Этап 2019–2020

1. Продолжены начатые на первом этапе выполнения проекта лабораторные эксперименты по исследованию компрессии плёнок поверхностно-активных веществ (ПАВ) течениями, индуцированными поверхностными волнами, распространяющимися навстречу друг другу. В ходе экспериментов получены новые данные по компрессии плёнок в поле течений, построены уточнённые зависимости ширины области, занятой плёнкой ПАВ от характеристик волн, при различных концентрациях плёнки. Исследовано стационарное распределение плёнки, связанное с её сжатием волновым дрейфом, получены экспериментальные зависимости и оценены характеристики вихревых движений в разреженной плёнке на поверхности воды. Полученные данные использованы для развития самосогласованной модели компрессии плёнок в поле поверхностных волн.

2. Развита модель для описания самосогласованного распределения ПАВ в плёнке, сжимаемой гравитационно-капиллярными волнами конечной амплитуды. Модель основана на балансе индуцированных волнами поверхностных напряжений и градиента коэффициента поверхностного натяжения (КПН), в свою очередь зависящего от характеристик волн в области плёнки. Рассчитаны стационарные распределения КПН для модельной плёнки олеиновой кислоты, качественно описывающие экспериментально наблюдаемый эффект сжатия плёнки волнами.

3. В ходе лабораторных экспериментов в кольцевом ветроволновом бассейне с использованием высокоскоростной съёмки взволнованной водной поверхности экспериментально подтверждено существование разных типов волн: свободных и вынужденных. Измерены длины и скорости мелкомасштабных волн различных типов.
Получены зависимости спектральной интенсивности ряби миллиметрового диапазона от характеристик волн см-дм-диапазонов при различных скоростях ветра и волновых разгонах. Показано, что увеличение скорости ветра, а также увеличение разгона, приводит к увеличению среднего значения и вариаций скоростей рассеивателей. Изучена трансформация ряби в присутствии плёнок ПАВ с различной упругостью. Получено, что гашение паразитной капиллярной ряби определяется упругостью плёнки, скоростью ветра и слабо зависит от разгона волн.

4. В ходе натурных экспериментов получен значительный объём данных по структуре течений и характеристикам полосовых сликовых структур, распространяющихся в поле поверхностных течений и приводного ветра. Получены новые данные по наблюдениям динамики сликовых образований в поле неоднородных течений, в частности, субмезомасштабных вихрей и внутренних волн (ВВ) в прибрежной зоне Черного моря. Показано, что в случае близости фазовой скорости ВВ к скорости дрейфа на поверхности сликовые полосы располагаются над задними склонами ВВ. Дана теоретическая интерпретация данного результата. На основе результатов обработки последовательных спутниковых радиолокационных (РЛ) изображений сликовых структур восстановлены поля поверхностных течений. Получено, что структура восстановленных течений частично согласуется с геометрией плёночных структур, и форма сликов маркирует линии тока течений. Однако наблюдаются области, где векторы скорости течений не согласуются с линиями тока и направлены под достаточно большим углом к сликовым нитевидным структурам. Анализ дивергенции полей течений также показал их частичное соответствие с геометрией плёночных структур.

5. В ходе теоретического анализа показано, что минимальные размеры плёночного слика, видимого на оптических изображениях поверхности, определяемые флуктуациями яркости поверхности, растут с увеличением угла наблюдения. Были проанализированы возможности детектирования нефтяных сликов по их мультиспектральным изображениям в ультрафиолетовом (УФ), видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах. Показано, что использование интерференционной картины в плёночном слике в видимом диапазоне может быть эффективно для оперативного обнаружения загрязнения. Исследована возможность наблюдения плёночного слика на спутниковых РЛ изображениях на фоне флуктуаций интенсивности (спекл-шума). Определена связь минимального размера видимого плёночного слика и характеристик плёнки, образующей этот слик. Рассчитано влияние времени усреднения на величину доплеровского сдвига РЛ сигнала и показано, что конечное время усреднения в большей степени влияет на средний доплеровский сдвиг при отражении от поверхности, покрытой плёнкой, чем при отражении от чистой поверхности воды, что может маскировать изменение скорости рассеивателей в слике за счёт изменения соотношения вкладов свободных и вынужденных волн в интенсивность сигналов. Показано, что при устранении спекл-шума на РЛ изображениях морской поверхности радиолокаторов с синтезированной апертурой, увеличивается минимальный размер обнаруживаемого слика, однако, при обработке временной серией РЛ изображений, полученных навигационной РЛ станцией, удаётся сохранить пространственное разрешение и снизить сильные флуктуации на изображении.
На основании численного моделирования и аналитически исследовано поведение сликовых структур в поле субмезомасштабных вихрей. Показано, что при достижении скоростью ветра некоторого порогового значения спиральная сликовая структура в поле морского вихря не формируется, а центр спиральной сликовой структуры не совпадает с центром вихря, и разница их положений может достигать величины масштаба вихря. Впервые продемонстрировано, что даже незначительное изменение скорости ветра при фиксированных параметрах субмезомасштабного вихря может существенно изменять масштабы спиральной сликовой структуры на изображениях.

При подготовке настоящего отчёта были максимально устранены замечания экспертов, сделанные по отчёту предыдущего этапа выполнения проекта.