Динамика гравитационно-капиллярных волн в океане в присутствии пленок поверхностно-активных веществ

Ермаков, Станислав Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Динамика гравитационно-капиллярных волн в океане в присутствии пленок поверхностно-активных веществ
ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Динамика гравитационно-капиллярных волн в океане в присутствии пленок поверхностно-активных веществ"

На правах рукописи

ЕРМАКОВ Станислав Александрович

ДИНАМИКА

ГРАВИТАЦИОННО-КАПИЛЛЯРНЫХ ВОЛН В ОКЕАНЕ В ПРИСУТСТВИИ ПЛЕНОК ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

25 00 29 - физика атмосферы и гидросферы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ООЗ168886

Нижний Новгород 2008

003168886

Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии наук, г Нижний Новгород

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук В Н Кудрявцев (Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию им Нансена, Российский государственный гидрометеорологический университет, г Санкт-Петербург),

доктор физико-математических наук А Г Костяной (Институт океанологии РАН, г Москва),

доктор физико-математических наук, профессор Н С Петрухин (Государственный университет "Высшая школа экономики", Нижегородский филиал, г Нижний Новгород)

Ведущая организация - Институт космических исследований Российской академии наук

Защита состоится 23 июня 2008 г в 14 00 час на заседании диссертационного совета Д 002 069 01 в Институте прикладной физики РАН по адресу 603950 Нижний Новгород, ГСП-120, ул Ульянова, 46

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Института прикладной физики РАН

Автореферат разослан мая 2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета к ф -м н

А И Малеханов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Эффективное освоение океана и, в частности, шельфовых зон в настоящее время основано на интенсивном использовании методов и средств дистанционного, прежде всего, аэрокосмического, зондирования морской поверхности и приповерхностных слоев океана и атмосферы (см , например, [1, 2] и приведенную там библиографию) Широкое развитие получили как активные (радиолокационные, лидарные), так и пассивные (СВЧ-радиометрия, оптические в условиях естественного освещения) средства дистанционной диагностики Весьма перспективными, в частности, являются используемые в последние десятилетия спутниковые системы получения изображения океана в инфракрасном и оптических диапазонах, а также радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА), позволяющие получать радиоизображения морской поверхности с высоким разрешением (порядка 10 метров) Данные приборы являются эффективными инструментами для решения практических задач навигации, строительства гидротехнических сооружений, диагностики антропогенных загрязнений, оценки состояния ледового покрова, а также для исследования динамических процессов в океане, последнее, в свою очередь, крайне важно для изучения общей циркуляции океана и построения моделей изменений климата

Важнейшим фактором, определяющим процессы рассеяния электромагнитных волн морской поверхностью, и, следовательно, характеристики сигналов оптических и радиолокационных систем зондирования океана, являются ветровые гравитационно-капиллярные волны (ГКВ) Перспективы развития дистанционных методов изучения океана определяются, поэтому, уровнем понимания процессов возбуждения, распространения и диссипации ГКВ в океане [3,4] и разработки соответствующих моделей их спектра [5-9] Для ветровых ГКВ характерна значительная изменчивость их характеристик, что содержит важнейшую информацию о динамических процессах в океане и атмосфере [10-12] Неоднородности интенсивности ветрового волнения, наблюдаемые на аэрокосмических изображениях поверхности океана [13-18] могут быть вызваны фронтальными зонами, внутренними волнами, океаническими и атмосферными вихрями и тд и существенно различаются как по своей геометрии, так и по характеру изменений интенсивности (наличие областей усиления, либо ослабления волнения)

ских сигналов, рассеянных морской поверхностью [19, 24-29], в частности, в появлении областей пониженной яркости на радиолокационных панорамах [28-30] Концентрация ПАВ перераспределяется в поле скоростей поверхностных течений, связанных с динамическими атмосферными и океаническими процессами, поэтому пленочные слики могут использоваться и в качестве индикаторов этих процессов [10, 12], и для получения количественной информации о характеристиках последних [29, 31] Анализ механизмов образования сликов на морской поверхности является, таким образом, весьма актуальной проблемой, связанной с возможностью получения информации о динамических процессах по данным спутниковых наблюдений океана

В зависимости от природы пленок (биогенные или антропогенные ПАВ) слики могут указывать на наличие зон высокой биологической продуктивности, либо зон загрязнений, в том числе, нефтяных Поэтому исследование воздействия пленок на ветровые ГКВ, наряду с задачей дистанционной диагностики динамических процессов, приобрело значительную актуальность и в связи с возможностью ведения экологического мониторинга океана из космоса [1] Весьма важным является также анализ роли пленок ПАВ в процессах тепло и газообмена на границе океан - атмосфера (см , например, [10, 20]) Наконец, изучение эффектов воздействия пленок на ветровые ГКВ представляет интерес и для исследования собственно динамики ветровых волн, поскольку использование пленок позволяет управлять процессами возбуждения, нелинейных взаимодействий и диссипации в спектре волнения

Важно заметить, что характер воздействия пленок на ветровые ГКВ существенно зависит как от физических свойств пленок, так и от длины волн, поэтому в основе методов дистанционной, в частности, радиолокационной диагностики пленок ПАВ должен лежать анализ изменчивости волнения в сликах в различных диапазонах спектра ГКВ При этом известные ранее данные об особенностях спектров волнения в пленочных сликах (см [19-21, 30] и цитированную литературу) были явно недостаточны для развития количественных методов такой диагностики Для решения данной задачи требовались систематические эксперименты, выполненные при различных метеоусловиях и, что весьма важно, для пленок с известными характеристиками (коэффициентом поверхностного натяжения и параметром упругости) При этом, вообще говоря, необходимо знание динамической упругости пленок, т е отвечающей диапазону частот исследуемых ГКВ, что требовало развития соответствующих методов измерения этого параметра

Что касается второй части проблемы - механизмов образования пленочных сликов на морской поверхности, то здесь имелись, в основном, результаты теоретических исследований (так, в [32-34] рассматривалось перераспределение концентрации ПАВ в поле неоднородных течений и внутренних волн), прямые же экспериментальные свидетельства связи пленоч-

пых сликов с процессами в океане и атмосфере практически отсутствовали (в качестве исключения можно упомянуть исследования формирования пленочных сликов в следах за надводными судами [35]) Важным аспектом проблемы проявления динамических процессов на морской поверхности, в т ч в присутствии пленок ПАВ, является анализ физических механизмов воздействия переменных течений на ветровые ГКВ в разных диапазонах их спектра Было установлено, в частности, что вариации спектра ветровых ГКВ дециметрового (дм) диапазона на переменных течениях в поле внутренних волн хорошо описывается кинематической моделью [36, 37], которая, однако, занижает уровни модуляции в спектре ГКВ с длинами менее 10 см и не позволяет объяснить сильные вариации интенсивности радиолокационных сигналов см-диапазона [38, 39] Весьма актуален, поэтому, анализ физических механизмов и разработка моделей, которые позволили бы объяснить сильную модуляцию ГКВ сантиметрового и миллиметрового (см-мм-) диапазонов в поле переменных течений Значительное развитие в настоящее время получила модель модуляции инкремента роста ветровых волн [40, 41] Другой механизм сильной модуляции ГКВ ("каскадный" механизм), отмеченный впервые в [36] и связанный с влиянием нелинейности ГКВ, которая проявляется в присутствии в спектре ветровых ГКВ так называемых вынужденных волн [42, 43], в частности, "паразитной капиллярной ряби" [44-47], оставался фактически неисследованным

Перечисленные выше проблемы явились причиной значительно возросшего в последние десятилетия интереса к свойствам морских пленок и к эффектам их воздействия на ветровое волнение, что и определило актуальность данной диссертационной работы

Цель и задачи исследования.

Основная цель настоящей работы - изучение механизмов воздействия пленок ПАВ на короткие ветровые волны, а также анализ роли пленок при формировании проявлений океанических и атмосферных процессов на взволнованной морской поверхности

Конкретные задачи работы

- развитие методов определения физических характеристик пленок ПАВ, изучение упругих свойств морских пленок,

- исследование спектров ветровых ГКВ в присутствии пленок ПАВ,

- изучение динамики пленок ПАВ и спектров ГКВ см-диапазона в поле внутренних волн и неоднородных течений, анализ механизмов образования пленочных сликов на морской поверхности,

- исследование механизмов сильной модуляции ветровых волн см-мм-диапазонов в поле переменных течений (внутренних и длинных поверхностных волн) при наличии пленок ПАВ

Научная новизна работы.

В работе впервые получены перечисленные ниже следующие результаты

1 Дано последовательное теоретическое объяснение механизма резонансного затухания ГКВ в присутствии упругой пленки

2 Предложен метод параметрически возбуждаемых волн для измерения коэффициента затухания ГКВ и восстановления параметров пленок, обнаружен ряд особенностей упругих свойств морских пленок, в частности, релаксация и упругий гистерезис, установлено, что для сликов на морской поверхности характерно присутствие пленок с высокой упругостью

3 Обнаружен эффект усиления волн дм-диапазона в присутствии пленки ПАВ, предложен физический механизм и модель явления, установлены основные закономерности гашения пленкой ветровых ГКВ см-мм-диапазона (в т ч наличие максимума степени гашения - контраста при слабом ветре в см-диапазоне и при умеренном ветре в мм-диапазоне), данные закономерности предложено использовать в качестве спектрального признака пленочных сликов при их многочастотном радиолокационном зондировании

4 Теоретически показана возможность образования «пленочного предвестника» перед цугом внутренних волн (ВВ) в присутствии постоянного поверхностного течения, скорость которого превышает групповую скорость ВВ, показано, что модуляция концентрации ПАВ возрастает при приближении скорости течения к фазовой скорости ВВ (условие резонанса)

5 В лабораторном эксперименте дано экспериментальное подтверждение эффекта сильной модуляции ПАВ в поле ВВ при наличии резонансного течения

6 В лабораторном эксперименте промоделирован кинематический механизм модуляции ГКВ в поле ВВ и показан резонансный характер модуляции ГКВ в гравитационной и в капиллярной области частот, развита теоретическая модель модуляции

7 Дано прямое подтверждение действия пленочного механизма модуляции ветровых ГКВ и образования пленочных сликов в поле ВВ

8 Обнаружены проявления приливных ВВ (длины волн 15-20 км) на радиолокационных изображениях океанского шельфа, предложена классификация различных типов радиоизображений коротких ВВ (длины волн 0,5-1 км), обнаружен эффект трансформации одного типа изображений коротких ВВ в другой в зависимости от положения коротких ВВ относительно фазы приливной ВВ, дана интерпретация различных типов радиоизображений ВВ

9 Обнаружены проявления неоднородных течений на морской поверхности в присутствии пленок ПАВ в виде системы "слик-сулой", характе-

ризуемой гашением см-волн пленкой в слике и усилением дм-волн в поле неоднородного течения в области сулоя

10 Обнаружены слики, обусловленные концентрацией ПАВ в поле монотонного и осциллирующего ветровых фронтов

11 В лабораторном эксперименте исследованы характеристики паразитной капиллярной ряби мм-диапазона, возбуждаемой крутыми ГКВ, установлен квазипороговый характер возбуждения ряби, построены гистограммы кривизны гребней и впадин ветровых ГКВ и показана их асимметрия из-за асимметрии профиля ГКВ и наличия паразитной ряби, обнаружено усиление этой асимметрии в присутствии пленки

12 На основе данных радиолокационных и оптических измерений, выполненных в ветроволновом бассейне, обнаружено отличие фазовых скоростей ветровых ГКВ см-мм-диапазонов от линейного дисперсионного уравнения и получены оценки относительной интенсивности вынужденных волн (в т ч паразитной ряби) в спектре ветровых см-мм-ГКВ на чистой воде и при наличии пленок ПАВ

13 В натурном эксперименте обнаружен эффект изменения доплеровского сдвига частоты радиолокационных сигналов при наличии пленки ПАВ и получено, что знак и величина изменения доплеровских сдвигов существенно зависят от величины параметра упругости пленки

14 В лабораторном эксперименте промоделирован механизм сильной (каскадной) модуляции паразитной капиллярной ряби в поле ВВ, даны подтверждения действия механизма каскадной модуляции в натурном эксперименте

15 Обнаружен эффект усиления модуляции интенсивности радиолокационного сигнала мм-диапазона в поле длинных поверхностных волн в присутствии пленки ПАВ, выполнено моделирование эффекта в ветроволновом бассейне и показано, что эффект связан с каскадной модуляцией паразитной ряби

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Коэффициент затухания ГКВ в присутствии пленки ПАВ определяется интенсивностью вихревой компоненты ГКВ, которую можно описать как вынужденную продольную волну, возбуждаемую потенциальной компонентой ГКВ Интенсивность вынужденной продольной волны максимальна при величине упругости пленки, отвечающей условию близости фазовых скоростей продольной волны и ГКВ, что позволяет объяснить квазирезонансный характер зависимости коэффициента затухания ГКВ от упругости Величины коэффициента затухания ГКВ и соответствующей упругости пленки могут быть определены на основе измерений порога параметрического возбуждения стоячих ГКВ в бассейне, совершающем вертикальные колебания (метод параметрически

возбуждаемых волн) Для сликов на морской поверхности - областей пониженной интенсивности коротких ветровых ГКВ, характерно наличие пленок ПАВ с высокой упругостью

2 Воздействие пленок ПАВ на ветровые ГКВ (в отсутствие переменных течений) характеризуется уменьшением интенсивности ГКВ в см-диапазоне их спектра, при этом степень гашения ГКВ (контраст) растет с ростом упругости пленки и с уменьшением длины волны и достигает максимума для ГКВ с длинами порядка и менее единиц см Для ГКВ дм-диапазона возможен эффект усиления волн в присутствии пленки Физическими механизмами воздействия пленок на ГКВ см-дм-диапазонов являются линейное вязкое затухание ГКВ, а также затухание дм-волн из-за взаимодействия с см-волнами Особенности зависимости контраста от длины ГКВ могут быть использованы как спектральный признак при радиолокационной диагностике пленок

3 Переменные течения формируют неоднородные распределения концентрации ПАВ и упругости пленок на морской поверхности, что приводит к образованию неоднородностей в распределении интенсивности коротких ветровых ГКВ (пленочный механизм воздействия переменных течений на ГКВ) Пленочный механизм может быть доминирующим для ГКВ см-диапазона и приводить к образованию сликов в поле различных динамических процессов - внутренних волн, конвергентных течений, неоднородностей поля ветра Пленочный механизм, наряду с известными кинематическим механизмом и механизмом модуляции инкремента ветровых ГКВ, позволяет объяснить особенности вариаций спектра ветровых ГКВ в поле переменных течений и проявления этих течений в радиолокационных изображениях морской поверхности

4 Сильная нелинейность ГКВ см-дм-диапазонов проявляется в присутствии в спектре волнения мм-диапазона вынужденных компонент (паразитной ряби) Фазовые скорости паразитной ряби соответствуют фазовым скоростям генерирующих их (несущих) ГКВ, а амплитуда ряби квазипороговым образом зависит от амплитуды несущих ГКВ Данные особенности вынужденных компонент ветровых ГКВ определяют механизмы сильной изменчивости спектра волн мм-диапазона каскадную модуляции ряби внутренними волнами, гашение пленкой ГКВ мм-диапазона, эффекты изменения доплеровских сдвигов частоты радиолокационных сигналов мм-диапазона, а также усиления модуляции радиолокационных сигналов из-за длинных волн в присутствии пленок ПАВ

Научная и практическая значимость работы.

