WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Раздел 5.7 посвящен исследованию модуляции ветровой ряби длинными волнами в сликах. Вначале дано краткое введение в проблему радиолокационной модуляционной передаточной функции (МПФ), перечислены основные рассматривавшиеся ранее механизмы модуляции радиолокационных сигналов в поле длинных волн. В разделе 5.7.1 приведены основные определения и соотношения для МПФ и доплеровских сдвигов радиолокационных сигналов. Показано различие между величинами доплеровских сдвигов, определяемых по среднему спектру мощности радиолокационного сигнала и получаемых как средние сдвиги в мгновенном спектре, установлено, что разница между этими сдвигами определяется величиной МПФ. В разделе 5.7.2 представлены результаты натурных исследований модуляции интенсивности радиолокационных сигналов под действием длинных волн в присутствии пленок ПАВ, из которых следует, что величина МПФ для сигналов Ка- и Х- диапазонов существенно (в 5-7 раз) возрастает в области пленочных сликов (рис. 9).

Рис. 9. Модуль МПФ в сликах (темные точки) и для чистой воды.

Эффект подтверждается и увеличением в сликах разности доплеровского сдвига среднего спектра и среднего значения сдвига мгновенного спектра. Расчеты МПФ с учетом радиолокационной “геометрической” и гидродинамической модуляции (для последней учтены механизмы кинематический, пленочный и модуляция ветрового инкремента) не позволяют объяснить результаты эксперимента, сделан вывод о связи эффекта усиления модуляция в сликах с увеличением относительной интенсивности паразитной ряби в сликах и ее каскадной модуляцией в поле длинных волн. Раздел 5.7.3 посвящен лабораторному исследованию сильной модуляции мощности сигналов радиолокатора под действием длинных волн в присутствии пленок ПАВ. Получено, что МПФ, в зависимости от режима волнения, либо возрастает с ростом концентрации ПАВ, либо эффект усиления отсутствует. Как и в разделе 5.7.2 расчеты модуляции в рамках трех механизмов не позволили объяснить измеренные величины МПФ. На основе результатов измерений доплеровских сдвигов (см. раздел 5.4.1) сделан вывод о том, что эффект возрастания МПФ с ростом концентрации ПАВ наблюдается в тех случаях, когда возрастает относительная интенсивность паразитной ряби в спектре ГКВ, что подтверждает предложенный в разделе 5.7.2 механизм роста МПФ в пленочных сликах. В разделе 5.8 резюмируются основные результаты главы 5, опубликованные в работах [13*, 19*, 26*, 28*, 30*, 31*, 36*-38*, 42*-44*, 47*, 49*-53*, 55*-58*, 60* - 64*].

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

  1. Дано теоретическое объяснение механизма резонансного затухания ГКВ в присутствии упругой пленки. Показано, что коэффициент затухания ГКВ определяется интенсивностью вихревой компоненты ГКВ, которая может быть описана как вынужденная продольная волна, возбуждаемая потенциальной компонентой ГКВ. Интенсивность вынужденной продольной волны и коэффициент затухания ГКВ максимальны при величине параметра упругости пленки, отвечающей условию близости фазовых скоростей продольной волны и ГКВ.
  2. Предложен лабораторный метод измерения коэффициента затухания ГКВ, основанный на эффекте параметрического возбуждения ГКВ в вертикально осциллирующем бассейне. По результатам измерений коэффициента затухания ГКВ восстановлены величины динамической упругости пленок ряда ПАВ, использованных в экспериментах с искусственными сликами, а также упругости морских пленок.
  3. С использованием разработанных методик взятия образцов пленок с морской поверхности исследованы упругие свойства морских пленок, обнаружены эффект релаксации ПАВ и упругий гистерезис в пленках, последний, согласно результатам лабораторного моделирования, связан с неоднородностью макроскопической структуры пленок. Получено, что величины статической и динамической упругости пленок в сликах на морской поверхности достигают величин порядка 20-40 мН/м, а вне сликов не превышают нескольких мН/м.
