Сотрудниками лаборатории физико-химических процессов и динамики поверхности океана Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), совместно МГТУ им. Н. Э. Баумана, изучены возможности применения дистанционных лазерно-оптических методов для исследования глубинных гидродинамических процессов в океане (вихрей, течений, внутренних волн) и разработана соответствующая аппаратура. Исследования этих процессов помогают в судоходстве, рыболовстве, постройке дамб, плотин, подводных трубопроводов и др. Гидродинамические процессы, происходящие в толще моря могут изменять состояние морской поверхности и приповерхностных слоев морской среды и атмосферы, регистрация которых может быть выполнена дистанционным образом. Результаты опубликованы в сборнике Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences издательства Springer Nature (Nosov et al., 2023).

В качестве дистанционных методов исследования нестационарных гидродинамических процессов масштаба сотни метров-десятки км и «временем жизни» порядка нескольких часов были использованы: 1) для морской поверхности – метод сканирования лазерного луча по морской поверхности; 2) для приповерхностных слоев морской воды – метод измерения яркости моря на определенных длинах волн; 3) для приводной атмосферы – метод рассеяния лазерного луча на аэрозолях. На основе этих трех методов в ГЕОХИ РАН созданы макеты судового размещения: 1) сканирующего лазерного локатора, 2) фотометра яркости моря и 3) аэрозольного лидара. Первые два макета также созданы в варианте работы с борта самолета.

В морских условиях в качестве модельных гидродинамических процессов было использовано возмущение морской среды двигающимися судами водоизмещением 400 т и 2000 т. Анализ статистических характеристик сигналов, полученных при движении судов, показал, что в районе существования гидродинамических процессов наблюдались изменения статистики сигналов всех трех макетов по сравнению с сигналами вне области следа при «возрасте следа» до 40 минут для большого судна. Для выделения аномальных сигналов от участков акватории, на которых гидродинамические процессы оказали наибольшее воздействие, разработаны алгоритмы и программы для обработки сигналов на основе статистических методов анализа: алгоритм анализа изменения эмпирического корреляционного отношения (Рис. 1) и алгоритм сравнения значений статистики ранговых сумм, сравнивающий параметры сигналов всех трех макетов при пересечении следа судна с сигналами на фоновых участках трассы (Рис. 2).

Размещение макетов аппаратуры на самолете позволяет выполнять исследования нестационарных гидродинамических процессов оперативным образом - в заданной акватории и в заданное время.

Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: ГЕОХИ РАН.