Результаты, касающиеся влияния пленок на спектры ветровых ГКВ могут быть использованы при разработке алгоритмов и аппаратуры для обна-

ружения пленок на морской поверхности, оценке их характеристик и различения на фоне сликоподобных (в частности, ветровых) аномалий Обнаруженный эффект изменения в сликах доплеровских сдвигов частоты радиолокационных сигналов также можно использовать для целей дистанционной диагностики пленок, в частности, для уточнения величины их упругости Важную научную и практическую значимость имеет развитый в работе метод измерения затухания ГКВ и полученные с его помощью данные о характеристиках пленок, пленки с измеренными характеристиками могут использоваться как эталонные в экспериментах по дистанционной диагностике сликов, а также для целей калибровки дистанционной аппаратуры

Результаты исследований динамики пленок и изменчивости спектра ветровых ГКВ в поле переменных течений углубляют понимание механизмов образования сликов на морской поверхности и их связи с внутренними волнами, неоднородными течениями, ветровыми фронтами

Результаты, касающиеся механизма генерации паразитной капиллярной ряби, а также ее каскадной модуляции в поле внутренних и длинных поверхностных волн могут служить основой для совершенствования моделей ветрового волнения см-мм-диапазонов, что, в свою очередь, необходимо для развития методов дистанционного зондирования и интерпретации данных спутниковых наблюдений морской поверхности В частности, результаты по каскадной модуляции паразитной ряби можно использовать для более точного определения амплитуды длинных ветровых волн по данным измерений радиолокационной модуляционной передаточной функции

Полученные в диссертации результаты использовались в следующих исследовательских проектах, выполненных и выполняющихся под руководством автора в проектах Российского фонда фундаментальных исследований 93-05-08126-а (1993-1995 гг), 96-05-65087-а (1996-1998 гг), 99-05-64797-а (1999-200 гг), 01-05-79035-к (2001 г), 02-05-65102-а (2002-2004 гг), 03-05-79053-к (2003 г), 04-05-79015-к (2004 г), 05-05-64137-а (20052007 гг), 05-05-79045-к (2005 г), 06-05-79018-к (2006 г), 07-05-10030-к (2007 г), Международного научно-технического центра (МНТЦ PI774, 2000-2001 гг), INTAS (№96-1665 "Organic slicks on the sea surface and their remote sensing", 1997-1999 гг, №03-51-4987 "Slicks as Indicators of Marine Processes", 2004-2007 гг, №8014 "Bound waves dynamics and impact on remote sensing of the sea surface" 2006-200 гг), INTAS-GMES ("OSCSAR", "DeCOP", 2004-2005 гг), INTAS-ESA ("MOPED", "DEMOSSS", 2006-2008 гг), а также при участии автора в проектах CRDF - Grant Assistant Program RGO-655, ФЦНТП Миннауки РФ (Госконтракт N 40 020 1 1 1171), ФЦП Миннауки РФ "Мировой океан" (2003-2007 гг, госконтракт N 43 634 11 0014), ОФН РАН «Проблемы радиофизики» (2004-2006 гг), научной школы акад В И Таланова (2005-2007 гг)

Апробация результатов работы и публикации.

Основные результаты диссертации докладывались на международных конференциях

Генеральной океанографической ассамблее (Акапулько, Мексика, 1988), симпозиуме "Взаимодействие океана и атмосферы" (Марсель, Франция, 1993), II Европейской конференции по механике жидкости (Варшава, Польша, 1994), коллоквиуме Евромех №287 "Поверхностные слики и мониторинг взаимодействия между океаном и атмосферой" (Ворвик, Великобритания, 1997), международных симпозиумах по наукам о Земле и дистанционному зондированию - ЮАЯББ (Сиэтл, США, 1998, Гамбург, Германия, 1999, Гонолулу, США, 2000, Сидней, Австралия, 2001, Торонто, Канада,

2002), симпозиуме Европейского космического агентства "Совместное использование МЕШБ/АБАИ для наблюдения морских сликов и мелкомасштабных процессов" (Италия, 2003), международном симпозиуме "Тематические проблемы физики нелинейных волн" (Нижний Новгород, Россия,

2003), международном американско-балтийском симпозиуме (Клайпеда, Литва, 2004), Генеральных ассамблеях Европейского геофизического общества (Ницца, Франция, 2004, Вена, Австрия, 2006), международной конференции "Современные проблемы оптики естественных вод" (Нижний Новгород, Россия, 2007),

российских конференциях

Всероссийской юбилейной конференции РФФИ (Москва, 2002), юбилейной всероссийской научной конференции (10 лет РФФИ) "Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы" (Москва, 2002), школах по нелинейным волнам (Нижний Новгород, 2004, 2006), открытых всероссийских конференциях "Дистанционное зондирование Земли из космоса" (Москва, 2003, 2004, 2006), межведомственных конференциях "Проявления глубинных процессов на морской поверхности" (Н Новгород, 2003, 2005,2007), приглашеных семинарах

в Университете Гамбурга (Германия, август, 1990, февраль, 1991, апрель, 2004), в Университете Флоренции (Италия, апрель, 1993, ноябрь, 1998), в Университете Саутгемптона (Великобритания, июнь, 1995, декабрь, 2003), в Военно-морской исследовательской лаборатории (США, Вашингтон, июнь, 1998), в Технологическом центре Винфрича (Великобритания, июль, 1999), в Университете Лиссабона (Португалия, ноябрь, 2000, ноябрь, 2002), в Университете Порту (Португалия, ноябрь, 2000), в Университете Гейдельберга (Германия, январь, 2002), в Университете Осло (Норвегия, апрель, 2007), в ИКИ РАН (Москва, апрель, 2003), а также на семинарах в ИПФ РАН

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [Г- 64*], из них 20 статей в рецензируемых российских журналах, 12 статей в зарубеж-

ных рецензируемых журналах и изданиях, 22 работы в трудах конференций, 8 статей в тематических сборниках и 2 препринта

Личный вклад автора

Содержащиеся в диссертации материалы получены автором самостоятельно, либо под его руководством и при его непосредственном участии Автору принадлежат постановка задач, организация и руководство всеми натурными и лабораторными экспериментами, а также развитие теоретических моделей (при равном вкладе в работах [1*, 2*, 5*, 8*, 9*]) Автор принимал участие во всех экспериментах, анализе и обработке данных

Структура н объем работы.

Диссертация состоит из Введения, 5 глав и Заключения Общий объем -335с, в том числе 144 рисунка и 8 таблиц Список литературы включает 232 наименования

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи работы, новизна полученных результатов и положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации

Глава 1 посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию затухания ГКВ в присутствии упругой пленки, описанию предложенного для анализа характеристик пленок метода параметрически возбуждаемых волн, а также анализу упругих свойств пленок ряда ПАВ В разделе 1.1 обсуждаются выводы классической линейной теории затухания ГКВ в присутствии упругой пленки, кратко описаны экспериментальные исследования затухания ГКВ В разделе 1.2, являющимся в значительной мере методическим, рассмотрена линейная гидродинамическая теория затухания ГКВ на поверхности воды, покрытой упругой пленкой В разделе 121 дано описание свойств двух известных типов волн на поверхности вязкой жидкости, покрытой упругой пленкой - ГКВ (имеющих потенциальную и вихревую компоненты) и продольных чисто вихревых волн (ПВ), или волн Марангони Показано, что вихревую компоненту ГКВ можно формально описать уравнением для ПВ с внешней силой, определяемой потенциальной компонентой ГКВ Для амплитуды вихревой компоненты ГКВ - "вынужденной ПВ" получено выражение вида

ur=up k2gKk2M-k2g), (1)

где Ur и ир - комплексные амплитуды вихревой и потенциальной компонент орбитальной скорости ГКВ на поверхности, км и kg - волновые числа ПВ и ГКВ, определяемые выражениями км(сцЕ)=(и-1) (prj3/2E2)v2 и

со1 —gkg -ок*//з = 0, р, ст, т) - плотность, коэффициент поверхностного

натяжения (к п н) и динамическая вязкость жидкости, g - ускорение силы тяжести, Е - упругость пленки, «-частота волн Выражение (1) имеет резонансный вид, однако, поскольку ки комплексно и условие точного резонанса между ГКВ и ПВ (равенство км и не выполняется, амплитуда возбуждаемой "вынужденной" ПВ остается конечной и имеет максимум \игпт\ = ^\Щ при Е = Е0 ={2цраъ)хп !к\, при этом к^(со)~\2%1КекМга В разделе 12 2 получено выражение для коэффициента затухания ГКВ вида

Г*гук1+ут\и$п\1р\ (2)

Здесь первое слагаемое описывает затухание у0 ГКВ в жидкости с чистой

поверхностью, второе - дополнительное затухание из-за пленки, которое определяется отношением интенсивностей "вынужденной ПВ" и потенциальной компоненты ГКВ Величина^ = (усик^ /2)1/2отвечает максимуму затухания ГКВ при "резонансе" (Е=Е0) Выражение (2) с точностью до малых членов порядка (2г\к2/р со)1/2 «1 согласуется с результатами более формального анализа полного дисперсионного уравнения для волн в вязкой жидкости (см , например, [22, 23])

В разделе 1.3 представлены лабораторные исследования коэффициента затухания ГКВ с использованием предложенного в работе метода параметрических волн Рассчитан полный коэффициент затухания ГКВ у1 в бассейне конечных размеров (раздел 131) с учетом влияния стенок В разделе 13 2 описан метод измерения уъ, основанный на измерении порога параметрического возбуждения ГКВ в бассейне, установленном на вибрирующем основании (при этом к п н определяется из дисперсионного соотношения ГКВ по измерениям их длины волны при заданной частоте ГКВ), оценены ошибки измерения параметрическим методом Важное преимущество метода - возможность избавиться от ошибок, связанных с неоднородностью пространственного распределения концентрации ПАВ, возникающего из-за средних течений при измерениях уг для бегущих ГКВ В разделе 1 3 3 представлены результаты лабораторных измерений коэффициента затухания ГКВ для чистой воды, показано их хорошее согласие с теорией Приведены результаты измерений коэффициента затухания как функции частоты ГКВ в присутствие мономолекулярной пленки и на основе сравнения их с теорией сделан вывод о возможности восстановления динамической упругости пленки по величине у

В разделе 1.4 приведены результаты лабораторного исследования характеристик мономолекулярных пленок методом параметрически возбуждаемых волн В разделе 141 представлены зависимости к п н от поверхно-

стной концентрации для ряда ПАВ (олеиновой кислоты - OLE, олеилового спирта - OLA, додецилового спирта - DA, жирного полимера (поли)окси-этиленгликоля - Emkarox) Получены изотермы пленок - зависимости давления пленки (разности к п н чистой воды и воды с пленкой) от концентрации ПАВ, показано, что величина статической упругости, рассчитанная по изотермам, близка к нулю в области концентраций ПАВ, отвечающих насыщенным монослоям Результаты измерений затухания ГКВ для указанных выше пленок ПАВ и восстановления на основе этих измерений величины динамической упругости описаны в разделе 14 2 Получено, что динамическая упругость для обычных (не полимерных) ПАВ монотонно растет с концентрацией, достигая предельных максимальных значений для насыщенного монослоя и не меняется при дальнейшем увеличении средней концентрации ПАВ Это объясняется тем, что избыток ПАВ для насыщенного монослоя не растекается и концентрируется в микрокаплях, которые при быстрых деформациях пленки в поле ГКВ не успевают обмениваться веществом с пленкой, так что упругость определяется лишь упругостью монослоя Для жирного полимера зависимость упругости от концентрации иная, что обусловлено сложным строением полимерных молекул, образующих при концентрациях, больших концентрации монослоя трехмерные структуры (клубки) с высокой сжимаемостью Насыщенные мономолекулярные пленки, имеющие постоянную упругость использовались как эталонные в экспериментах с искусственными сликами (см гл 3) В разделе 1.5 суммированы результаты первой главы, опубликованные в работах [29*, 52*, 54*, 59*, 61*, 63*]

Глава 2 посвящена исследованию упругих свойств пленок на морской поверхности Описаны методики взятия проб пленок, приведены результаты исследований изотерм морских пленок, описаны обнаруженные в эксперименте эффекты релаксации и гистерезиса упругости пленок, представлены результаты измерений упругости морских пленок и к п н в сли-ках В разделе 2.1 кратко суммированы известные из литературы сведения о происхождении, составе и свойствах морских пленок, а также методах взятия проб пленок в натурных условиях В разделе 2 2 описаны две развитые в работе методики взятия проб пленок с морской поверхности В первой применен специальный пробоотборник - модифицированная ванна Ленгмюра (MBJI), представляющая собой кювету с двойными стенками и позволяющая вырезать участок поверхности вместе с верхним слоем воды толщиной порядка 10 см В кювету устанавливаются весы Ленгмюра и снимаются изотермы морских пленок Во второй методике отбор проб производится капроновой сеткой, взятое ПАВ переносится в лабораторию и исследуется затем методом параметрически возбуждаемых волн Важным преимуществом и новизной второй методики явился измеренный коэффициент переноса ПАВ, что позволяет воспроизводить в лабораторных условиях морские пленки при концентрациях, близких к 'm situ'

В разделе 2.3 на основе измерений MBJI анализируются изотермы морских пленок и эффект упругого гистерезиса Показано {раздел 2 3 1), что перемешивание верхнего слоя воды ветровыми волнами существенно влияет на состояние пленок, которые в сликах при слабом ветре обычно близки к конденсированным и имеют высокую упругость, а при скоростях ветра более 6-7 м/с находятся в состоянии, близком к газообразному и релакси-руют к конденсированной фазе с уменьшением интенсивности ветровых волн Характерные времена релаксации составили 0,5-1 час В разделе 2 3 2 описан обнаруженный эффект упругого гистерезиса в пленках ПАВ изотермы сжатия пленок лежат выше изотерм растяжения при возврате пленки в исходное состояние После окончания цикла деформации остаточное давление релаксирует к нулевому, характерные времена релаксации составляют величины порядка 10 мин На основе лабораторных исследований искусственных пленок показано, что гистерезис связан с неоднородностью макроскопической структуры пленки

Раздел 2.4 посвящен изучению упругости пленок и к п н в сликах на морской поверхности С использованием методики MBJI исследована статическая упругость морских пленок и получено, что величины упругости в сликах имеют значения порядка 20 мН/м и существенно превышают упругости в соседних несликовых зонах (фоне) Получена качественная оценка минимальной упругости пленки (~3,5 мН/м), необходимой для образования слика На основе исследования образцов пленок методом параметрически возбуждаемых волн восстановлены значения динамической упругости в сликовых полосах, связанных с внутренними волнами, эти значения составили 20-40 мН/м, тогда как в фоне - единицы мН/м Приведены данные измерений 'in situ' к п н морской воды методом растекающихся капель, получено, что величины давления пленок в сликах составляют обычно значения 5-10 мН/м, а вне сликов ~ 1 мН/м Раздел 2.5 суммирует основные результаты главы 2, опубликованные в работах [11*, 12*, 14*, 18*, 25*, 34*, 39*, 45*]

Глава 3 посвящена исследованию спектров ветровых ГКВ в присутствии пленок ПАВ в условиях, когда можно не учитывать влияние переменных поверхностных течений на ГКВ В разделе 3.1 кратко рассмотрены известные экспериментальные данные, а также общая формулировка задачи об изменчивости ветрового волнения в пленочных сликах как задача анализа кинетического уравнения для спектра ветровых ГКВ с учетом процессов их возбуждения, диссипации и нелинейных взаимодействий В разделе 3.2 дано описание аппаратуры и методики, использованных при проведении натурных исследований спектров ГКВ в присутствии пленок ПАВ - экспериментов с искусственными сликами Кратко представлены характеристики комплекса дистанционной аппаратуры, включавшего оптические анализаторы спектра волнения (ОСА) и радиоскаттерометры Х- и Ка-диапазонов и использовавшегося в экспериментах (в том числе подспутниковых,

см. рис. 1) со свайных оснований и с судов на Черном море и в Атлантическом океане.

Рис. 1. Радиолокационное изображение искусственного слика (спутник ЕЯ5-2). Эксперимент с океанографической платформы на Черном море.

В разделе 3.3 рассмотрены результаты исследований гашения пленками ГКВ см-диапазона. В разделе 3.3.1 представлены данные экспериментов с

искусственными сликами. Получено, что контрастК(к) = Р ,(к)/(к),

определяемый отношением спектров волнения вне слика (пз1) и в слике (б1) для ГКВ см-диапазона при слабом ветре (< 2 м/с) имеет максимум на длинах волн порядка 5-8 см, а при умеренном ветре монотонно растет с ростом волнового числа (рис.2). В разделе 3.3.2 описана основанная на [9] модель спектра ГКВ, где предполагается локальный по спектру баланс источников и стоков энергии см-ГКВ. В предположении, что возбуждение волн ветром описывается инкрементом Р(и*,к) (и* - скорость трения ветра), диссипация -затуханием у[Е,а,к], а ограничение - эмпирическим квадратичным по

спектру членом, получено следующее выражение для контраста

К(к)

P{u.nsl,k)-2y{Ensl,*nsl,k)

п=1 при Р>у, п—1 при /3<у.

Р{иы,к)-2у{Е,а51,к) Выполнены расчеты контрастов (рис. 2) для условий экспериментов, сделан вывод, что гашение ГКВ см-диапазона удовлетворительно описывается в рамках модели локального баланса, а основным физическим механизмом гашения см-волн является вязкая диссипация в присутствии пленки ПАВ.