  4. В натурных экспериментах с использованием дистанционных методов измерений ветровых волн установлены основные особенности воздействия пленок на ГКВ различных спектральных диапазонов: рост степени гашения волн (контраста) с уменьшением длины ГКВ и с ростом упругости пленки, наличие максимума контраста в см-диапазоне ГКВ при слабом ветре (1 м/с) и в мм-диапазоне при умеренном ветре. Обнаружен эффект усиления ГКВ дм-диапазона в пленочных сликах. Предложен физический механизм эффекта усиления, связанный с изменением в слике коэффициента затухания дм-волн из-за модуляции волн см-диапазона. Развита модель изменчивости спектров коротких ГКВ в пленочных сликах; полученные особенности контраста предложено использовать как спектральный признак пленочных сликов при их радиолокационной диагностике.
  5. Теоретически показана возможность образования «пленочного предвестника» (ненулевых вариаций концентрации ПАВ перед цугом внутренних волн (ВВ) в присутствии постоянного поверхностного течения, скорость которого превышает групповую скорость ВВ.

    Показано, что модуляция концентрации ПАВ усиливается при приближении скорости течения к фазовой скорости ВВ (условие резо­нанса). В лабораторном эксперименте дано подтверждение эффекта сильной модуляции ПАВ в поле ВВ при наличии резонансного течения.

  6. В условиях лабораторного эксперимента выявлены основные особенности кинематического механизма модуляции периодических и ветровых ГКВ под действием ВВ, показан резонансный характер модуляции как в гравитационной, так и в капиллярной области частот ГКВ, развита теоретическая модель, показано хорошее согласие теории и эксперимента.
  7. В условиях комплексных натурных экспериментов дано подтверждение действия пленочного механизма воздействия ВВ на ветровые ГКВ, связанного с модуляцией концентрации ПАВ и соответствующими вариациями интенсивности ветровых ГКВ см-диапазона в поле ВВ, а также подтверждение совместных проявлений пленочного и кинематического механизмов модуляции ветровых ГКВ внутренней волной, получено согласие результатов экспериментов с теорией. Обнаружены различные типы радиоизображений коротких ВВ в виде полос с вариациями яркости разного знака, а также проявления длинных приливных ВВ на радиолокационных изображениях океанского шельфа, выявлен эффект трансформации одного типа изображения коротких ВВ в другой при изменении их положения относительно фазы приливной ВВ, дана интерпретация различных типов изображений ВВ на основе кинематического и пленочного механизмов и изменения инкремента ветровых ГКВ в поле ВВ.
  8. Обнаружены проявления неоднородных течений на морской поверхности в виде системы “слик-сулой”, характеризуемой сильным квазиизотропным гашением см-волн пленкой ПАВ в слике (пленочный механизм) и анизотропным усилением дм-волн в области градиента течения в сулое (кинематический механизм). Обнаружены слики, обусловленные перераспределением ПАВ в поле дрейфовых течений, связанных с монотонным и осциллирующим ветровыми фронтами.
  9. В условиях лабораторного эксперимента исследованы характеристики паразитной капиллярной ряби, возбуждаемой крутыми ГКВ см-дм-диапазонов, установлены квазистационарность ряби, ее характерные длины и пороговый характер зависимости крутизны ряби от крутизны несущих ГКВ; получены гистограммы кривизны ветровых ГКВ и показана их асимметрия, обусловленная асимметрией профиля крутых ГКВ и наличием паразитной ряби. На основе результатов радиолокационных и оптических измерений показано, что фазовые скорости ветровых ГКВ см-мм-диапазонов не удовлетворяют дисперсионному уравнению линейных ГКВ из-за присутствия в спектре ветровых волн вынужденных компонент (в т.ч. паразитной ряби), получены оценки относительной интенсивности вынужденных волн на чистой воде и при наличии пленок ПАВ.
