Этап 2022–2023 (продление)

1. Натурные эксперименты экспериментальной кампании второго этапа проводились в акватории Горьковского водохранилища летом и осенью 2022 года. Экспериментальная кампания состояла из двух серий различных натурных экспериментов. Целью первой серии экспериментов являлось изучение трансформации сликовых структур в поле приповерхностных течений. Целью второй серии экспериментов являлось восстановление полей течений во внутреннем водоёме по последовательным спутниковым изображениям с одновременной регистрацией течений и ветра в ходе натурных подспутниковых измерений (валидация). В ходе исследований были получены новые данные натурных наблюдений трансформации сликов различной природы, включая области интенсивного цветения фитопланктона, в поле приповерхностных течений. Впервые для небольших внутренних водоемов (на примере Горьковского водохранилища) были восстановлены поля течений по смещению фитопланктона на последовательных спутниковых изображениях различных космических сканеров цвета высокого разрешения методом максимальной взаимной корреляции (МСС). На участке судового трека, соответствующего интервалу между пролётами спутников, было получено хорошее согласие между течениями, полученными методом МСС и ADCP измерениями. Для участков, где наблюдались расхождения в результатах, были предложены объяснения этих расхождений.

2. Проведён поиск и анализ спутниковых изображений морской поверхности в микроволновом и оптическом диапазонах, содержащих проявления нефтяных сипов, в том числе в районах регулярного наблюдения внутренних волн. В качестве такого района было выбрано западное побережье Африки в районе устья реки Конго (восточная часть Атлантического океана). Данная область характеризуется регулярным проявлением внутренних волн и нефтяных загрязнений как антропогенного (корабельные сбросы), так и естественного (нефтяные сипы) происхождения. Изображения, по возможности, были дополнены сопутствующей гидрометеорологической информацией. Проведена предварительная обработка изображений, в ходе которой были сопоставлены деформированные участки полосовых структур от сипов на морской поверхности, находящиеся в поле внутренних волн, с продольными разрезами изображений по интенсивности, отвечающими характеристикам внутренних волн. База данных использовалась в работе по другим пунктам плана и при подготовке публикаций.

3. Проанализированы результаты проведённого ранее натурного эксперимента по наблюдению трансформации искусственной сликовой полосы (ИСП) в поле течений цуга внутренних волн (ВВ) и проведено численное моделирование, позволившее выявить характерные особенности проявления ВВ в структуре сликовых полос. На основании результатов эксперимента и численного моделирования показана принципиальная возможность решения обратной задачи – определения параметров ВВ, прошедших через сликовые полосы на оптических или радиолокационных изображениях морской поверхности. Показано, что наличие характерных особенностей формы деформированного участка ИСП, возникающих за счёт продемонстрированного в ходе моделирования «эффекта памяти» и «эффекта захвата» может свидетельствовать о прохождении ВВ и позволяет оценить характеристики ВВ.

4. Проведены серии новых лабораторных экспериментов по исследованию тонкой структуры течений в толще воды под областью разреженной плёнки. В реальных морских условиях такие течения могут приводить к возникновению на границах сликов гребенчатых структур, наблюдаемых с наветренной стороны. Показано, что модуляция амплитуды ветровой волны при отсутствии накачки может приводить к хаотизации течений в области «разреженной» плёнки на границе слика, что в свою очередь может привести к разрушению гребенчатой структуры. Получено описание возможных поверхностных течений в зависимости от характера волнения, набегающего на границу сликовой структуры.

5. Работы по исследованию кинематики сликовой полосы в поле вихревых течений велись по трём различным направлениям: аналитические исследования поведения линий тока в окрестности найденной второй особой точки типа «седло», наблюдение спиральных структур по последовательным спутниковым изображениям, наблюдение внутренних волн в структуре сликовых полос. Были продемонстрированы различные эффекты при наблюдении спиральных структур и восстановленных по изображениям полям течений. Теоретические выводы нашли своё подтверждение на серии полей скорости, полученных по последовательным изображениям реальных вихревых структур и изображениям проявления внутренних волн.

6. На основании данных серий натурных экспериментов и анализа материалов, полученных в ходе выполнения проекта, развит новый подход к оценке скорости течения в толще моря. Методика основана на измерении скорости течения в приповерхностном слое микроволновым радиолокатором, а затем в определении разницы скорости в приповерхностном слое и ветровой компоненты, увеличивающейся с глубиной. Скорость приповерхностного течения (СПТ) в слое порядка длины волны падающего излучения определялась по величине центроида доплеровского спектра брэгговской компоненты. Установлено, что изменчивость скорости течения в толще при постоянной скорости ветра может быть оценена по изменению СПТ. Показано, что скорость в приповерхностном слое равна векторной сумме скорости течения на глубине 1 м и ветровой составляющей равной 1–3% от скорости ветра. Конкретное значение отношения ветровой составляющей (разности СПТ и скорости в толще) и скорости ветра определяется, в частности, инерционностью скорости течения в толще при изменении ветра.