1.0

Волновое число, рад/см

Рис. 2. Контрасты ГКВ см-диапазона при слабом ветре (Vм/с, пленка OLE, слева) и при умеренном ветре (V -6 м/с, пленки OLE, растительного масла - VO и нефтепродуктов - OIL, справа). Кривые - модельные расчеты.

Раздел 3.4 посвящен описанию результатов натурных экспериментов по изучению гашения пленками ГКВ мм-диапазона Установлено, что контраст при умеренных скоростях ветра достигает максимума на длинах ГКВ порядка 5-7 мм, что интерпретировано как результат вклада паразитной капиллярной ряби (см гл 5) в спектр ГКВ мм-диапазона

В разделе 3.5 обсуждаются результаты исследований влияния пленок ПАВ на ветровые волнение дм-диапазона В разделе 3 51 описан обнаруженный в ходе натурных наблюдений и изученный затем в специальных экспериментах эффект усиления ГКВ с длинами > 20-30 см в сликах достаточно большого размера Хотя эффект усиления существенно слабее (контрасты порядка 0,7-0,8, см рис 3), чем гашение см-волн, данный результат меняет существовавшее ранее представление о пленочных сликах как областях только пониженной интенсивности волн В разделе 3 5 2 предложен физический механизм усиления дм-волн в сликах и развита соответствующая теоретическая модель Механизм основан на эффекте затухания длинных (дм-) волн из-за взаимодействия с короткими (см-) ГКВ Физически эффект затухания связан с релаксацией спектра коротких ветровых волн, модулируемых длинной волной, к невозмущенному равновесному состоянию Получено выражение для коэффициента затухания длинных волн вида

ак<*Р!!Рг

У,

-¿к

(4)

(V*Тк -сж)г +{рг!к)2 где невозмущенный спектр волнения, а = -{с1{[п!\)1 с1\х\к+с^1

Д = Р~2у — скорость релаксации см-волн Величина у1 в слике уменьшается из-за подавления см-волн пленкой Расчет контрастов на основе модели локального баланса для волн дм-диапазона с учетом затухания (4) показал удовлетворительное согласие с экспериментом (см рис 3)

_ ю -

0! 11 Волновое число рад'см

О 10

Волновое число, рал см

Рис 3. Средние контрасты (слева) в экспериментах с пленками УО (измерения с помощью ОСА) Справа - результаты теоретических расчетов

В разделе 3.6 обсуждаются возможности диагностики пленочных сли-ков при радиолокационном зондировании морской поверхности Приведе-

ны данные наблюдений изменчивости спектра см-дм-ветровых волн в зоне пониженной скорости ветра - штилевом пятне, которые показали, что контраст для него практически не зависит от волнового числа Данное различие в спектральных контрастах для штилевых пятен и пленочных сликов предложено использовать в качестве спектрального признака последних при много частотной радиолокационной диагностике Раздел 3 6 суммирует результаты третьей главы, опубликованные в работах [8*, 10*, 14*-18*, 24*, 31*, 37*, 51*,58*,61*-63*]

В главе 4 выполнен анализ механизмов воздействия переменных течений на ГКВ см-диапазона в присутствии пленок ПАВ и образования сликов на морской поверхности В разделе 4.1 дано краткое введение в проблему воздействия переменных течений (в т ч внутренних волн) на ветровые волн в присутствии пленок ПАВ Приведена общая формулировка задачи об изменчивости спектра ветровых волн в присутствии пленок ПАВ и переменных течений на основе системы кинетического уравнения для спектральной плотности N волнового действия ветровых волн, уравнения баланса для концентрации Г ПАВ и уравнений состояния пленки

В разделе 4.2 проведен теоретический анализ динамики пленок в поле переменных заданных течений II на основе уравнения баланса для концентрации ПАВ в релаксационном приближении С использованием метода характеристик получено общее решение уравнения для концентрации в одномерном случае в виде

-■^(ёГННтН <5)

где Г0 невозмущенное (при ищ значение концентрации, т - время релаксации ПАВ, х=/(^), £,=х(1=0) - характеристики, определяемые уравнением йх I ск = и(х, () В разделе 4 2 1 анализируются распределения концентрации для стационарных течений вида и=(1[]/йх (х-х*) Показано (см также [31]), что в точках конвергенции стационарных течений (х=х , йи/йх/д. <0) имеет место схождение характеристик, и соответственно накопление ПАВ Величина Г при >оо ограничена значением Г = Г0/(1-г|^/С//с/д|), если

г|йиI<1 В разделе 42 2 рассматривается распределение концентрации

ПАВ в поле орбитальной скорости в стационарной внутренней волне (ВВ) Для синусоидальной ВВ малой амплитуды показано, что в пренебрежении релаксацией максимумы Г отвечают максимумам орбитальной скорости ВВ, т е впадинами смещения пикноклина в ВВ основной (первой) моды При учете релаксации максимумы концентрации ПАВ смещаются на задние склоны смещения в ВВ первой моды В пренебрежении релаксацией приведено решение для стационарной ВВ произвольной амплитуды В разделе 4 2 2 анализируются решения для Г в поле нестационарных ВВ при наличии поверхностного течения Показано, что если скорость V поверхностного

течения превышает групповую скорость ВВ {У>С£), то перед цугом появляется отличное от 0 возмущение концентрации ПАВ - "пленочный предвестник", заполнение в котором имеет длину волны ХП=К (У-С )/(С-С )

и бежит со скоростью У (Л - длина, а С-фазовая скорость ВВ) Огибающая предвестника движется со скоростью Cg и имеет масштаб затухания 1 = т(У-С) При К<Сг вместо предвестника имеем "след" (см [32]) Для

длинного цуга на расстояниях от его границ, больших (У-Сг) г, распределение концентрации аналогично рассмотренному в разделе 4 2 2 стационарному с тем отличием, что при У>С максимумы Г соответствуют гребням ВВ основной моды при Г —» оо и смещены на ее задний склон при конечных т Амплитуда вариаций Г\ растет с приближением V к С и максимальна при резонансе (У=С), ее величина ограничена релаксационными процессами, а максимумы Г1 при этом соответствуют точно задним склонам ВВ С использованием метода характеристик для условий лабораторных экспериментов рассчитаны распределения концентрации ПАВ в поле нестационарной ВВ амплитуды и0 для нерезонансного (а<1) и резонансного (а>1, а=и(/(С-У)) случаев

В разделе 4 3 качественно обсуждаются механизмы изменчивости спектров ветровых ГКВ в поле переменных течений в присутствии пленок ПАВ Для волн см-диапазона, для которых пленочный механизм обычно является доминирующим, приведено выражение для вариаций спектра, полученное в рамках модели локального баланса (см гл 3) для пленок с переменной упругостью, определяемой вариациями концентрации ПАВ в поле течения Для волн дм-диапазона влияние пленки становится сравнительно слабым, однако, поскольку масштабы релаксации дм-волн обычно порядка и более характерных масштабов неоднородности течений, становится эффективной гидродинамическая модуляция ГКВ течением (кинематический механизм) Третий механизм связан с модуляцией инкремента ветровых ГКВ переменным течением Для монохроматической ВВ с орбитальной скоростью на поверхности [/ = 17 0 ехр г(Г2г - кх) , в частности, выражение для малых вариаций спектра N имеет вид

__1

к±.Ёки+т«.,к) &и _ дг(Е(П*(Г),к) Г|

(6)

-1Кс!, + ¡5\ с1к ди, 6Т

Первое слагаемое в правой части (6) описывает кинематическую модуляцию [37], второе связано с модуляцией инкремента ветровых волн [40], третье - с модуляцией концентрации ПАВ в поле переменного течения и соответствующими вариациями декремента затухания ГКВ (пленочный механизм) Перечисленные механизмы определяют различный фазовый сдвиг вариаций спектра относительно профиля скорости С/ Так, кинематический механизм приводит к усилению ГКВ над передним склоном профиля II (задним склоном профиля смещения пикноклина) Подавление волн

(минимум Л/) из-за пленочного механизма в пренебрежении релаксацией ПАВ и при ду I дГ > 0 отвечает максимуму С/, т е впадинам ВВ Для механизма модуляции инкремента, в условиях, когда внутренняя волна распространяется "по ветру", инкремент и спектральная интенсивность ГКВ уменьшаются вблизи максимума скорости и (см [40]) В разделе 4 3 качественно проанализировано выражение для малых вариаций спектра волн в поле стационарного течения Результаты раздела 4 3 используются далее в гл 4 при анализе вариаций спектров ГКВ в поле переменных течений различной природы

Раздел 4.4 посвящен лабораторному моделированию кинематического механизма модуляции ГКВ внутренней волной В разделе 4 41 исследуется случай модуляции периодических ГКВ Дан теоретический анализ модуляции на основе слабонелинейной теории взаимодействия ГКВ и ВВ, получена система уравнений, описывающих (при заданной ВВ) перераспределению энергии между основной компонентой ГКВ на частоте со и сателлитами на частотах со±пП и тд В приближении теории возмущений («=/) получены выражения для коэффициентов амплитудной и частотной модуляции (АМ и ЧМ) ГКВ Показано, что эти коэффициенты максимальны на частотах, отвечающих условию резонанса ГКВ и ВВ С=сг в гравитационной и капиллярной областях Исследованы зависимости коэффициентов АМ и ЧМ от расстояния при резонансе, а также изменение с расстоянием положения максимумов амплитуды и частоты ГКВ относительно профиля ВВ Для описания сильной модуляции выполнено численное решение системы для сателлитов, показано, что огибающая амплитуды ГКВ становится несимметричной, а рост коэффициента АМ с расстоянием замедляется В разделе 4 4 2 изучена модуляция ветровых ГКВ, энергонесущие компоненты спектра которых находятся в резонансе с ВВ Показано, что коэффициент модуляции средней амплитуды ветровых ГКВ ведет себя аналогично случаю периодических ГКВ вплоть до расстояний порядка масштаба установления спектра волнения, а далее стремится к значению, близкому к коэффициенту АМ периодических ГКВ при расстоянии, равном обратному инкременту ветровых ГКВ

В разделе 4.5 приведены результаты лабораторного моделирования в ветроволновом бассейне ИПФ РАН механизма модуляции концентрации ПАВ (пленки ОЬЕ и полимера Еткагох) под действием ВВ, в том числе при наличии ветрового дрейфового течения Исследованы пробы пленок, взятых в различных фазах ВВ, измерен коэффициент затухания и к п н и по известным для них зависимостям от концентрации ПАВ определены вариации этой концентрации Результаты эксперимента подтвердили эффект усиления модуляции ПАВ, а также сдвиг максимумов концентрации ПАВ в случае, когда скорость течения близка к фазовой скорости ВВ

Раздел 4 6 посвящен описанию результатов уникальных натурных наблюдений проявлений внутренних волн в виде сликовых полос на морской

поверхности Основным преимуществом экспериментов являлся их комплексный характер, когда проводились одновременные измерения характеристик ВВ, поверхностных волн и параметров пленок ПАВ, это позволило получить прямое подтверждение механизма формирования пленочных сли-ков в поле ВВ Исследована изменчивость сечений спектров ГКВ см-дм-диапазона в направлении, перпендикулярном направлению распространения ВВ, когда пленочный механизм является доминирующим При этом наблюдалось сильное (на порядок величины) подавление спектра см-волн в сликовых полосах над впадинами ВВ, интенсивность же волн дм-диапазона существенно не менялась К п н над впадинами ВВ существенно уменьшался, что соответствовало повышенной концентрации ПАВ в сликовых полосах (рис 4) Для ветровых ГКВ, распространявшихся под острыми углами к направлению распространения ВВ обнаружены эффекты совместного действия кинематического и пленочного механизмов гашение см-волн в сликах над впадинами и небольшое усиление дм-волн над задним склоном ВВ Измеренные давления пленки в сликовых полосах составили характерные величины 5-10 мН/м, упругости - 20—40 мН/м Результаты расчетов неплохо согласуются с данными наблюдений (рис 4)

В разделе 4.7 проанализированы радиолокационные (РСА) спутниковые изображения ВВ (спутник ЕЯ8-1) Описаны различные типы РСА изображений короткопериодных ВВ (длины 0,5-1 км) в прибрежных зонах в виде полос переменной яркости, либо темных полос, при очень слабом ветре вблизи порога возбуждения ветровых волн наблюдаются яркие полосы -положительные вариации интенсивности сигнала радиолокатора (рис 5)

Ю см .в 3 см

Рис. 4. Интенсивность см-ГКВ (вверху) в поле цуга ВВ (в центре, показаны колебания глубины изотерм), отмечены моменты измерений давления пленок (стрелками) и его величины (в мН/м) Внизу - результаты модельных расчетов

Рис. 5. Основные типы радиолокационных изображений коротких ВВ

Данные особенности изображений объясняются действием, соответственно, кинематического, пленочного и ветрового механизмов модуляции ГКВ внутренними волнами. Наряду с короткими ВВ на РСА-изображениях океанского шельфа обнаружены также проявления приливных ВВ, имеющие вид полос с периодами 15-20 км. Даны теоретические оценки, показывающие, что эти проявления можно объяснить перераспределением пленок ПАВ и соответствующей модуляцией ветровых ГКВ см-диапазона, а также механизмом модуляции инкремента ветровых ГКВ в поле приливных ВВ. Обнаружено, наконец, что возможен переход одного типа изображений коротких ВВ в другой в зависимости от их положения относительно фазы приливной ВВ. Так, в частности, полосы переменной яркости вблизи гребня приливной ВВ переходят в темные полосы вблизи впадины приливной ВВ; это объясняется наличием крупномасштабных вариаций упругости пленок ПАВ в поле приливной ВВ и, соответственно, доминированием вначале кинематического, а затем пленочного механизмов модуляции ГКВ.

В разделе 4.8 описаны натурные наблюдения пленочных сликов, формируемых в поле неоднородных течений и ветрового дрейфа. В разделе 4.8.1 приведены результаты наблюдений поверхностного проявления неоднородного течения, выполнявшихся в 5-м рейсе НИС "Академик Вавилов" в феврале 1990 г. в тропической Атлантике у побережья Западной Сахары и включавших синхронные измерения профилей скорости течения, пространственных спектров ГКВ и к.п.н. Течение, характеризуемое наличием сильного градиента горизонтальной скорости в области шельфового склона, проявлялось на поверхности в виде системы "слик-сулой" - прилегающих друг к другу полос выглаженного и усиленного волнения. В слике зафиксировано уменьшение к.п.н. (рост давления пленки), свидетельствующее о повышенной концентрации ПАВ в области градиента скорости течения. Трансформация спектра ветрового волнения характеризовалась сильным квазиизотропным гашением волн с длинами, менее 15-20 см в слике и анизотропным усилением ГКВ большей длины в области сулоя. На основе качественного теоретического анализа сделан вывод о том, что такой характер проявления течения на морской поверхности связан с совме-

стным действием пленочного и кинематического механизмов воздействия течений на ГКВ В разделе 4 8 2 описаны наблюдения, в ходе которых были зарегистрированы слики, формируемые неоднородными полями скорости дрейфовых течений для монотонного и осциллирующего ветровых фронтов Представлены синхронные записи текущего спектра ветровых ГКВ см-дм диапазонов, вариаций к п н и скорости ветра Показано, что вариации спектров в обоих случаях типичны для пленочных сликов и характеризуются сильным подавлением см-ряби и быстрым уменьшением эффекта для ГКВ дм-диапазона Получено, что пленка может концентрироваться как в области градиента скорости ветра, так и в минимумах скорости ветра Дано качественное обсуждение результатов В разделе 4.9 сформулированы основные результаты главы 4, опубликованные в работах [1*-7*, 9*, 20*-23*, 25*, 27*, 32*-35*, 39*- 41*, 45*, 46*, 48*]

В главе 5 анализируется влияние нелинейности на характеристики ГКВ см-мм-диапазонов и на их модуляцию под действием длинных поверхностных и внутренних волн в присутствии пленок ПАВ Рассмотрены эффекты, связанные с наличием в спектре сильно нелинейных ГКВ высших гармоник ГКВ - вынужденных компонент, в частности, паразитной капиллярной ряби [42-47] В разделе 5.1 дано краткое введение в проблему генерации паразитной капиллярной ряби, приведены описание физического механизма генерации и основные теоретические выводы, а также краткая характеристика известных экспериментальных данных о свойствах ряби В разделе 5 2 представлены результаты выполненных в работе лабораторных исследований характеристик паразитной ряби, возбуждаемой периодическими ГКВ В разделе 5 21 описаны методика лабораторных экспериментов и результаты измерений характеристик несущих ГКВ и ряби (частоты, длины волны, наклона) оптическими и контактными методами Определены характерные длины ряби, показаны ее стационарность (равенство фазовых скоростей ряби и несущих ГКВ), а также квазипороговый характер зависимости крутизны ряби от крутизны (амплитуды наклона) несущих ГКВ (рис 6) Показано, что рябь возбуждается ГКВ с длинами от 3-4 см до 20-30 см В разделе 5 2 2 приведены результаты лабораторных экспериментов по изучению влияния паразитной ряби на радиолокационные сигналы мм-диапазона Получено, что мощность радиолокационного сигнала возрастает пороговым образом с ростом крутизны несущих ГКВ (рис 6), пороговое значение крутизны ГКВ ~ 0,1 в согласии с результатами раздела 5 2 1

