О средней интенсивности поля и отдельных мод низкочастотного звукового сигнала в мелководном волноводе со статистически неровной донной границей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для низкочастотного звукового сигнала, распространяющегося в горизонтально-неоднородном волноводе мелкого моря, на основе статистического моделирования в рамках метода поперечных сечений исследовано влияние флуктуирующей границы раздела между водным слоем и жидкими донными осадками. Моделирование проведено для гидрологических условий, во многих ситуациях соответствующих мелководным зонам шельфа российских арктических морей. Особенностью этих акваторий является присутствие почти однородного водного слоя, лежащего на слабо консолидированных донных осадках с разнообразными характеристиками, в том числе с высокой степенью газонасыщенности. Изучена зависимость средней интенсивности звукового сигнала и составляющих его отдельных мод от параметров задачи: характерного масштаба флуктуаций границы раздела и импеданса этой границы, определяющего ее пропускающие свойства. Показано, что влияние флуктуаций батиметрии на среднюю интенсивность акустических мод имеет свои особенности по сравнению с влиянием случайных объемных неоднородностей скорости звука в водном слое и осадках, установленным ранее. Так, донные шероховатости относительно небольшого масштаба приводят в среднем к усилению затухания звукового сигнала при распространении в волноводе, причем это может происходить на сравнительно небольших расстояниях от источника. Увеличение отражательной способности неровной донной границы ослабляет эффект повышенного затухания звука так, что для типичных значений скорости звука в дне затухание на дистанциях 10–20 км от источника мало отличается от такового для невозмущенной горизонтальной границы.

Об авторах

О. Э. Гулин

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: gulinoe@poi.dvo.ru
Россия, Владивосток

И. О. Ярощук

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Email: gulinoe@poi.dvo.ru
Россия, Владивосток

Р. А. Коротченко

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Email: gulinoe@poi.dvo.ru
Россия, Владивосток