  10. Обнаружен в натурном эксперименте и промоделирован в лабораторных условиях эффект изменения доплеровского сдвига частоты радиолокационных сигналов и соответствующее изменение эффективной фазовой скорости ГКВ мм-диапазона в присутствии пленки ПАВ. Получено, что знак и величина изменения доплеровского сдвига существенно зависят от величины упругости пленки. Дано физическое объяснение явления, основанное на различиях в степени гашения пленкой свободных и вынужденных компонент ветровых ГКВ.
  11. В лабораторном эксперименте обнаружен эффект сильной (каскадной) модуляции интенсивности паразитной капиллярной ряби в поле внутренней волны. Показано, что коэффициент модуляции ряби в несколько раз превышает коэффициент модуляции ГКВ дм-см-диапазонов. Дано подтверждение действия механизма каскадной модуляции в натурном эксперименте. Обнаружен эффект усиления модуляции интенсивности радиолокационного сигнала мм-диапазона в поле длинных поверхностных волн в присутствии пленки ПАВ, показано, что коэффициент модуляции в пленочных сликах возрастает в 5-7 раз. Выполнено лабораторное исследование эффекта, показано, что усиление модуляции связано с каскадной модуляцией паразитной ряби и сильным гашением пленкой свободных ГКВ мм-диапазона.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. Бондур В.Г. Аэрокосмические методы в современной океанологии. Новые идеи в океанологии. Т.1. Физика. Химия. Биология. М: Наука. 2004. С. 55-117.
  2. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сб. научных статей (ред. Е.А. Лупян, О.Ю. Лаврова). М: “Азбука-2000”. 2006. Вып. 3. Т.1. 373 с. Т.2. 388 с.
  3. Филлипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. Л: Гидрометеоиздат. 1980. 320 с.
  4. Ле Блон П., Майсек Л. Волны в океане. Т.2. М.: “Мир”. 1981. 366 с.
  5. Пелиновский Е.Н. Линейная теория установления и изменчивости ветрового волнения при слабом ветре. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1978. Т.14. № 11. C.1167-1176.
  6. Захаров В.Е., Заславский М.М.
    Кинетическое уравнение и колмогоровские спектры в теории слабой турбулентности ветровых волн. Изв.АН СССР. Физика атмосферы и океана.1982. Т.18. С.747-753.
  7. Phillips O.M. Spectral and equilibrium properties of the equilibrium range in the wind-generated gravity waves. J. Fluid Mech. 1985. V.156. P. 505-531.
  8. Donelan M.A., Pierson W.J. Jr. Radar scattering and equilibrium ranges in wind-generated waves with application to scatterometry. J. Geophys. Res. 1987. V.92. P.4971-5029.
  9. Кудрявцев В.Н. Физическая модель спектра капиллярно-гравитационной ряби. Мор. гидрофиз. журн. 1996. №2. С. 3- 14.
  10. Монин А.С., Красицкий В.П. Явления на поверхности океана. Л.: Гидрометеоиздат. 1985. 375 с.
  11. Федоров К.Н., Гинзбург А.И. Приповерхностный слой океана. Л.: Гидрометеоиздат. 1988. 304 с.
  12. Приповерхностный слой океана. Физические процессы и дистанционное зондирование. Н.Новгород: ИПФ РАН. 1999. С. 9-34.
  13. Apel J.R., Byrne M., Proni J.R., Charnell R.L. Observations of oceanic internal and surface waves from the Earth Resourses Technology Satellite. J. Geophys. Res. 1975. V. 80. P. 865-881.
  14. Vesecky J.E., Stewart R.H. The observation of ocean surface phenomena using imagery from the SEASAT synthetic aperture radar. J. Geophys. Res. 1982. V.87 No.C5. P.3397-3430.
  15. Thompson D. R., Gasparovic R.F. Intensity modulation in SAR images of internal waves. Nature. 1986. V. 320. P.345-348.