В разделе 5.3 изучено влияние паразитной ряби на характеристики коротких ветровых ГКВ В лабораторном эксперименте с использованием специально развитых методов, основанных на анализе интенсивности лазерного пучка, проходящего через взволнованную поверхность воды, получены гистограммы кривизны периодических и ветровых ГКВ Показано, что гистограммы асимметричны из-за несинусоидальности профиля ГКВ и присутствия паразитной ряби Для ветровых ГКВ наличие пленки приводит

к увеличению асимметрии из-за более сильного (чем для паразитной ряби) подавления свободных ветровых волн мм-диапазона

Крутизна ГКВ

4- Ч- + Ч- О

0 10 (120 Крутизна I КБ

Рис. 6 Амплитуда паразитной ряби (17-й гармоники с длиной 5 мм) для ГКВ с длиной 10 см и интенсивность радиолокационного сигнала Ка-диапазона как функции крутизны ГКВ с длинами 10 см и 40 см

В разделе 5 4 описаны результаты лабораторных исследований фазовой скорости ветровых волн см-мм диапазона и их гашения пленками ПАВ В разделе 5 41 приведены данные измерений доплеровских сдвигов частоты радиолокационных сигналов Ка-диапазона, по которым определялись фазовые скорости ГКВ с брэгговской длиной волны около 5 мм На основе выражения для результирующей фазовой скорости cp=(cpí+Vdr) +R(cpkm-cpi) ГКВ (cpim - фазовая скорость вынужденных волн, которая полагается равной скорости энергонесущих см-дм-волн, срк - фазовая скорость свободных линейных ГКВ, V¿r - скорость ветрового дрейфа) сделаны оценки относительной интенсивности R паразитной ряби в спектре мм-ветровых волн Получено, что доля паразитной ряби возрастает с ростом скорости ветра и с разгоном, а также с концентрацией ПАВ и может составлять значения порядка 0,5 В разделе 5 4 2 приведены результаты оптических измерений фазовых скоростей ГКВ в широком диапазоне длин см-мм-ГКВ Скорости ГКВ измерялись с использованием ОСА и градиентного подводного источника, дающего изображение ГКВ в преломленном свете Для "тестовой" квазипериодической дм-ГКВ получено, что ее высшие гармоники имеют фазовые скорости несущей ГКВ, а их амплитуды удовлетворяют теории Стокса Фазовые же скорости ветровых ГКВ см-мм-диапазонов не удовлетворяют линейному дисперсионному уравнению, превышая фазовую скорость линейных ГКВ и увеличиваясь с ростом фазовой скорости ветровых энергонесущих дм-ГКВ Даны оценки относительной интенсивности вынужденных компонент в спектре ветровых ГКВ см-мм-диапазонов В раздече 5 4 3 представлены результаты лабораторных измерений гашения волн см-мм-диапазона пленками ПАВ Дано экспериментальное подтверждение существования максимума спектрального контраста в области длин волн по-

рядка 5-8 мм, что согласуется с данными натурных экспериментов (см гл 3) и, очевидно, является следствием вклада паразитной ряби в спектр ветровых ГКВ

Раздел 5.5 посвящен натурному исследованию доплеровских сдвигов частоты радиолокационных сигналов Ка- и Х-диапазонов в пленочных сли-ках Обнаружено, что доплеровский сдвиг в пленочных сликах может как уменьшаться, так и возрастать по сравнению с его величиной в отсутствие пленки, причем разность доплеровских сдвигов в сликах и на чистой воде зависит от упругости пленки (рис 7) Качественное объяснение эффекта основано на предположении об изменении относительной интенсивности вынужденных компонент ГКВ в сликах и изменении результирующей фазовой скорости ГКВ

В разделе 5 6 исследована каскадная модуляция паразитной ряби в поле внутренних волн Раздел 5 61 посвящен результатам лабораторных исследований модуляции паразитной ряби под действием ВВ (в отсутствие пленок ПАВ) Исследован характер модуляции амплитуд основной ГКВ и ее высших гармоник мм-диапазона - паразитной ряби в зависимости от средней крутизны несущей ГКВ, получено, что коэффициент модуляции интенсивности паразитной ряби может на порядок превышать коэффициент

кинематической модуляции несущих ГКВ (см рис 8) В разделе 5 6 2 приведены результаты натурных наблюдений модуляции в поле ВВ, в ходе которых регистрировались вариации мощности сигнала локатора Ка-диапазона, спектра ГКВ в диапазоне длин волн 8-130 см с помощью ОСА, колебаний изотерм в поле ВВ Проанализированы величина и временной сдвиг максимума коэффициента взаимной корреляции сигналов скаттерометра и ОСА, а

£40-1

I 20 Н

3 -41

УО 01-Е

Пм.1 * 01_А ■ * ж ■

8», с $ А

5м-ь * Упругость, мН'м

' * ' Етк

Рис. 7. Разность доплеровских сдвигов Ка-диапазона в сликах и фоне Скорости ветра 5-8 м/с

Рис 8 Синхронные записи ВВ и интенсивностей основной гармоники ГКВ с длиной 10 см и ее 17-й гармоники с длиной волны 5 мм

также максимума коэффициента взаимной корреляции горизонтальной компоненты орбитальной скорости ВВ с сигналами ОСА

Установлено, что коэффициент взаимной корреляции интенсивностей ряби и см-дм-ГКВ слабо зависит от длины ГКВ, при этом имеет место син-фазность вариаций интенсивности ряби лишь с ГКВ с длинами менее 40 см, что согласуется с результатами лабораторных исследований паразитной ряби (см раздел 5 2)

Раздел 5.7 посвящен исследованию модуляции ветровой ряби длинными волнами в сликах Вначале дано краткое введение в проблему радиолокационной модуляционной передаточной функции (МПФ), перечислены основные рассматривавшиеся ранее механизмы модуляции радиолокационных сигналов в поле длинных волн В разделе 5 71 приведены основные определения и соотношения для МПФ и доплеровских сдвигов радиолокационных сигналов Показано различие между величинами доплеровских сдвигов, определяемых по среднему спектру мощности радиолокационного сигнала и получаемых как средние сдвиги в мгновенном спектре, установлено, что разница между этими сдвигами определяется величиной МПФ В разделе 5 7 2 представлены результаты натурных исследований модуляции интенсивности радиолокационных сигналов под действием длинных волн в присутствии пленок ПАВ, из которых следует, что величина МПФ для сигналов Ка- и Х-диапазонов существенно (в 5-7 раз) возрастает в области пленочных сликов (рис 9) Эффект подтверждается и увеличением в сликах разности доплеровского сдвига среднего спектра и среднего значения сдвига мгновенного спектра Расчеты МПФ с учетом радиолокационной "геометрической" и гидродинамической модуляции (для последней учтены механизмы кинематический, пленочный и модуляция ветрового инкремента) не позволяют объяснить результаты эксперимента, сделан вывод о связи эффекта усиления модуляция в сликах с увеличением относительной интенсивности паразитной ряби в сликах и ее каскадной модуляцией в поле длинных волн Раздел 5 7 3 посвящен лабораторному исследованию сильной модуляции мощности сигналов радиолокатора под действием длинных волн в присутствии пленок ПАВ Получено, что МПФ, в Зависн-

ем

>ч

100 п

УОА7. 01*

мости от режима волнения, либо возрастает с ростом концентрации ПАВ, либо эффект усиления отсутствует Как и в разделе 5 7 2 расчеты модуляции в рамках трех механизмов не позволили объяснить измеренные величины МПФ

1—1—ГТ—111111111 3 5 7 9 11 13 15 скорость ветра м/с

Рис. 9. Модуль МПФ в сликах (темные точки) и для чистой воды

На основе результатов измерений доплеровских сдвигов (см раздел 5 4 1) сделан вывод о том, что эффект возрастания МПФ с ростом концентрации ПАВ наблюдается в тех случаях, когда возрастает относительная интенсивность паразитной ряби в спектре ГКВ, что подтверждает предложенный в разделе 5 7 2 механизм роста МПФ в пленочных сликах В разделе 5 8 резюмируются основные результаты главы 5, опубликованные в работах [13*, 19*, 26*, 28*, 30*, 31*, 36*-38*, 42*-44*, 47*, 49*-53*, 55*-58*, 60* - 64*]

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

1 Дано теоретическое объяснение механизма резонансного затухания ГКВ в присутствии упругой пленки Показано, что коэффициент затухания ГКВ определяется интенсивностью вихревой компоненты ГКВ, которая может быть описана как вынужденная продольная волна, возбуждаемая потенциальной компонентой ГКВ Интенсивность вынужденной продольной волны и коэффициент затухания ГКВ максимальны при величине параметра упругости пленки, отвечающей условию близости фазовых скоростей продольной волны и ГКВ

2 Предложен лабораторный метод измерения коэффициента затухания ГКВ, основанный на эффекте параметрического возбуждения ГКВ в вертикально осциллирующем бассейне По результатам измерений коэффициента затухания ГКВ восстановлены величины динамической упругости пленок ряда ПАВ, использованных в экспериментах с искусственными сликами, а также упругости морских пленок

3 С использованием разработанных методик взятия образцов пленок с морской поверхности исследованы упругие свойства морских пленок, обнаружены эффект релаксации ПАВ и упругий гистерезис в пленках, последний, согласно результатам лабораторного моделирования, связан с неоднородностью макроскопической структуры пленок Получено, что величины статической и динамической упругости пленок в сликах на морской поверхности достигают величин порядка 20-40 мН/м, а вне сликов не превышают нескольких мН/м

4 В натурных экспериментах с использованием дистанционных методов измерений ветровых волн установлены основные особенности воздействия пленок на ГКВ различных спектральных диапазонов рост степени гашения волн (контраста) с уменьшением длины ГКВ и с ростом упругости пленки, наличие максимума контраста в см-диапазоне ГКВ при слабом ветре (~1 м/с) и в мм-диапазоне при умеренном ветре Обнаружен эффект усиления ГКВ дм-диапазона в пленочных сликах Предложен физический механизм эффекта усиления, связанный с изменением в слике коэффициента затухания дм-волн из-за модуляции волн см-диапазона Развита модель изменчивости спектров коротких ГКВ в

пленочных сликах, полученные особенности контраста предложено использовать как спектральный признак пленочных сликов при их радиолокационной диагностике

5 Теоретически показана возможность образования «пленочного предвестника» (ненулевых вариаций концентрации ПАВ перед цугом внутренних волн (ВВ) в присутствии постоянного поверхностного течения, скорость которого превышает групповую скорость ВВ Показано, что модуляция концентрации ПАВ усиливается при приближении скорости течения к фазовой скорости ВВ (условие резонанса) В лабораторном эксперименте дано подтверждение эффекта сильной модуляции ПАВ в поле ВВ при наличии резонансного течения

6 В условиях лабораторного эксперимента выявлены основные особенности кинематического механизма модуляции периодических и ветровых ГКВ под действием ВВ, показан резонансный характер модуляции как в гравитационной, так и в капиллярной области частот ГКВ, развита теоретическая модель, показано хорошее согласие теории и эксперимента

7 В условиях комплексных натурных экспериментов дано подтверждение действия пленочного механизма воздействия ВВ на ветровые ГКВ, связанного с модуляцией концентрации ПАВ и соответствующими вариациями интенсивности ветровых ГКВ см-диапазона в поле ВВ, а также подтверждение совместных проявлений пленочного и кинематического механизмов модуляции ветровых ГКВ внутренней волной, получено согласие результатов экспериментов с теорией Обнаружены различные типы радиоизображений коротких ВВ в виде полос с вариациями яркости разного знака, а также проявления длинных приливных ВВ на радиолокационных изображениях океанского шельфа, выявлен эффект трансформации одного типа изображения коротких ВВ в другой при изменении их положения относительно фазы приливной ВВ, дана интерпретация различных типов изображений ВВ на основе кинематического и пленочного механизмов и изменения инкремента ветровых ГКВ в поле ВВ

8 Обнаружены проявления неоднородных течений на морской поверхности в виде системы "слик-сулой", характеризуемой сильным квазиизотропным гашением см-волн пленкой ПАВ в слике (пленочный механизм) и анизотропным усилением дм-волн в области градиента течения в сулое (кинематический механизм) Обнаружены слики, обусловленные перераспределением ПАВ в поле дрейфовых течений, связанных с монотонным и осциллирующим ветровыми фронтами

9 В условиях лабораторного эксперимента исследованы характеристики паразитной капиллярной ряби, возбуждаемой крутыми ГКВ см-дм-диапазонов, установлены квазистационарность ряби, ее характерные длины и пороговый характер зависимости крутизны ряби от крутизны

несущих ГКВ, получены гистограммы кривизны ветровых ГКВ и показана их асимметрия, обусловленная асимметрией профиля крутых ГКВ и наличием паразитной ряби На основе результатов радиолокационных и оптических измерений показано, что фазовые скорости ветровых ГКВ см-мм-диапазонов не удовлетворяют дисперсионному уравнению линейных ГКВ из-за присутствия в спектре ветровых волн вынужденных компонент (в т ч паразитной ряби), получены оценки относительной интенсивности вынужденных волн на чистой воде и при наличии пленок ПАВ

10 Обнаружен в натурном эксперименте и промоделирован в лабораторных условиях эффект изменения доплеровского сдвига частоты радиолокационных сигналов и соответствующее изменение эффективной фазовой скорости ГКВ мм-диапазона в присутствии пленки ПАВ Получено, что знак и величина изменения доплеровского сдвига существенно зависят от величины упругости пленки Дано физическое объяснение явления, основанное на различиях в степени гашения пленкой свободных и вынужденных компонент ветровых ГКВ

11 В лабораторном эксперименте обнаружен эффект сильной (каскадной) модуляции интенсивности паразитной капиллярной ряби в поле внутренней волны Показано, что коэффициент модуляции ряби в несколько раз превышает коэффициент модуляции ГКВ дм-см-диапазонов Дано подтверждение действия механизма каскадной модуляции в натурном эксперименте Обнаружен эффект усиления модуляции интенсивности радиолокационного сигнала мм-диапазона в поле длинных поверхностных волн в присутствии пленки ПАВ, показано, что коэффициент модуляции в пленочных сликах возрастает в 5-7 раз Выполнено лабораторное исследование эффекта, показано, что усиление модуляции связано с каскадной модуляцией паразитной ряби и сильным гашением пленкой свободных ГКВ мм-диапазона

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Бондур В Г Аэрокосмические методы в современной океанологии // Новые идеи в океанологии Т 1 Физика Химия Биология М Наука, 2004 С 55-117

2 Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса Сб научных статей /Ред Е А Лупян, О Ю Лаврова М Азбука-2000, 2006 Вып 3 Т 1 373 с Т 2 388 с

3 Филлипс О М Динамика верхнего слоя океана Л Гидрометеоиздат 1980 320 с

4 Ле Блон П , Майсек Л Волны в океане Т 2 М Мир, 1981 366 с

5 Пелиновский Е Н Линейная теория установления и изменчивости ветрового волнения при слабом ветре // Изв АН СССР Физика атмосферы иокеана 1978 Т 14 № 11 С 1167-1176

6 Захаров В Е , Заславский М М Кинетическое уравнение и колмогоров-ские спектры в теории слабой турбулентности ветровых волн // Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1982 Т 18 С 747-753

7 Phillips О М Spectral and equilibrium properties of the equilibrium range in the wind-generated gravity waves//J Fluid Mech 1985 V 156 P 505-531

8 Donelan M A, Pierson W J Jr Radar scattering and equilibrium ranges in wmd-generated waves with application to scatterometry // J. Geophys Res 1987 V 92 P 4971-5029

9 Кудрявцев В H Физическая модель спектра капиллярно-гравитационной ряби//Мор гидрофиз журн 1996 №2 С 3-14

10 Монин А С , Красицкий В П Явления на поверхности океана Л Гид-рометеоиздат, 1985 375 с

11 Федоров К Н , Гинзбург А И Приповерхностный слой океана Л Гид-рометеоиздат 1988 304 с