Список литературы

  1. Исакович M. A. Рассеяние волн от статистически шероховатой поверхности // Журн. эксп. теор. физ. 1952. Т. 23. C. 305–314.
  2. Тамойкин В. В., Фрайман A. A. О статистических свойствах поля, рассеянного шероховатой поверхностью // Изв. вузов: Радиофизика. 1968. Т. 11. С. 56–61. https://doi.org/10.1007/BF01033538
  3. Кравцов Ю. А., Фукс И. М., Шмелев А. Б. Последовательное применение метода Кирхгофа к задаче о рассеянии звуковой волны на поверхности со случайными неровностями // Изв. вузов: Радиофизика. 1971. Т. 14. С. 854–861. https://doi.org/10.1007/BF01033177
  4. Басс Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука, 1972.
  5. Бреховских Л. М., Лысанов Ю. П. Теоретические основы акустики океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1982.
  6. Ogilvy J. A. Wave scattering from rough surface // Rep. Prog. Phys. 1987. V. 50. P. 1553–1608.
  7. Darmon M., Dorval V., Baque F. Acoustic scattering models from rough surfaces: a brief review and recent advances // Appl. Sci. 2020. V. 10 (22), 8305. https://doi.org/10.3390/app10228305
  8. Ivakin A. N. A unified approach to volume and roughness scattering // J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 103. P. 827–837.
  9. Ivakin A. N. A full-field perturbation approach to scattering and reverbaration in range-dependent environments with rough interfaces // J. Acoust. Soc. Am. 2016. V. 140. P. 657–665. https://doi.org/10.1121/1.4959111
  10. Гулин О. Э. О векторных характеристиках в статистически неоднородных волноводах // Акуст. журн. 1984. Т. 30. № 4. С. 460–466.
  11. Бреховских Л. М., Годин О. А. Звуковые поля в слоистых и трехмерно-неоднородных средах. Акустика неоднородных сред. Т. 2. М.: Наука, 2009.
  12. Jensen F. B., Kuperman W. A., Porter M. B., Schmidt H. Computational Ocean Acoustics. Springer: New York, USA; Dordrecht, The Netherlands; Heildelberg, Germany; London, UK, 2011.
  13. Collins M. D. The adiabatic mode parabolic equation // J. Acoust. Soc. Am. 1993. V. 94. P. 2269–2278.
  14. Kuperman W. A., Schmidt H. Rough surface elastic wave scattering in a horizontally stratified ocean // J. Acoust. Soc. Am. 1986. V. 79. P. 1767–1777.
  15. Tracey B. H. and Schmidt H. Seismo-acoustic field statistics in shallow water // IEEE J. Ocean. Eng. 1997. V. 22, No. 2. P. 317–331.
  16. Stotts S. A., Knobles D. P. and Koch R. A. Scattering in a Pekeris waveguide from a rough bottom using a two-way coupled mode approach // J. Acoust. Soc. Am. 2011. V. 129, No. 5. EL172–178.
  17. Knobles D. P., Stotts S. A., Koch R. A. Low frequency coupled mode sound propagation over a continental shelf // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 113. P. 781–787.
  18. Ярощук И. О., Гулин О. Э. Метод статистического моделирования в задачах гидроакустики. Владивосток: Дальнаука, 2002.
  19. Gulin O. E., Yaroshchuk I. O. Simulation of underwater acoustical field fluctuations in shallow sea with random inhomogeneities of sound speed: depth-dependent environment // J. Comp. Acoust. 2014. V. 22, 1440002. https://doi.org/10.1142/S0218396X14400025
  20. Gulin O. E., Yaroshchuk I. O. Simulation of underwater acoustical field fluctuations in range-dependent random environment of shallow sea // J. Comp. Acoust. 2014. 22, 1440006. https://doi.org/10.1142/S0218396X14400062
  21. Zhu F., Gulin O.E., Yaroshchuk I.O. Statistical patterns of transmission losses of low-frequency sound in shallow sea waveguides with Gaussian and non-Gaussian fluctuations // Appl. Sci. 2019. V. 9 (9). P. 1841. https://doi.org/10.3390/app9091841
  22. Гулин О. Э., Ярощук И. О. Особенности энергетической структуры акустических полей в океане с двумерными случайными неоднородностями // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 2. С. 158–164. https://doi.org/10.7868/S0320791917020058
  23. Gulin O. E., Yaroshchuk I. O. On average losses of low-frequency sound in a two-dimensional shallow-water random waveguide // J. Mar. Sci. Eng. 2022. V. 10 (6). 822. https://doi.org/10.3390/jmse10060822
  24. Гулин О. Э., Ярощук И. О. Зависимость средней интенсивности низкочастотного акустического поля от параметров дна мелкого моря с объемными случайными неоднородностями водного слоя // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 2. С. 186–189. https://doi.org/10.7868/S0320791918020065
  25. Zhu F., Gulin O. E., Yaroshchuk I. O. Average intensity of low-frequency sound and its fluctuations in a shallow sea with a range-dependent random impedance of the liquid bottom // Appl. Sci. 2021. V. 11 (23). 11575.https://doi.org/10.3390/app112311575
  26. Гулин О. Э. Об уравнениях первого порядка для исследования акустических полей океана с существенными горизонтальными неоднородностями // Докл. Росс. Акад. наук. 2005. Т. 400. № 4. С. 542–545.
  27. Гулин О. Э. Причинные уравнения первого порядка для моделирования волновых полей в горизонтально-неоднородном океане // Акуст. журн. 2006. Т. 52. № 1. С. 23–29. https://doi.org/10.1134/S1063771006010039
  28. Гулин О. Э. К расчетам низкочастотных акустических полей в нерегулярных волноводах при наличии сильного обратного рассеяния // Акуст. журн. 2008. Т. 54. № 4. С. 575–586. https://doi.org/10.1134/S106377100804009X
  29. Гулин О. Э. Моделирование распространения низкочастотного звука в нерегулярном мелководном волноводе с жидким дном // Акуст. журн. 2010. Т. 56. № 5. С. 642–650. https://doi.org/10.1134/S1063771010050143
  30. Gulin O. E. The contribution of a lateral wave in simulating low-frequency sound fields in an irregular waveguide with a liquid bottom // Acoust. Phys. 2010. V. 56. No. 5. P. 613–622. https://doi.org/10.1134/S1063771010050027
  31. Tang X., Tappert F. D., Creamer D. B. Simulations of large acoustic scintillations in the Straits of Florida // J. Acoust. Soc. Am. 2006. V. 120. No. 6. P. 3539–3552. https://doi.org/10.1121/1.2372446.
  32. Яшин Д. С., Ким Б. И. Геохимические признаки нефтегазоносности Восточно-Арктического шельфа России // Геология нефти и газа. 2007. Т. 4. С. 25–29.
  33. Григорьев В. А., Петников В. Г., Росляков А. Г., Терехина Я. Е. Распространение звука в мелком море с неоднородным газонасыщенным дном // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 3. С. 342–358. https://doi.org/10.7868/S032079191803005X
  34. Григорьев В. А., Петников В. Г. О возможности представления акустического поля в мелком море в виде суммы нормальных мод и квазимод // Акуст. журн. 2016. Т. 62. № 6. С. 681–698. https://doi.org/10.7868/S0320791916050038
  35. Collins M. D., Westwood E. K. A higher-order energy-conserving parabolic equation for range-dependent ocean depth, sound speed, and density // J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 89 (3). P. 1068–1075.
  36. Рытов С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И. Основы статистической радиофизики. Т. 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978.
  37. Кляцкин В. И. Метод погружения в теории распространения волн. М.: Наука, 1986.
  38. Кляцкин В. И. Стохастические уравнения глазами физика. М.: Физматлит, 2001.
  39. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. М.: Физматлит, 1988.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024