубины погружения.

Представлен обзор работ по теории подводной видимости. Изложена история исследований по этой проблеме. Универсальная теория подводной видимости предназначена для определения характеристик изображения и максимальной дальности видения протяженного объекта с неоднородным коэффициентом отражения для различных подводных систем видения, включая лазерные. Рассмотрены основные элементы этой теории: уравнение переноса изображения, функция размытия пучка и частотно-контрастная характеристика, алгоритмы вычисления параметров изображения объекта конечного размера, максимальная дальность видимости в воде. Параметры подводного светового поля, необходимые для этих алгоритмов, получаются в результате решения уравнения переноса излучения с использованием первичных гидрооптических характеристик. Представлена универсальная модель первичных гидрооптических характеристик для длин волн, близких к 550 нм, которая позволяет определить все используемые в теории подводной видимости первичные гидрооптические характеристики по значению показателя ослабления или даже по глубине видимости диска Секки. Описан алгоритм вычисления отношения сигнал/шум и максимальной дальности видимости в воде, который может быть использован для сравнения эффективности систем видения различных типов. Рассмотрены основные направления развития исследований подводной видимости, в частности, проблема наблюдения через взволнованную поверхность.

Работа посвящена методу обнаружения биоакустических сигналов, основанному на выборочном оценивании высших статистических моментов звуковых полей, регистрируемых фазированной антенной решеткой. Для апробации предлагаемого метода разработан и изготовлен макет подводного гидроакустического устройства с кольцевой фазируемой антенной решеткой. Обсуждаются результаты испытаний устройства в натурных условиях с использованием цифрового имитатора сигналов гидробионтов. Показано, что использование теста Jarque-Bera в качестве решающей статистики позволяет обнаруживать транзиентные сигналы с большей вероятностью по сравнению с классическими шумопеленгаторами. 

Задача обнаружения в пассивной локации является одной из самых популярных во всей гидроакустике и при этом она остается одной из самых мало освещенных. Достаточно большое внимание с начала семидесятых годов уделялось адаптивным алгоритмам обнаружения, однако ввиду больших сложностей с их внедрением в гидроакустические комплексы, интерес со временем ослаб. К тому же для адаптивных алгоритмов в пассивной локации редко выводятся количественные вероятностные характеристики применительно к сложным тактическим обстановкам, что заметно усложняет решение задачи обнаружения с их помощью. При современных представлениях о динамике распространения звукового сигнала в водной среде, а именно присутствие эффектов многолучевого распространения и рассеяния, основной интерес вызывают алгоритмы, работающие по короткой выборке для адаптации. В статье выводятся приближенные формулы для первых двух моментов одного из перспективных быстрых проекционных алгоритмов обнаружения, построенного на короткой выборке по элементам антенной решетки. Приводятся результаты модельного исследования получившихся зависимостей для антенных решеток различных конфигураций. Делается сравнение результатов по выходному отношению сигнал/помеха по слабым сигналам с классическим неадаптивным алгоритмом Бартлетта. Предлагается метод устранения потери по обнаружению слабых источников путем использования спектрального разложения матрицы, участвующей при построении ортогонального проектора.

Рассмотрена двухканальная система приема шумового сигнала, имеющая в каждом канале разные частотные фильтры. С использованием такой двухканальной системы можно реализовать два способа определения расстояния. Первый способ может быть выполнен, когда параметры фильтров двух каналов могут перестраиваться по частотной шкале, а, следовательно, и по расстоянию. Второй способ определения расстояния может быть выполнен, когда параметры фильтров двух каналов зафиксированы. В первом случае расстояние до источника определяется при равенстве выходных отношений сигнала к помехе в двух каналах. Во втором — расчетным путем по соотношению выходных отношений сигналов к помехе. Получено аналитическое описание двухчастотного метода определения расстояния до источника шумового сигнала в двух вариантах: при применении оптимальных фильтров и при применении фильтров с ограниченной частотной полосой. Проведены расчеты для количественного сопоставления и оценки применимости полосовых фильтров. Показано, что двухканальная система с полосовыми фильтрами не имеет симметричных выходных характеристик относительно центра расстояний, определяемого как среднее геометрическое значение расстояний настройки двух фильтров. Эффективность метода будет различной для условий нахождения источника сигнала по расстоянию до или после центра расстояний. Показано, что в рассматриваемой двухканальной системе метод определения расстояния по способу перестройки параметров фильтров по частоте не может быть реализован аналогично тому, как это происходит при использовании оптимальных фильтров. Полученные в работе функциональные зависимости обеспечивают возможность дальнейшего развития двухчастотного метода определения расстояния до источника шумового сигнала с использованием полосовых фильтров применительно к условиям реальных помех.

Выполнено численное исследование интерференционной структуры низкочастотных гидроакустических полей в мелком море, возбуждаемых сосредоточенными направленными источниками сигналов. Исследование выполнено в предположении, что амплитудно-фазовые распределения в вертикальной и горизонтальной плоскости, формируемые в волноводе протяженными объемными реальными источниками, могут быть образованы системой локальных источников в виде суперпозиции сосредоточенных в одной точке монополя и различным образом ориентированных трех диполей и пяти квадруполей. Расчеты выполнены для анализа гидроакустических полей в ближней и дальней зоне, для различных частот, глубин расположения источников и приемников. Установлено, что структура полей на расстояниях менее и более 1–2 глубин волновода существенно различается. Показано, что снижение интенсивности полей, образованных монополем, горизонтальными диполями и горизонтально ориентированными квадруполями происходит заметно медленнее при увеличении расстояния, чем снижение сигналов от вертикальных диполей или вертикально ориентированных квадруполей. Показано также, что сигналы от источников или принятые приемниками, расположенными на малых глубинах или в придонной области, убывают существенно быстрее, чем интенсивности полей в случае расположения приемников и излучателей вблизи эквивалентной середины волновода. Рекомендуется выполнять измерения характеристик полей от малошумных источников векторно-скалярными приемниками или антеннами в зонах интерференционных максимумов сигналов и в серединной части волновода. Рекомендуется при прогнозе приведенных значений шумности и обработке экспериментальных данных учитывать передаточные функции волновода, полученные в результате акустической калибровки моделей грунта в районе работ. 

Приводится обзор современных зарубежных и отечественных микробиотестов для контроля воздействия вредных факторов на гидросферу, в которых применяются организмы малых размеров и малые объемы проб. Обсуждаются проблемы замещения биотестов на рыбах и растениях более экономичными микробиотестами. Демонстрируются области применения микробиотестов для экотоксикологического контроля природных вод. Рассматриваются тесты с объектами разных филогенетических уровней и разными методами контроля их реакции. Их многообразие позволяет охватить контролем разные объекты гидросферы и разные виды вредных факторов: пестициды, тяжелые металлы, нефть, детергенты и др. Обращается внимание на идентификацию вредных загрязнений и выявление характера воздействия вредных факторов по результатам биотестирования и методам биоаналитики: острую токсичность, хроническую, токсичность, фитотоксичность, генотоксичность, эмбриотоксичность и др. Описания микробиотестов поясняются схемами, показывающими принцип решения задачи обнаружения вредных факторов в природных водах. Кратко рассмотрены вопросы биотехнологий и их влияния на результаты тестирования природных вод. В обзоре поддерживается экологизация биотестов и делается вывод, что микробиотесты должны дополнять, а не заменять биотесты. Обзор охватывает литературу от начала 1990-х гг. до 2013 г.

Хельсинкский университет Физический факультет Отделение атмосферных наук
Пресс-релиз 20.02.2015