12 Приповерхностный слой океана Физические процессы и дистанционное зондирование Н Новгород ИПФ РАН, 1999 444 с

13 Apel J R, Byrne M, Prom J R, Charnell R L Observations of oceanic internal and surface waves from the Earth Resourses Technology Satellite // J Geophys Res 1975 V 80 P 865-881

14 Vesecky J E , Stewart R H The bbservation of ocean surface phenomena using imagery from the SEASAT synthetic aperture radar // J Geophys Res 1982 V 87, No C5 P 3397-3430

15 Thompson D R, Gasparovic RF Intensity modulation m SAR images of internal waves//Nature 1986 V 320 P 345-348

16 Alpers W Measurement of mesoscale oceanic and atmospheric phenomena by ERS-1 SAR //The Radio Science Bulletin No 275 1995 P 14-22

17 Булатов M Г, Кравцов Ю A , Лаврова О Ю и др Физические механизмы формирования аэрокосмических радиолокационных изображений океан //УФН 2003 Т 173, №1 С 69-87

18 Sabinin К, Serebryany A Intense short-period internal waves in the ocean // J Marine Res 2005 V 63 P 227-261

19 Scott J С , Thomas N.H Sea surface slicks - surface chemistry and hydrodynamics in radar remote sensing // "Wind-over-wave couplings Perspectives and prospects" Clarendon Press, Oxford 1999 P 221-229

20 Marine surface films Sponger 2006 341 p

21 Alpers W, Huehnerfuss H The damping of ocean waves by surface films A new look at an old problem//J Geophys Res 1989 V 94 No C5 P 62516266

22 Левин В Г Физико-химическая гидродинамика Физматгиз 1959 699с

23 Lucassen-Reynders EN, Lucassen J Properties of capillary waves // J Adv Coll Int Sci 1969 V 2 P 347-395

24 Scott J С Oil slicks still the waves Nature 1989 V 340 P 601-602

25 Alpers W, Huehnerfiiss H Radar signatures of oil films floating on the sea surface and the Marangom effect J Geophys Res 1988 V93 No C4 P 3642-3648

26 Onstott R , Rufenach С Shipboard active and passive microwave measurement of ocean surface slicks off the Southern Californian coast // J Geophys Res 1992 V 97 p 5315-5323

27 Fingas M, and Brown С Remote sensing of oil spills Infrared&visible cameras, laser fluorosensor, radar satellite sensors, ancillary equipment utility//Sea Technology 1997 V 38 N9 P 37-48

28 Vachon P W , Borstad G A, and Thomson R E Airborne SAR observations of mesoscale ocean features//Can J Remote Sens 1992 V 18 P 152-165

29 Ochadlick A R, Cho P , Evans-Morgis J Synthetic aperture radar observations of currents collocated with slicks // J Geophys Res 1992 V 97 P 5325-5330

30 Gade M , Alpers W , Huehnerfuss H , Masuko H , Kobayashi T Imaging of biogenic and anthropogenic ocean surface films by the multifre-quency/multipolarization SIR-C/X-SAR // J Geophys Res 1998 V 103 No C9 P 18,851-18,866

31 Lyzenga D R, Marmonno G О Measurements of surface currents using sequental synthetic aperture radar images of slick patterns near the edge of the Gulf Stream//J Geophys Res 1998 V 103 No C9 P 18769-18777

32 Козлов С И , Пелиновский Е Н , Талипова Т Г Динамика пленок поверхностно-активных веществ на морской поверхности при прохождении внутренних волн//Мор гидрофиз журн 1987 N4 С 3-8

33 Пелиновский Е Н , Козлов С И , Талипова Т Г Динамика пленок поверхностно-активных веществ в поле неоднородных течений // Метеорология и гидрология 1987 №1 С 84-89

34 Dysthe К On surface renewal and sea slicks // Marine surface films Springer 2006 P 65-74

35 Peltzer R D , Griffin О M , Barger W D , Kaiser J А С High resolution measurements of surface-active film redistribution in ship wakes // J Geophys Res 1992 V 97 No C4 P 5231-5252

36 Hughes В A, Grant H L, The effect of internal waves on surface wind waves 1 Experimental measurements Hughes В A The effect of internal waves on surface wind waves 2 Theoretical analysis // J Geophys Res 1978 V 83, NCI P 443-454,455-469

37 Басович А Я , Баханов В В , Таланов В И Влияние интенсивных внутренних волн на ветровое волнение (кинематическая модель) II Воздействие крупномасштабных внутренних волн на морскую поверхность Горький ИПФ АН СССР, 1982 С 8-30

38 Apel JR, Gasparovic RF, Thompson DR, Gotwols BL Signatures of Surface Wave/Internal Wave Interactions Experiment and Theory // Dyn Atmos Oceans 1988 V 12 P 89-106

39 Басович А Я , Баханов В В , Браво-Животовский Д М , Гордеев Л Б , Жидко Ю М , Муякшии С И О корреляции изменений спектральной плотности сантиметровых и дециметровых поверхностных волн в поле внутренней волны//Доклады АН СССР 1988 Т 298, №4 С 967-971

40 Troitskaya,Yu I Modulation of the growth rate of short surface capillary-gravity wind waves by a long wave//J Fluid Mech 1994 V 273 P 169187

41 Горшков К A , Долина И С , Соустова И А , Троицкая Ю И Модуляция коротких ветровых волн в присутствии интенсивных внутренних волн Эффект модуляции инкремента // Изв РАН Физика атмосферы и океана 2003. Т 39 N5 С 661-672

42 Plant W J, Keller W С , Hesany V , Нага T , Bock Е , Donelan М Bound waves and Bragg scattering in a wind wave tank // J Geophys Res 1999 V 104 No C2 P 3243-3263

43 Rozenberg A D , Ritter M J , Melville W К , Gottschall К , Smirnov A Free and bound capillary waves as microwave scatterers Laboratory studies //IEEETrans Geosci Rem Sensing 1999 V 37,No2 P 1052-1065

44 Longuet Higgins M S The generation of capillary waves by steep gravity waves//J Fluid Mech 1963 V 16 P 138-159

45 Ruvinsky К D , Feldstein FI, Freidman G J Numerical simulation of the quasistationary stage of npple exitation by steep gravity-capillary waves // J Fluid Mech 1991 V 230 P 339-359

46 Perlin M , Lin H , Ting С -L On parasitic capillary waves generated by steep gravity waves an experimental investigation with spatial and temporal measurements // J Fluid Mech 1993 V2 P 417-445

47 Longuet-Higgins M Parasitic capillary waves a direct calculation // J Fluid Mech 1995 V301 P 79-107

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1* Ермаков С А , Пелиновский Е Н , Талипова Т Г О влиянии пленок поверхностно-активных веществ на изменения спектров ветрового волнения под действием внутренних волн // Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1980 Т 16 №11 С 1068-1076

2* Ермаков С А , Пелиновский Е Н Воздействие внутренних волн на морскую поверхность//Нелинейные волны М Наука, 1983 С 240-252

3* Ермаков С А , Козлов С И , Показеев К В , Розенберг А Д Лабораторное исследование влияния внутренней волны на регулярные поверхностные волны//Океанология 1982 Т 22 Вып 2 С 204-210

4* Ермаков С А Лабораторные исследования воздействия внутренних волн на поверхностное волнение // Воздействие интенсивных внутренних волн на морскую поверхность Горький ИПФ АН СССР, 1982 С 168-188

5* Ермаков С А , Пелиновский Е H , Талипова Т Г Пленочный механизм воздействия внутренних волн на ветровую рябь // Воздействие интенсивных внутренних волн на морскую поверхность Горький ИПФ АН СССР, 1982 С 31-51 6* Ермаков С А , Салашин С Г Модуляция гравитационно-капиллярных волн в поле внутренней волны // Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1984 Т 20, N5 С 394-404 7* Ermakov S A Modulation of surface waves in the internal wave field // Nonlinear and Turbulent Processes in Physics /Ed R Z Sagdeev N Y 1984 V 2 P 763-770 8* Браво-Животовский Д M , Долин JIС, Ермаков С А , Зуйкова Э M , Лучинин А Г, Титов В И Эффект усиления дециметровых ветровых волн в зоне нефтяного слика // Доклады АН СССР 1984 Т 276 N5 С 1243-1246

9* Ermakov S А , Pehnovsky Е N Variation of the spectrum of wind ripple on coastal waters under the action of internal waves // Dyn Atmos Oceans 1984 V 8 P 95-100 10* Ермаков С A , Панченко A P, Талипова T Г Гашение высокочастотных ветровых волн искусственными поверхностно-активными пленками // Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1985 Т 21 №1 С 76-82 11 * Демин Б Т , Ермаков С А , Пелиновский Е H , Талипова Т Г , Шереметьева А И Исследование упругих свойств морских поверхностно-активных пленок // Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1985 Т 21 №4 С 410-416 12* Ермаков С А , Талипова Т Г Упругий гистерезис в морских поверхностно-активных пленках // Доклады АН СССР 1985 Т 281 №4 С 941944

13* Ермаков С А, Рувинский КД, Салашин СГ, Фрейдман Г И Экспериментальное исследование генерации капиллярно-гравитационной ряби сильнонелинейными волнами на поверхности глубокой жидкости //Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1986 Т 22 №10 С 1072-1080

14* Ermakov S А, Zujkova Е M , Panchenko A R, Salashin S G , Talipova T G , Titov VI Surface film effect on short wind waves // Dynamics of Atmospheres and Oceans 1986 V 10 P 31-50 15* Ермаков С A , Зуйкова Э M , Салашин С Г Трансформация спектров коротких ветровых волн в пленочных сликах // Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1987 Т 23 №7 С 707-715

16* Ермаков CAO затухании длинных волн на коротких поверхностных волнах // Физика и химия океана Тез докл III съезда советских океанологов JI Гидрометеоиздат, 1987 С 88-89 17* Ермаков С А , Салашин С Г Изменчивость коротких ветровых волн в пленочных сликах // Физика и химия океана Тез докл III съезда советских океанологов JI Гидрометеоиздат, 1987 С 91-92 18* Ермаков CA Пленочные слики на морской поверхности // Методы гидрофизических исследований Волны и вихри Горький ИПФ АН СССР, 1987 С 259-277 19* Ермаков С А , Рувинский К Д, Салашин С Г О локальной связи характеристик ряби на гребнях гравитационно-капиллярных волн с их кривизной // Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1988 Т 24, №7 С 771-773

20* Василиненко Н И , Ермаков С А , Иванов А В , Панченко А Р , Салашин С Г , Троицкая Ю И Проявления внутренних волн на морской поверхности в присутствии поверхностно-активной пленки // Доклады АН СССР 1989 Т 307, №5 С 1235-1238 21* Ермаков С А О влиянии течения на динамику поверхностной пленки в поле внутренней волны // Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1990 Т 26, №3 С 329-332 22* Ермаков С А , Панченко А Р , Салашин С Г Проявления на морской поверхности ветровых фронтов в присутствии поверхностно-активной пленки//Изв АН СССР Физика атмосферы и океана 1990 Т 26, №8 С 883-886

23* Ermakov S А, Ivanov А V , Panchenko A R, Salashm S G , Troitskaya Yu I, Vasilinenko NI Remote sensing of the internal wave manifestations on the sea surface in the presence of surfactant films // Remote Sensing Global Monitoring for Earth Management Proc IGARSS'91 IEEE 1991 V 4 P 2347-2350

24* Ermakov S A, Panchenko A R, Salashm S G Remote Sensing of Natural Films on the Sea Surface //Remote Sensing Global Monitoring for Earth Management Proc IGARSS' 91 IEEE 1991 V 4 P 2343-2345 25* Ermakov S A, Panchenko A R , Salashin S G Film Slicks on the Sea Surface and Some Mechanisms of Their Formation // Dynamics of Atmospheres and Oceans 1992 V 16. P 279-304 26* Ermakov S A, Lubjako L V , Salashin S G Observations of film slicks and internal waves with Ka-band scatterometer//Proc PORSEC-92 1992 V2 P 1151-1154

27* Ermakov S A , Zuikova E M , Mujakshin S I, Frolov V V Manifestations of a current gradient on the sea surface in the persence of a surfactant film // The Air-Sea Interface Radio and acoustic sensing, turbulence and wave dynamics Umv Toronto Press Inc 1996 P 395-400

28* Ермаков С А , Салашин С Г Об эффекте сильной модуляции капиллярно-гравитационной ряби внутренними волнами // Доклады РАН 1994 Т 337, №1 С 108-111 29* Ермаков С А , Кияшко С В , Коннов И Р О возможности определения параметра упругости поверхностно-активных пленок по измерению затухания стоячих капиллярно-гравитационных волн // Изв РАН Физика атмосферы и океана 1996 Т 32, №4 С 544-547 30* Ермаков С А , Сергиевская И А , Щегольков Ю Б Лабораторные исследования кривизны гравитационно-капиллярных волн конечной амплитуды // Изв РАН Физика атмосферы и океана 1997 Т 33, №3 С 394-401

31* Ermakov S A, Zuikova ЕМ Sergievskaya I A, Shchegolkov YuB , Ki-jashko S V , Luchimn A G , da Silva J С Stapleton N, Scott J С Radar and Optical Measurements of Damping of Small-Scale Wind Waves in Artificial Slicks//Proc IGARSS'97 1997 P 1323-1327 32* da Silva J С , Ermakov S A , Robinson I S The character of short-period internal wave ERS SAR signatures at very low wind speeds // Space at the service of our environment Proc 3 ERS Symp ESA 1997 SP-414 P 1305-1310

33* Ermakov S A , da Silva J С , Robinson I S ERS SAR imaging of long period internal (tidal) waves // Space at the service of our environment Proc 3rd ERS Symp ESA 1997 SP-414 P 1299-1304 34* Da Silva J С , Ermakov S A , Robinson I S , Jeans D R G , Kijashko S V Role of surface films in ERS SAR signatures of internal waves on the shelf 1 Short-period internal waves // J Geophys Res 1998 V 103 No C4 P 8009-8031

35* Ermakov S A, da Silva J С , Robinson I S The role of surface films in SAR signatures of internal waves on the shelf II Internal tidal waves // J Geophys Res 1998 V 103 NoC4 P 8033-8043 36* Gade M , Alpers W, Ermakov S A, Huehnerfuss H , Lange P Wind-wave tank measurements of bound and freely propagating short gravity-capillary waves//J Geophys Res 1998 V 103, No C10 P. 21,697-21,709 37* Ermakov S A, Zuikova EM, Luchimn AG, Sergievskaya I A, Shchegolkov Yu В , Goldblat V Yu , Scott J С Remote measurements of damping and phase velocities of short wind waves in film slick // Sensing and Managing the Environment Proc IGARSS'98 Seattle, Washington, USA 1998 V 5 P 2562-2564

38* Ermakov S A, Sergievskaya I A, Zuikova E M , Goldblat V Yu , Shchegolkov Yu В , Scott J С Wave Tank Optical Measurements of Phase Velocities of Wind Waves // Sensing and Managing the Environment Proc IGARSS'98 Seattle, Washington, USA 1998 V 5 P 2553-2555 39* Ermakov S A, Sergievskaya IA , Zuikova E M , Goldblat V Yu, Scott J С Field studies of natural slicks due to internal waves // Remote Sensing of the