  16. Alpers W. Measurement of mesoscale oceanic and atmospheric phenomena by ERS-1 SAR. The Radio Science Bulletin No. 275. 1995. P.14-22.
  17. Булатов М.Г., Кравцов Ю.А., Лаврова О.Ю. и др. Физические механизмы формирования аэрокосмических радиолокационных изображений океана. УФН. 2003. Т.173. № 1. С. 69-87.
  18. Sabinin K., Serebryany A. Intense short-period internal waves in the ocean. J. Marine Res. 2005. V.63. P.227-261.
  19. Scott J.C., Thomas N.H. Sea surface slicks - surface chemistry and hydrodynamics in radar remote sensing. “Wind-over-wave couplings. Perspectives and prospects”. Clarendon Press, Oxford. 1999. P.221-229.
  20. Marine surface films. Springer. 2006. 341 p.
  21. Alpers W, Huehnerfuss H. The damping of ocean waves by surface films: A new look at an old problem. J. Geophys. Res. 1989.V.94. No.C5. P.6251-6266.
  22. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. Физматгиз. 1959. 699с.
  23. Lucassen-Reynders E.N., Lucassen J. Properties of capillary waves. J.Adv.Coll.Int.Sci. 1969. V.2. P.347-395
  24. Scott J.C. Oil slicks still the waves. Nature. 1989. V. 340.P. 601-602.
  25. Alpers W, Huehnerfuss H. Radar signatures of oil films floating on the sea surface and the Marangoni effect. J. Geophys. Res. 1988. V.93. No. C4. P. 3642-3648.
  26. Onstott R., Rufenach C. Shipboard active and passive microwave measurement of ocean surface slicks off the Southern Californian coast. J. Geophys. Res. 1992. V. 97. p. 5315-5323.
  27. Fingas M., and Brown C. Remote sensing of oil spills. Infrared&visible cameras, laser fluorosensor, radar satellite sensors, ancillary equipment utility. Sea Technology. 1997. V. 38. N.9. P.37-48.
  28. Vachon P.W., Borstad G.A., and Thomson R.E. Airborne SAR observations of mesoscale ocean features. Can. J. Remote Sens. 1992. V.18. P. 152-165.
  29. Ochadlick A.R., Cho P., Evans-Morgis J. Synthetic aperture radar observations of currents collocated with slicks. J. Geophys. Res. 1992. V.97. P. 5325-5330.
  30. Gade M., Alpers W., Huehnerfuss H., Masuko H., Kobayashi T. Imaging of biogenic and anthropogenic ocean surface films by the multifrequency/multipolarization SIR-C/X-SAR. J. Geophys.Res. 1998. V.103. No.C9. P. 18,851-18,866.
  31. Lyzenga D.R., Marmorino G.O. Measurements of surface currents using sequental synthetic aperture radar images of slick patterns near the edge of the Gulf Stream. J. Geophys. Res. 1998. V. 103. No. C9. P. 18769-18777.
  32. Козлов С.И., Пелиновский Е.Н., Талипова Т.Г. Динамика пленок поверхностно-активных веществ на морской поверхности при прохождении внутренних волн. Мор. гидрофиз. журн. 1987. N4. С.3-8.
  33. Пелиновский Е.Н., Козлов С.И., Талипова Т.Г. Динамика пленок поверхностно-активных веществ в поле неоднородных течений. Метеорология и гидрология. 1987. №1. С.84-89.
  34. Dysthe K. On surface renewal and sea slicks. in “Marine surface films”. Springer. 2006. P.65-74.
  35. Peltzer R.D., Griffin O.M., Barger W.D., Kaiser J.A.C. High resolution measurements of surface-active film redistribution in ship wakes. J. Geophys. Res. 1992. V. 97. No. C4. P. 5231-5252.
  36. Hughes B.A., Grant H.L, The effect of internal waves on surface wind waves. 1. Experimental measurements. Hughes B.A.
    Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»