Сотрудниками лаборатории физико-химических процессов и динамики поверхности океана Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) и МГТУ им. Н. Э. Баумана на примере следа судна выполнено исследование возможностей цифровой фотографии по регистрации из космоса с борта МКС различных гидродинамических процессов в океане (вихрей, течений, внутренних волн). Также проведены лабораторные исследования модельных возмущений аэрозолей над водной поверхностью и изучена возможность использования методов машинного обучения для понимания гидродинамических процессов, происходящих в глубине. Исследования этих процессов помогают в судоходстве, рыболовстве, постройке дамб, плотин, подводных трубопроводов и др. Результаты опубликованы в юбилейном сборнике Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences издательства Springer Nature (Nosov et al., 2022).

Для понимания процессов влияния гидродинамических процессов на приповерхностный аэрозоль выполнены лабораторные модельные исследования с использованием метода рассеяния лазерного излучения. Исследования выполнены с препятствием, гребными винтами, течением. Обнаружено, что данные гидродинамические источники возмущения изменяют дисперсный состав приводного аэрозоля, что, вероятно, связано с особенностями разрушения пузырьков воздуха при их всплытии через двигающиеся приповерхностные слои водной поверхности. Полученные результаты создают основу для построения теоретических моделей образования аэрозолей под воздействием гидродинамических процессов.

Влияние на морскую поверхность гидродинамических процессов в виде возмущения морской среды корпусом судна изучено путем фотографирования морской поверхности с борта международной космической станции (МКС). Для обработки космических снимков разработаны алгоритмы обнаружения слабоконтрастного следа судна на снимках морской поверхности. Один из алгоритмов основан на сравнении корреляционной картины изменений интенсивностей цветов (R,G,B) на различных участках снимка. На рисунках 1(а) и 1(б) представлены исходный снимок и снимок, обработанный указанным алгоритмом. Четко выделяется след судна.

С учетом того, что на морскую поверхность, кроме глубинных гидродинамических процессов, влияет еще много других факторов (ветер, течения, пленки и др.) представляет интерес использование методов машинного обучения для исследования гидродинамических процессов. Проведенные лабораторные эксперименты, в которых измерялся угол наклона водной поверхности, позволили восстановить значения глубины и скорости движущихся в толще воды цилиндра, шара и эллипсоида с погрешностью в пределах 7 %. Применение этого подхода в море позволят строить более точные модели глубинных гидродинамических процессов.

Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: ГЕОХИ РАН.