System Earth Proc IGARSS'99 Hamburg IEEE, Piscataway 1999 V 1 P 167-169

40* Da Silva, J С , Ermakov S A , Robinson I S Potter R ERS SAR observations of long internal waves with positive backscatter signatures // Remote Sensing of the System Earth Proc IGARSS'99 Hamburg IEEE, Piscataway 1999 V3 P 1481-1483 41* Ermakov S A, Da Silva J С , Robinson I S Radar signatures of internal waves in coastal zones // Верхний слой океана Физические процессы и дистанционное зондирование Н Новгород ИПФ РАН 1999 С 318-344 42* Ermakov S А, Sergievskaya IА, Zuikova Е М , Goldblat V Yu, Shche-golkov Yu В , Scott J С Wave Tank Study of the Damping of mm-Scale Wind Waves by Surface Films // Remote Sensing of the System Earth Proc IGARSS'99 Hamburg IEEE, Piscataway 1999 V 2 P 992-994 43* Ermakov SA, Sergievskaya I A, Shchegolkov YuB, Goldblat VYu Wave tank study of "cascade" modulation of bound capillary-gravity waves due to internal waves // Proc IGARSS'2000 IEEE, Piscataway, N J , USA 2000 V 3 P 1087-1089 44* Ermakov, S A, IA Sergievskaya, E M Zuikova, Yu В Shchegolkov, J С Scott, and N R Stapleton, Field Observations of Radar Backscatter Modulation and Radar Doppler Shifts in Slicks // Proc IGARSS'2000 IEEE, Piscataway, N J , USA 2000 V 4 P 1513-1515 45* Da Silva, J С , Ermakov S A , Robinson I S The role of surface films m SAR signatures of internal waves on the shelf III Mode transition // J Geo-phys Res 2000 V 105, CIO P 24,089-24,104 46* Ермаков С A , Кияшко С В , Сергиевская И А , Щегольков Ю Б Лабораторное моделирование перераспределения концентрации поверхностно-активных веществ в поле внутренних волн Препринт ИПФ РАН № 582 Нижний Новгород ИПФ РАН, 2001 12 с 47* Ermakov, S А, IA Sergievskaya, Е М Zuikova, Yu В Shchegolkov, J С Scott, and N R Stapleton, Wave tank modelling of strong modulation of radar backscatter due to long waves // Proc IGARSS'01 IEEE, Piscataway, N J , USA 2001 VIV P 1744-1746 48* Araujo IВ , da Silva J С , Ermakov S A , Robinson I S On the role of wind direction in ERS SAR signatures of internal waves on the Iberian shelf // Global Atmos Ocean Systems 2002 V 8 No 4 P 269-281 49* Ermakov S A, Sergievskaya I A, Shchegolkov Yu В , Kijashko S V, Scott J С , Stapleton N R Anormal Doppler shifts of radar signals backscattered from marine slicks // Proc IGARSS'02 IEEE, Piscataway, N J , USA 2002 V 5 P 2986-2988

50* Ermakov S A, Sergievskaya IA , Shchegolkov Yu В , Kijashko S V , Scott J С , Stapleton N R Wave tank studies of radar Doppler shifts in the presence of surfactant films on the water surface // Proc IGARSS'02 IEEE, Piscataway, N J , USA 2002 V 2 P 1111-1113

51* Ермаков С А , Сергиевская И А , Щегольков Ю Б Дистанционные исследования изменчивости ветровых волн в сликах на морской поверхности // Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы Материалы Юбилейной Всерос конф 10 лет РФФИ М Макс Пресс 2002 С 20-21 52* Ермаков С А , Сергиевская И А , Зуйкова Э М , Кияшко С В , Щегольков Ю Б Об эффекте изменения доплеровских сдвигов частоты радиолокационных сигналов в присутствии органических пленок на морской поверхности//Доклады РАН 2003 Т 388, №1 С 109-112 53* Ермаков С А , Сергиевская И А , Щегольков Ю Б Лабораторное исследование сильной модуляции радиолокационных сигналов при наличии длинных волн на воде с поверхностно-активной пленкой // Изв ВУЗов Радиофизика 2002 Т 45, №12 С 1025-1042 54* Ермаков CAO резонансном затухании гравитационно-капиллярных волн на воде, покрытой поверхностно-активной пленкой // Изв РАН Физика атмосферы и океана 2003 Т 39 №5 С 691-696 55* Ermakov S A The role of bound gravity-capillary waves in radar backscat-tenng from the sea surface //Proc Int Symp "Topical problems of nonlinear wave physics" N Novgorod IAP RAS, 2003 P 323-324 56* Ермаков С A , Сергиевская И A , Зуйкова Э М , Щегольков Ю Б Модуляция радиолокационных сигналов длинными волнами при рассеянии на морской поверхности, покрытой пленками поверхностно-активных веществ // Изв РАН Физика атмосферы и океана 2004 №1 С 102-111

57* Ермаков С А , Сергиевская И А , Кияшко С В , Щегольков Ю Б О роли "паразитной" капиллярной ряби при радиолокационном зондировании пленочных сликов на морской поверхности // Проявление глубинных процессов на морской поверхности Н Новгород ИПФ РАН, 2004 С 54-65

58* Ермаков CAO возможностях радиолокационной диагностики пленок на морской поверхности //Тез докл II открытой Всерос конф "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" М,2004 С 135 59* Ermakov S А , and Kijashko S V , Laboratory study of the damping of parametric ripples due to surfactant films // Marine surface films Springer 2006 P 113-128

60* Ermakov S A, Sergievskaya I A, Zuikova E M , Goldblat V Yu , Shche-golkov Yu В Wave tank study of phase velocities and damping of gravity-capillary wind waves in the presence of surface films // Marine surface films Springer 2006 P 129-143 61* Ермаков С A , Сергиевская И A , Гущин Л А Пленки на морской поверхности и их дистанционное зондирование Современные проблемы

дистанционного зондирования Земли из космоса // М Азбука-2000 2006 Вып 3 Т 2 С 86-98 62* Ермаков С А О механизме усиления ветровых волн дециметрового диапазона в пленочных сликах Препринт ИПФ РАН № 746 Н Новгород ИПФ РАН, 2007 12 с 63* Ермаков С А , Сергиевская И А , Гущин Л А , Щегольков Ю Б Радиолокационное зондирование органических и нефтяных пленок на морской поверхности // Проявления глубинных процессов на морской поверхности Н Новгород ИПФ РАН, 2007 С 66-81 64* Ermakov S А, Sergievskaya IА , Zuikova Е М , Shchegolkov Yu В , Goldblat V Yu Investigations of strong variability of small-scale wind waves using optical methods // Proc IV Int Conf "Current Problems of Natural Waters" Nizhny Novgorod 2007 P 135-139

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение 5

ГЛАВА 1. Линейные гравитационно-капиллярные волны на поверхности воды, покрытой пленкой поверхностно-активного вещества (ПАВ) 27 1 1 Введение 21 1 2 Теория затухания гравитационно-капиллярных волн на поверхности воды, покрытой упругой пленкой 31 I 2 1 Гравитационно-иапиллярные волны и волны Марангони 31 1 2 2 Коэффициент затухания гравитационно-капиллярных волн 37 1 3 Лабораторные исследования затухания гравитационно-капиллярных волн 41 1 3 1 Затухание волн в бассейне конечных размеров 41 13 2 Метод параметрически возбуждаемых волн 44 1 3 3 Измерения коэффициента затухания гравитационно-капиллярных волн 45 1 4 Лабораторные исследования характеристик мономолекулярных пленок на поверхности воды методом параметрически возбуждаемых волн 49 1 4 1 Коэффициент поверхностного натяжения 49

1 4 2 Коэффициент затухания волн и динамическая упругость пленок 51

1 5 Выводы к главе 1 56 ГЛАВА 2 Упругие свойства морских поверхностных пленок 58

2 1 Введение 58 2 2 Методики взятия проб морских пленок 61 2 3 Изотермы и упругий гистерезис в морских пленках 65

2 3 1 Изотермы морских пленок 66 2 2 2 Упругий гистерезис в пленках ПАВ 73

2 4 Упругость пленок и коэффициент поверхностного натяжения в сликах на морской поверхности 77 2 5 Выводы к главе 2 85 ГЛАВА 3. Спектры ветровых гравитационно-капиллярных волн в присутствии пленок ПАВ 87

3 1 Введение Общая формулировка задачи 87

3 2 Натурные эксперименты с искусственными сликами 92

3 3 Гашение пленками ветровых волн сантиметрового диапазона 98

3 3 1 Результаты экспериментов 98

3 3 2 Модель локального баланса 106

3 4 Гашение пленкой ветровых волн миллиметрового диапазона 109

3 5 Изменчивость ветровых волн дециметрового диапазона в присутствии пленок ПАВ 113

35 1 Эффект усиления дециметровых волн в слике Эксперимент 113

3 5 2 Физический механизм эффекта усиления и модель спектрального контраста дециметровых волн в сликах 118

3 6 0 возможности радиолокационной диагностики пленок 127

3 7 Выводы к главе 3 132 ГЛАВА 4 Динамика гравитационно-капиллярных волн и пленок ПАВ в поле переменных течений. Слики на морской поверхности 134

4 1 Введение Общая формулировка задачи 134 4 2 Динамика Пленок ПАВ в поле Новерхностных течений 138

4 2 1 Пленка в поле стационарных неоднородных течений 139 422 Пленка в поле внутренних волн 140

4 3 Механизмы изменчивости спектров ветровых волн в поле неоднородных течений в присутствии пленок ПАВ 153

4 4 Лабораторное моделирование кинематического механизма модуляции гравитационно-капиллярных волн внутренней волной 157

44 1 Модуляция регулярных гравитационно-капиллярных волн 159

44 2 Модуляция ветровых волн 170

4 5 Лабораторное моделирование механизма модуляции концентрации ПАВ внутренней волной 176

4 6 Натурные наблюдения проявлений внутренних волн на морской поверхности в присутствие пленок ПАВ 182

4 7 Радиолокационные спутниковые изображения внутренних волн на морской поверхности 196

4 8 Натурные наблюдения пленочных сликов в поле неоднородных течений и ветрового дрейфа 209 4 8 1 "Слик-сулой" в поле неоднородного океанического течения 209

4 82 Слики в поле неоднородного ветрового дрейфа 216

4 9 Выводы к главе 4 221 ГЛАВА 5 Сильнонелинейные гравитационно-капиллярные волны и влияние на них пленок ПАВ. 225

5 1 Введение Физический механизм генерации паразитной капиллярной ряби кру-

тыми гравитационно-капиллярными волнами 225

5 2 Лабораторное исследование характеристик паразитной ряби, возбуждаемой периодическими гравитационно-капиллярными волнами , 230

5 2 1 Характеристики паразитной капиллярной ряби 230 5 2 2 Влияние паразитной ряби на радиолокационное рассеяние 236

5 3 Лабораторное исследование кривизны гравитационно-капиллярных волн 241 5 4 Лабораторные исследования фазовой скорости ветровых волн см-мм диапазона и их гашения поверхностными пленками 252

5 4 1 Радиолокационные измерения фазовых скоростей мм-волн 252

5 4 2 Оптические измерения фазовых скоростей см-мм-волн 259

5 4 3 Гашение пленками ветровых волн см-мм-диапазонов 267

5 5 Эффект изменения доплеровского сдвига частоты радиолокационных сигналов мм-диапазона в сликах на морской поверхности 270

5 6 Каскадная модуляция паразитной ряби в поле внутренних волн 281

56 1 Лабораторное исследование каскадной модуляции 281

5 6 2 Натурные наблюдения каскадной модуляции 286

5 7 Модуляция ветровых волн мм-диапазона в поле длинных волн в сликах 289 5 7 1 Модуляционная передаточная функция и доплеровские сдвиги 290

5 7 2 Натурные исследования сильной модуляции радиолокационных сигналов под действием длинных волн на воде с пленкой ПАВ 294

5 7 3 Лабораторные исследования сильной модуляции радиолокационных сигналов длинными волнами в присутствии пленки ПАВ 303 5 8 Выводы к главе 5 . 313 Заключение 316 Список цитированной литературы 319

ЕРМАКОВ Станислав Александрович ДИНАМИКА

ГРАВИТАЦИОННО-КАПИЛЛЯРНЫХ ВОЛН В ОКЕАНЕ В ПРИСУТСТВИИ ПЛЕНОК ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Автореферат

Подписано к печати 25 04 08 Формат 60 х 90 Бумага офсетная № 1 Печать офсетная Уел печ л 2,5 Тираж 100 экз Заказ № 37(2008)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950, г Н Новгород, ул Ульянова, 46

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Ермаков, Станислав Александрович

Введение.

ГЛАВА 1. Линейные гравитационно-капиллярные волны на поверхности воды, покрытой пленкой поверхностно-активного вещества (ПАВ).

1.1. Введение.

1.2. Теория затухания гравитационно-капиллярных волн на поверхности воды, покрытой упругой пленкой.

1.2.1. Гравитационно-капиллярные волны и волны Марангони.

1.2.2. Коэффициент затухания гравитационно-капиллярных волн.

1.3. Лабораторные исследования затухания гравитационно-капиллярных волн.

1.3.1. Затухание волн в бассейне конечных размеров.

1.3.2. Метод параметрически возбуждаемых волн.

1.3.3. Измерения коэффициента затухания гравитационно-капиллярных волн.

1.4. Лабораторные исследования характеристик мономолекулярных пленок на поверхности воды методом параметрически возбуждаемых волн.

1.4.1. Коэффициент поверхностного натяжения.

1.4.2. Коэффициент затухания волн и динамическая упругость пленок.

1.5. Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. Упругие свойства морских поверхностных пленок.

2.1. Введение.

2.2. Методики взятия проб морских пленок.

2.3. Изотермы и упругий гистерезис в морских пленках.

2.3.1. Изотермы морских пленок.

2.2.2. Упругий гистерезис в пленках ПАВ.

2.4. Упругость пленок и коэффициент поверхностного натяжения в сликах на морской поверхности.

2.5. Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. Спектры ветровых гравитационно-капиллярных волн в присутствии пленок ПАВ.

3.1. Введение. Общая формулировка задачи.

3.2. Натурные эксперименты с искусственными сликами.

3.3. Гашение пленками ветровых волн сантиметрового диапазона.

3.3.1. Результаты экспериментов.

3.3.2. Модель локального баланса.

3.4. Гашение пленкой ветровых волн миллиметрового диапазона.

3.5. Изменчивость ветровых волн дециметрового диапазона в присутствии пленок ПАВ.

3.5.1. Эффект усиления дециметровых волн в слике. Эксперимент.

3.5.2. Физический механизм эффекта усиления и модель спектрального контраста дециметровых волн в сликах.

3.6. О возможностях радиолокационной диагностики пленок.

3.7. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. Динамика гравитационно-капиллярных волн и пленок ПАВ в поле переменных течений. Слики на морской поверхности.

4.1. Введение. Общая формулировка задачи.

4.2. Динамика пленок ПАВ в поле поверхностных течений.

4.2.1.Пленка в поле стационарных неоднородных течений.

4.2.2.Пленка в поле внутренних волн.

4.3. Механизмы изменчивости спектров ветровых волн в поле неоднородных течений в присутствии пленок ПАВ.

4.4. Лабораторное моделирование кинематического механизма модуляции гравитационно-капиллярных волн внутренней волной.

4.4.1. Модуляция регулярных гравитационно-капиллярных волн.

4.4.2. Модуляция ветровых волн.

4.5. Лабораторное моделирование механизма модуляции концентрации ПАВ внутренней волной.

4.6. Натурные наблюдения проявлений внутренних волн на морской поверхности в присутствии пленок ПАВ.

4.7. Радиолокационные спутниковые изображения внутренних волн на морской поверхности.

4.8. Натурные наблюдения пленочных сликов в поле неоднородных течений и ветрового дрейфа.

4.8.1. "Слик-сулой" в поле неоднородного океанического течения.

4.8.2. Слики в поле неоднородного ветрового дрейфа.

4.9. Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. Сильнонелинейные гравитационно-капиллярные волны и влияние на них пленок ПАВ.

5.1. Введение. Физический механизм генерации паразитной капиллярной ряби крутыми гравитационно-капиллярными волнами.

5.2. Лабораторное исследование характеристик паразитной капиллярной ряби, возбуждаемой периодическими гравитационно-капиллярными волнами.

5.2.1. Характеристики паразитной капиллярной ряби.

5.2.2. Влияние паразитной ряби на радиолокационное рассеяние.

5.3.Лабораторное исследование кривизны гравитационно-капиллярных волн.

5.4. Лабораторные исследования фазовой скорости мелкомасштабных ветровых волн см-мм диапазона и их гашения поверхностными пленками.

5.4.1. Радиолокационные измерения фазовых скоростей мм-волн.

5.4.2. Оптические измерения фазовых скоростей см-мм-волн.

5.4.3. Гашение пленками ветровых волн см-мм-диапазонов.

5.5. Эффект изменения доплеровского сдвига частоты радиолокационных сигналов мм-диапазона в сликах на морской поверхности.г.

5.6. Каскадная модуляция паразитной ряби в поле внутренних волн.

5.6.1.Лабораторное исследование каскадной модуляции.

5.6.2. Натурные наблюдения каскадной модуляции.

5.7. Модуляция ветровых волн мм-диапазона в поле длинных волн в сликах.

5.7.1. Модуляционная передаточная функция и доплеровские сдвиги.

5.7.2. Натурные исследования сильной модуляции радиолокационных сигналов под действием длинных волн на воде с пленкой ПАВ.

5.7.3. Лабораторные исследования сильной модуляции радиолокационных сигналов длинными волнами в присутствии пленки ПАВ.

5.8. Выводы к главе 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Динамика гравитационно-капиллярных волн в океане в присутствии пленок поверхностно-активных веществ"

Актуальность темы.

Эффективное освоение океана и, в частности, шельфовых зон в настоящее время основано на интенсивном использовании методов и средств дистанционного, прежде всего, аэрокосмического, зондирования морской поверхности и приповерхностных слоев океана и атмосферы (см., например, [1, 2] и приведенную там библиографию). Широкое развитие получили как активные (радиолокационные, лидарные), так и пассивные (СВЧ-радиометрия, оптические в условиях естественного освещения) средства дистанционной диагностики. Весьма перспективными, в частности, являются используемые в последние десятилетия спутниковые системы получения изображения океана в инфракрасном и оптических диапазонах, а также радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА), позволяющие получать радиоизображения морской поверхности с высоким разрешением (порядка 10 метров). Данные приборы являются эффективными инструментами для решения практических задач навигации, строительства гидротехнических сооружений, диагностики антропогенных загрязнений, оценки состояния ледового покрова, а также для исследования динамических процессов в океане, последнее, в свою очередь, крайне важно для изучения общей циркуляции океана и построения моделей изменений климата.

Важнейшим фактором, определяющим процессы рассеяния электромагнитных волн морской поверхностью, и, следовательно, характеристики сигналов оптических и радиолокационных систем зондирования океана, являются ветровые гравитационно-капиллярные волны (ГКВ). Перспективы развития дистанционных методов изучения океана определяются, поэтому, уровнем понимания процессов возбуждения, распространения и диссипации ГКВ в океане [3,4] и развития соответствующих моделей их спектра [5-9]. Для ветровых ГКВ характерна значительная изменчивость их характеристик, что содержит важнейшую информацию о динамических процессах в океане и атмосфере [10-12]. Неоднородности интенсивности ветрового волнения, наблюдаемые на аэрокосмических изображениях поверхности океана [13-18] могут бьггь вызваны фронтальными зонами, внутренними волнами, океаническими и атмосферными вихрями и т.д. и существенно различаться как по своей геометрии, так и по характеру изменений интенсивности (существование областей усиления, либо ослабления волнения).

Существенное влияние на характер изменчивости ветровых ГКВ оказывают пленки поверхностно-активных веществ (ПАВ), почти повсеместно, включая прибрежные зоны, присутствующие на поверхности океана. Обширная библиография по свойствам пленок и их воздействию на ГКВ приведена в [19-24]. Пленки, в т.ч. нефтяные, приводят к интенсивному гашению ГКВ [21-23], образуя участки пониженной интенсивности волнения (слики), что проявляется в изменении интенсивности радиолокационных и оптических сигналов, рассеянных морской поверхностью [19, 24-29], в частности, в появлении областей пониженной яркости на радиолокационных панорамах, получаемых с помощью РСА [28-30]. Концентрация ПАВ перераспределяется в поле скоростей поверхностных течений, связанных с динамическими атмосферными и океаническими процессами, поэтому пленочные слики могут использоваться и в качестве индикаторов этих процессов [10,12], и для получения количественной информации о характеристиках последних [29, 31]. Анализ механизмов образования сликов на морской поверхности ^ является, таким образом, весьма актуальной проблемой, связанной с возможностью получения информации о динамических процессах по данным дистанционных спутниковых наблюдений океана.

В зависимости от природы пленок (биогенные или антропогенные ПАВ) слики могут указывать на наличие зон высокой биологической продуктивности, либо зон загрязнений, в том числе, нефтяных. Поэтому исследование воздействия пленок на ветровые ГКВ, наряду с задачей дистанционной диагностики динамических процессов, приобрело значительную актуальность и в связи с возможностью ведения экологического мониторинга океана из космоса [1]. Весьма важным является также анализ роли пленок ПАВ в процессах тепло и газообмена на границе океан - атмосфера (см., например, [10, 20]). Наконец, изучение эффектов воздействия пленок на ветровые ГКВ представляет интерес и для исследования собственно динамики ветровых волн, поскольку использование пленок позволяет управлять процессами возбуждения, нелинейных взаимодействий и диссипации в спектре волнения.

Важно заметить, что характер воздействия пленок на ветровые ГКВ существенно зависит как от физических свойств пленок, так и от длины волн, поэтому в основе методов дистанционной, в частности, радиолокационной диагностики пленок ПАВ должен лежать анализ изменчивости волнения в сликах в различных диапазонах спектра ветровых ГКВ. При этом известные ранее данные об особенностях спектров ГКВ в пленочных сликах (см. [19-21, 30] и цитированную литературу) были явно недостаточны для развития количественных методов дистанционной диагностики пленок. Для решения данной задачи требовались систематические эксперименты, выполненные при различных метеоусловиях и, что весьма важно, для пленок с известными характеристиками (коэффициентом поверхностного натяжения и параметром упругости). При этом, вообще говоря, необходимо знание динамической упругости пленок, т.е. отвечающей диапазону частот исследуемых ГКВ, что требовало развития соответствующих методов измерения этого параметра.

Что касается второй части проблемы — механизмов образования пленочных сликов на морской поверхности, то здесь имелись, в основном, результаты теоретических исследований (так, в [32-34] рассматривалось перераспределение концентрации ПАВ в поле неоднородных течений и внутренних волн), прямые же экспериментальные свидетельства связи пленочных сликов с процессами в океане и атмосфере практически отсутствовали (в качестве исключения можно упомянуть исследования формирования пленочных сликов в следах за надводными судами [35]). Важным аспектом проблемы проявления динамических процессов на морской поверхности, в т.ч. в присутствии пленок ПАВ, является анализ физических механизмов воздействия переменных течений на ветровые ГКВ в разных диапазонах их спектра. Было установлено, в частности, что вариации спектра ветровых ГКВ дециметрового (дм) диапазона на переменных течениях в поле внутренних волн хорошо описывается кинематической моделью [36, 37], которая, однако, занижает уровни модуляции в спектре ГКВ с длинами менее 10 см и, соответственно, не позволяет объяснить сильные вариации интенсивности радиолокационных сигналов см-диапазона [38, 39]. Весьма актуален, поэтому, анализ физических механизмов и разработка моделей, которые позволили бы объяснить сильную модуляцию ГКВ сантиметрового и миллиметрового (см-мм-) диапазонов в поле переменных течений. Значительное развитие в настоящее время получила модель модуляции инкремента роста ветровых волн [40, 41]. Другой механизм сильной модуляции ГКВ ("каскадный" механизм), отмеченный впервые в [36] и связанный с влиянием нелинейности ГКВ, которая проявляется в присутствии в спектре ветровых ГКВ так называемых вынужденных волн [42, 43], в частности, "паразитной капиллярной ряби" [44-47], оставался фактически неисследованным.

Цель и задачи исследования.

Конкретные задачи работы:

- развитие методов определения физических характеристик пленок ПАВ; изучение упругих свойств морских пленок;

- исследование спектров ветровых ГКВ в присутствии пленок ПАВ;

- исследование механизмов сильной модуляции ветровых волн см-мм-диапазонов в поле переменных течений (внутренних и длинных поверхностных волн) при наличии пленок ПАВ.

Научная новизна работы.

В работе впервые получены перечисленные ниже следующие результаты.

1. Дано последовательное теоретическое объяснение механизма резонансного затухания ГКВ в присутствии упругой пленки.

2. Предложен метод параметрически возбуждаемых волн для измерения коэффициента затухания ГКВ и восстановления параметров пленок, обнаружен ряд особенностей упругих свойств морских пленок, в частности, релаксация и упругий гистерезис, установлено, что для сликов на морской поверхности характерно присутствие пленок с высокой упругостью.

3. Обнаружен эффект усиления волн дм-диапазона в присутствии пленки ПАВ и предложен физический механизм и модель явления, установлены основные закономерности гашения пленкой ветровых ГКВ см-мм-диапазона (в т.ч. наличие максимума степени гашения - контраста при слабом ветре в см-диапазоне и при умеренном ветре в мм-диапазоне), данные закономерности предложено использовать в качестве спектрального признака пленочных сликов при их многочастотном радиолокационном зондировании.

4. Теоретически показана возможность образования «пленочного предвестника» перед цугом внутренних волн (ВВ) в присутствии постоянного поверхностного течения, скорость которого превышает групповую скорость ВВ, показано, что модуляция концентрации ПАВ возрастает при приближении скорости течения к фазовой скорости ВВ (условие резонанса).

5. В лабораторном эксперименте дано экспериментальное подтверждение эффекта сильной модуляции ПАВ в поле ВВ при наличии резонансного течения.

6. В лабораторном эксперименте промоделирован кинематический механизм модуляции ГКВ в поле ВВ и показан резонансный характер модуляции ГКВ в гравитационной и в капиллярной области частот, развита теоретическая модель модуляции.

7. Дано прямое подтверждение действия пленочного механизма модуляции ветровых ГКВ и образования пленочных сликов в поле ВВ.

8. Обнаружены проявления приливных ВВ (длины волн 15-20 км) на радиолокационных изображениях океанского шельфа, предложена классификация различных типов радиоизображений коротких ВВ (длины волн 0,5-1 км), обнаружен эффект трансформации одного типа изображений коротких ВВ в другой в зависимости от положения коротких ВВ относительно фазы приливной ВВ, дана интерпретация различных типов радиоизображений ВВ.

9. Обнаружены проявления неоднородных течений на морской поверхности в присутствии пленок ПАВ в виде системы "слик-сулой", характеризуемой гашением см-волн пленкой в слике и усилением дм-волн в поле неоднородного течения в области сулоя.

10. Обнаружены слики, обусловленные концентрацией ПАВ в поле монотонного и осциллирующего ветровых фронтов.

11. В лабораторном эксперименте исследованы характеристики паразитной капиллярной ряби мм-диапазона, возбуждаемой крутыми ГКВ, установлен квазипороговый характер возбуждения ряби, построены гистограммы кривизны ветровых ГКВ и показана их асимметрия из-за асимметрии профиля ГКВ и наличия паразитной ряби, обнаружено усиление этой асимметрии в присутствии пленки.

12. На основе данных радиолокационных и оптических измерений, выполненных в ветроволновом бассейне, обнаружено отличие фазовых скоростей ветровых ГКВ см-мм-диапазонов от линейного дисперсионного уравнения и получены оценки относительной интенсивности вынужденных волн (в т.ч. паразитной ряби) в спектре ветровых см-мм-ГКВ на чистой воде и при наличии пленок ПАВ.

13. В натурном эксперименте обнаружен эффект изменения доплеровского сдвига частоты радиолокационных сигналов при наличии пленки ПАВ и получено, что знак и величина изменения доплеровских сдвигов существенно зависят от величины параметра упругости пленки.

14. В лабораторном эксперименте промоделирован механизм сильной (каскадной) модуляции паразитной капиллярной ряби в поле ВВ, даны подтверждения механизма каскадной модуляции в натурном эксперименте.

15. Обнаружен эффект усиления модуляции радиолокационных сигналов СВЧ-диапазона, обусловленной длинными поверхностными волнами в присутствии пленки ПАВ на морской поверхности, выполнено моделирование эффекта в ветроволновом бассейне и показано, что эффект связан с каскадной модуляцией паразитной ряби.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Коэффициент затухания ГКВ в присутствии пленки ПАВ определяется интенсивностью вихревой компоненты ГКВ, которую можно описать как вынужденную продольную волну, возбуждаемую потенциальной компонентой ГКВ. Интенсивность вынужденной продольной волны максимальна при величине упругости пленки, отвечающей условию близости фазовых скоростей продольной волны и ГКВ, что позволяет объяснить квазирезонансный характер зависимости коэффициента затухания ГКВ от упругости. Величины коэффициента затухания ГКВ и соответствующей упругости пленки могут быть определены на основе измерений порога параметрического возбуждения стоячих ГКВ в бассейне, совершающем вертикальные колебания (метод параметрически возбуждаемых волн). Для сликов на морской поверхности - областей пониженной интенсивности коротких ветровых ГКВ, характерно наличие пленок ПАВ с высокой упругостью.

2. Воздействие пленок ПАВ на ветровые ГКВ (в отсутствие переменных течений) характеризуется уменьшением интенсивности ГКВ в см-диапазоне их спектра, при этом степень гашения ГКВ (контраст) растет с ростом упругости пленки и с уменьшением длины волны и достигает максимума для ГКВ с длинами порядка и менее единиц см. Для ГКВ дм-диапазона возможен эффект усиления волн в присутствии пленки. Физическими механизмами воздействия пленок на ГКВ см-дм-диапазонов являются линейное вязкое затухание ГКВ, а также затухание дм-волн из-за взаимодействия с см-волнами. Особенности зависимости контраста от длины ГКВ могут быть использованы как спектральный признак при радиолокационной диагностике пленок.

3. Переменные течения формируют неоднородные распределения концентрации ПАВ и упругости пленок на морской поверхности, что приводит к образованию неоднородностей в распределении интенсивности коротких ветровых ГКВ (пленочный механизм воздействия переменных течений на ГКВ). Пленочный механизм может быть доминирующим для ГКВ см-диапазона и приводить к образованию сликов в поле различных динамических процессов - внутренних волн, конвергентных течений, неоднородностей поля ветра. Пленочный механизм, наряду с известными кинематическим механизмом и механизмом модуляции инкремента ветровых ГКВ, позволяет объяснить особенности вариаций спектра ветровых ГКВ в поле переменных течений и проявления этих течений в радиолокационных изображениях морской поверхности.

4. Сильная нелинейность ГКВ см-дм-диапазонов проявляется в присутствии в спектре волнения мм-диапазона вынужденных компонент (паразитной ряби). Фазовые скорости паразитной ряби соответствуют фазовым скоростям генерирующих их (несущих) ГКВ, а амплитуда ряби квазипороговым образом зависит от амплитуды несущих ГКВ. Данные особенности вынужденных компонент ветровых ГКВ определяют механизмы сильной изменчивости спектра волн мм-диапазона: каскадную модуляции ряби внутренними волнами, гашение пленкой ГКВ мм-диапазона, эффекты изменения доплеровских сдвигов частоты радиолокационных сигналов мм-диапазона, а также усиления модуляции радиолокационных сигналов из-за длинных волн в присутствии пленок ПАВ.

Научная и практическая значимость работы.

Результаты, касающиеся влияния пленок на спектры ветровых ГКВ могут быть использованы при разработке алгоритмов и аппаратуры для обнаружения пленок на морской поверхности, оценке их характеристик и различения на фоне сликоподобных (в частности, ветровых) аномалий. Обнаруженный эффект изменения в сликах доплеровских сдвигов частоты радиолокационных сигналов также можно использовать для целей дистанционной диагностики пленок, в частности, для уточнения величины их упругости. Важную научную и практическую значимость имеет развитый в работе метод измерения затухания ГКВ и полученные с его помощью данные по характеристикам пленок, пленки с измеренными характеристиками могут использоваться как эталонные в экспериментах по дистанционной диагностике сликов, а также для целей калибровки дистанционной аппаратуры.

Результаты, касающиеся механизма генерации паразитной капиллярной ряби, а также ее каскадной модуляции в поле внутренних и длинных поверхностных волн могут служить основой для совершенствования моделей ветрового волнения см-мм-диапазонов, что, в свою очередь, необходимо для развития методов дистанционного зондирования и интерпретации данных спутниковых наблюдений морской поверхности. В частности, результаты по каскадной модуляции паразитной ряби можно использовать для более точного определения амплитуды длинных ветровых волн по данным измерений радиолокационной модуляционной передаточной функции.

Полученные в диссертации результаты использовались в следующих исследовательских проектах, выполненных и выполняющихся под руководством автора: в проектах Российского фонда фундаментальных исследований 93-05-08126-а (19931995 гг.), 96-05-65087-а (1996-1998 гг.), 99-05-64797-а (1999-2001гг.), 01-05-79035-к (2001г.), 02-05-65102-а (2002-2004 гг.), 03-05-79053-к (2003г.), 04-05-79015-к (2004г.), 05-05-64137-а (2005-2007гг.), 05-05-79045-к (2005г.), 06-05-79018-к (2006г.), 07-05-10030-к (2007г.); Международного научно-технического центра (МНТЦ PI774, 20002001гг.); INTAS (№96-1665 "Organic slicks on the sea surface and their remote sensing", 1997-1999rr.; №03-51-4987 "Slicks as Indicators of Marine Processes", 2004-2007rr.; №8014 "Bound waves: dynamics and impact on remote sensing of the sea surface" 2006-2009rr.); INTAS-GMES ("OSCSAR", "DeCOP", 2004-2005rr.); INTAS-ESA ("MOPED", "DEMOSSS", 2006-2008гг.); а также при участии автора в проектах CRDF- Grant Assistant Program RGO-655; ФЦНТП Миннауки РФ (Госконтракт N 40.020.1.1.1171); ФЦП Миннауки РФ "Мировой океан" (II этап, 2003-2007 гг., госконтракт N 43.634.11.0014), ОФН РАН «Проблемы радиофизики» (2004-2006 гг.), научной школы акад. В.И Таланова (2005-2007гг.).

Апробация результатов работы и публикации.

Основные результаты диссертации докладывались на меэюдународных конференциях: Генеральной океанографической ассамблее (Акапулько, Мексика, 1988), Симпозиуме "Взаимодействие океана и атмосферы" (Марсель, Франция, 1993), II Европейской конференции по механике жидкости (Варшава, Польша, 1994), коллоквиуме Евромех

287 "Поверхностные сликн и мониторинг взаимодействия между океаном и атмосферой" (Ворвик, Великобритания, 1997), Международных симпозиумах по наукам о Земле и дистанционному зондированию - ЮАЛЗЭ (Сиэтл, США, 1998; Гамбург, Германия, 1999; Гонолулу, США, 2000; Сидней, Австралия, 2001;Торонто, Канада,

2002), симпозиуме Европейского космического агентства "Совместное использование МЕМЗМБАК для наблюдения морских сликов и мелкомасштабных процессов" (Италия,

2003), Международном симпозиуме "Тематические проблемы физики нелинейных волн" (Нижний Новгород, Россия, 2003), Международном американско-балтийском симпозиуме (Клайпеда, Литва, 2004), Генеральных ассамблеях Европейского геофизического общества (Ницца, Франция, 2004; Вена, Австрия, 2006), Международной конференции "Современные проблемы оптики естественных вод" (Нижний Новгород, 2007); на российских конференциях:

Всероссийской Юбилейной конференции РФФИ (Москва, 2002), Юбилейной всероссийской научной конференции (10 лет РФФИ) "Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы" (Москва, 2002), Школах по нелинейным волнам (Нижний Новгород, 2004, 2006), Открытых Всероссийских конференциях "Дистанционное зондирование Земли из космоса" (Москва, 2003, 2004, 2006); межведомственных конференциях "Проявления глубинных процессов на морской поверхности" (Н. Новгород, 2003, 2005, 2007); на приглашеных семинарах: в Университете Гамбурга (Германия, август, 1990; февраль, 1991; апрель, 2004), в Университете Флоренции (Италия, апрель, 1993; ноябрь, 1998), в Университете Саутгемптона (Великобритания, июнь, 1995; декабрь, 2003), в Военно-морской исследовательской лаборатории (США, Вашингтон, июнь, 1998), в Технологическом центре Винфрича (Великобритания, июль, 1999), в Университете Лиссабона (Португалия, ноябрь, 2000; ноябрь, 2002), в Университете Порту (Португалия, ноябрь, 2000), в Университете Гейдельберга (Германия, январь, 2002), в Университете Осло (Норвегия, апрель, 2007), в ИКИ РАН (Москва, апрель, 2003), а также на семинарах в ИПФ РАН.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [48-111], из них 20 статей в рецензируемых российских журналах, 12 статей в зарубежных рецензируемых журналах и изданиях, 22 работы в трудах конференций, 8 статей в тематических сборниках и 2 препринта.

Структура и объем работы.

Диссертации состоит из Введения, 5 глав и Заключения. Общий объем - 335 страниц, включая 144 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает 232 наименования, в том числе 64 работы по результатам диссертации.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Ермаков, Станислав Александрович

5.8. Выводы к главе 5.

В настоящей главе были рассмотрены эффекты сильной нелинейности ГКВ, связанные с несинусоидальностью профиля ГКВ см-дм-лиапазона, которое можно описывать как наличие вынужденных волн в спектре волнения — высших гармоник ГКВ и паразитной капиллярной ряби. Исследовано с использованием методов дистанционного зондирования влияние вынужденных волн на характеристики мелкомасштабного ветрового волнения и его изменчивость под действием неоднородных течений (внутренних и длинных поверхностных волн) как для чистой поверхности воды, так и в присутствии пленок. Перечислим основные полученные в гл. 5 результаты.

В условиях лабораторного эксперимента было установлено, что паразитная капиллярная рябь возбуждается крутыми ГКВ, имеющими длины от 3-4 см до 20-30 см, рябь квазистационарна, т.е. ее фазовая скорость близка к фазовой скорости несущих ГКВ. Характерная длина паразитной ряби вблизи гребней несущих ГКВ слабо зависит от крутизны и от частоты несущих волн и имеет величины порядка 0,50,7 см. Крутизна паразитной ряби как функция крутизны несущих ГКВ носит квазипороговый характер, возбуждение ряби начинается при значениях крутизны ГКВ порядка 0,1-0,12. Наличие пленки приводит к существенному ослаблению источника генерации паразитной ряби.

В лабораторных условиях исследовано влияние вынужденных волн (паразитной ряби) на характеристики коротких ветровых волн дм-мм-диапазонов. Построены функции распределения кривизны периодических крутых ГКВ, а также ветровых ГКВ, иллюстрирующие асимметрию профиля и генерацию паразитной ряби крутыми энергонесущими волнами см-дм-диапазона. Показано, что наличие пленки приводит к "регуляризации" ветрового волнения, проявляющейся в сужении функций распределения кривизны и росте их асимметрии, что обусловлено подавлением свободных ветровых мелкомасштабных волн, более сильным, чем гашение вынужденных волн, связанных с энергонесущими ГКВ см-дм-диапазона.

В ветроволновом бассейне измерены с использованием радиолокационных и оптических методов фазовые скорости ГКВ см-мм-диапазонов. Показано, что в спектре квазипериодической дециметровой ГКВ присутствуют гармоники сантиметрового диапазона длин волн, фазовые скорости которых равны фазовой скорости дм-волны. Фазовые скорости ветровых ГКВ см-мм-диапазонов, вообще говоря, не удовлетворяют линейному дисперсионному уравнению и зависят от фазовых скоростей энергонесущих см-дм-компонент спектра волнения. На основе анализа измеренных в эксперименте фазовых скоростей даны оценки относительной интенсивности вынужденных компонент в спектре ветрового волнения см-мм-диапазонов как на чистой воде, так и при наличии пленок ПАВ, показано, что интенсивность вынужденных волн существенно зависит от скорости ветра и разгона и, в условиях экспериментов, несколько возрастает в присутствии пленки ПАВ. Показано, что спектральный контраст при наличии пленки ПАВ имеет максимум в области длин волн порядка 5-8 мм, что качественно согласуется с данными натурных экспериментов и, очевидно, является следствием вклада вынужденных волн в спектр ветровых ГКВ.

В натурных экспериментах по радиолокационному зондированию морской поверхности обнаружен эффект изменения в пленочных сликах доплеровского сдвига частоты радиолокационных сигналов. Получено, что знак и величина разности доплеровских сдвигов в слике и фоне существенно зависят от параметра упругости пленки. Дано объяснение эффекта, основанное на том, что фазовые скорости ветровых мм-см-волн и соответствующие доплеровские сдвиги определяются скоростями как свободных ГКВ, так и вынужденных волн (паразитной капиллярной рябью и высшими гармониками см-дм-ГКВ); относительные интенсивности свободных и вынужденных компонент меняются в сликах, что приводит к изменению результирующей фазовой скорости ряби

В лабораторном эксперименте промоделирован механизм двухступенчатой ("каскадной") модуляции паразитной капиллярной ряби внутренней волной, который связан с модуляцией (которая может быть сравнительно слабой) несущих см-дм-ГКВ непосредственно полем переменного течения во внутренней волне и сильной модуляцией паразитной ряби в силу нелинейной (квазипороговой) зависимости ее крутизны от крутизны несущих ГКВ. Получено, что коэффициент модуляции ряби существенно (на порядок величины) превышает коэффициент модуляции несущих см-дм-ГКВ. Получены подтверждения механизма каскадной модуляции в натурном эксперименте в ходе исследований изменчивости радиолокационных сигналов Ка-диапазона, а также спектра ветровых ГКВ см-дм-диапазонов в поле ВВ. Показано, что коэффициент модуляции мм-ряби существенно (в несколько раз) превышает коэффициент модуляции ветровых ГКВ см-дм-диапазонов, при этом вариации интенсивности мм-ряби в поле внутренней волны находятся в фазе с вариациями интенсивности см-дм-ГКВ с длинами, меньшими 40 см, что подтверждает механизм каскадной модуляции, обусловленный наличием паразитной капиллярной ряби.

В натурных экспериментах получено, что модуляция радиолокационных сигналов Зсм и 8мм скаттерометров под действием длинных поверхностных волн существенно меняется в присутствии поверхностно-активной пленки, значительно (до 10 раз) увеличиваясь по модулю в зонах пленочных сликов. Эффект усиления модуляции сигнала Ка-диапазона под действием длинных волн промоделирован в условиях лабораторного эксперимента. Получено, что коэффициент модуляции увеличивается с концентрацией ПАВ при сравнительно больших скоростях ветра и волновых разгонах, при слабом ветре и малых разгонах модуляция не возрастает. Показано, что наблюдаемая в натурных и лабораторных экспериментах сильная модуляция в сликах не объясняется в рамках имеющихся теоретических моделей модуляции свободных см-мм-волн (геометрического, кинематического, ветрового и пленочного механизмов) и связана с механизмом "каскадной" модуляции вынужденных волн. На основе анализа радиолокационных доплеровских сдвигов в условиях лабораторного моделирования сделано заключение, что эффект роста модуляции с концентрацией ПАВ обусловлен ростом доли вынужденных компонент в спектре ветровых мм-волн.

Заключение.

Ниже перечислены основные результаты диссертации.

1. Дано теоретическое объяснение механизма резонансного затухания ГКВ в присутствии упругой пленки. Показано, что коэффициент затухания ГКВ определяется интенсивностью вихревой компоненты ГКВ, которая может быть описана как вынужденная продольная волна, возбуждаемая потенциальной компонентой ГКВ. Интенсивность вынужденной продольной волны и коэффициент затухания ГКВ максимальны при величине параметра упругости пленки, отвечающей условию близости фазовых скоростей продольной волны и ГКВ.

2. Предложен лабораторный метод измерения коэффициента затухания ГКВ, основанный на эффекте параметрического возбуждения ГКВ в вертикально осциллирующем бассейне. По результатам измерений коэффициента затухания ГКВ восстановлены величины динамической упругости пленок ряда ПАВ, использованных в экспериментах с искусственными сликами, а также упругости морских пленок.

3. С использованием разработанных методик взятия образцов пленок с морской поверхности исследованы упругие свойства морских пленок, обнаружены эффект релаксации ПАВ и упругий гистерезис в пленках, последний, согласно результатам лабораторного моделирования, связан с неоднородностью макроскопической структуры пленок. Получено, что величины статической и динамической упругости пленок в сликах на морской поверхности достигают величин порядка 20-40 мНУм, а вне сликов не превышают нескольких мН/м.

4. В натурных экспериментах с использованием дистанционных методов измерений ветровых волн установлены основные особенности воздействия пленок на ГКВ различных спектральных диапазонов: рост степени гашения волн (контраста) с уменьшением длины ГКВ и с ростом упругости пленки, наличие максимума контраста в см-диапазоне ГКВ при слабом ветре (~1 м/с) и в мм-диапазоне при умеренном ветре. Обнаружен эффект усиления ГКВ дм-диапазона в пленочных сликах. Предложен физический механизм эффекта усиления, связанный с изменением в слике коэффициента затухания дм-волн из-за модуляции волн см-диапазона. Развита модель изменчивости спектров коротких ГКВ в пленочных сликах; полученные особенности контраста предложено использовать как спектральный признак пленочных сликов при их радиолокационной диагностике.

5. Теоретически показана возможность образования «пленочного предвестника» (ненулевых вариаций концентрации ПАВ перед цугом внутренних волн (ВВ) в присутствии постоянного поверхностного течения, скорость которого превышает групповую скорость ВВ. Показано, что модуляция концентрации ПАВ усиливается при приближении скорости течения к фазовой скорости ВВ (условие резонанса). В лабораторном эксперименте дано подтверждение эффекта сильной модуляции ПАВ в поле ВВ при наличии резонансного течения.

6. В условиях лабораторного эксперимента выявлены основные особенности кинематического механизма модуляции периодических и ветровых ГКВ под действием ВВ, показан резонансный характер модуляции как в гравитационной, так и в капиллярной области частот ГКВ, развита теоретическая модель, показано хорошее согласие теории и эксперимента.

7. В условиях комплексных натурных экспериментов дано подтверждение действия пленочного механизма воздействия ВВ на ветровые ГКВ, связанного с модуляцией концентрации ПАВ и соответствующими вариациями интенсивности ветровых ГКВ см-диапазона в поле ВВ, а также подтверждение совместных проявлений пленочного и кинематического механизмов модуляции ветровых ГКВ внутренней волной, получено согласие результатов экспериментов с теорией. Обнаружены различные типы радиоизображений коротких ВВ в виде полос с вариациями яркости разного знака, а также проявления длинных приливных ВВ на радиолокационных изображениях океанского шельфа, выявлен эффект трансформации одного типа изображения коротких ВВ в другой при изменении их положения относительно фазы приливной ВВ, дана интерпретация различных типов изображений ВВ на основе кинематического и пленочного механизмов и изменения инкремента ветровых ГКВ в поле ВВ.

8. Обнаружены проявления неоднородных течений на морской поверхности в виде системы "слик-сулой", характеризуемой сильным квазиизотропным гашением см-волн пленкой ПАВ в слике (пленочный механизм) и анизотропным усилением дм-волн в области градиента течения в сулое (кинематический механизм). Обнаружены слики, обусловленные перераспределением ПАВ в поле дрейфовых течений, связанных с монотонным и осциллирующим ветровыми фронтами.

9. В условиях лабораторного эксперимента исследованы характеристики паразитной капиллярной ряби, возбуждаемой крутыми ГКВ см-дм-диапазонов, установлены квазистационарность ряби, ее характерные длины и пороговый характер зависимости крутизны ряби от крутизны несущих ГКВ; получены гистограммы кривизны ветровых ГКВ и показана их асимметрия, обусловленная асимметрией профиля крутых ГКВ и наличием паразитной ряби. На основе результатов радиолокационных и оптических измерений показано, что фазовые скорости ветровых ГКВ см-мм-диапазонов не удовлетворяют дисперсионному уравнению линейных ГКВ из-за присутствия в спектре ветровых волн вынужденных компонент (в т.ч. паразитной ряби), получены оценки относительной интенсивности вынужденных волн на чистой воде и при наличии пленок ПАВ.

10. Обнаружен в натурном эксперименте и промоделирован в лабораторных условиях эффект изменения доплеровского сдвига частоты радиолокационных сигналов и соответствующее изменение эффективной фазовой скорости ГКВ мм-диапазона в присутствии пленки ПАВ. Получено, что знак и величина изменения доплеровского сдвига существенно зависят от величины упругости пленки. Дано физическое объяснение явления, основанное на различиях в степени гашения пленкой свободных и вынужденных компонент ветровых ГКВ.

11. В лабораторном эксперименте обнаружен эффект сильной (каскадной) модуляции интенсивности паразитной капиллярной ряби в поле внутренней волны. Показано, что коэффициент модуляции ряби в несколько раз превышает коэффициент модуляции ГКВ дм-см-диапазонов. Дано подтверждение действия механизма каскадной модуляции в натурном эксперименте. Обнаружен эффект усиления модуляции интенсивности радиолокационного сигнала мм-диапазона в поле длинных поверхностных волн в присутствии пленки ПАВ, показано, что коэффициент модуляции в пленочных сликах возрастает в 5-7 раз. Выполнено лабораторное исследование эффекта, показано, что усиление модуляции связано с каскадной модуляцией паразитной ряби и сильным гашением пленкой свободных ГКВ мм-диапазона.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Ермаков, Станислав Александрович, Нижний Новгород

1. Бондур В.Г. Аэрокосмические методы в современной океанологии. Новые идеи в океанологии. Т.1. Физика. Химия. Биология. М: Наука, 2004. С. 55-117.

2. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сб. научных статей (ред. Е.А. Лупян, О.Ю. Лаврова). 2006. Вып. 3. Т.1. 373 с. Т.2. 388 с. М.: "Азбука-2000"

3. Филлипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. Л: Гидрометеоиздат. 1980.320 с.

4. Ле Блон П., Майсек Л. Волны в океане. Т. 1,2. М.: "Мир". 1981. 480 е., 366 с.

5. Пелиновский Е.Н. Линейная теория установления и изменчивости ветрового волнения при слабом ветре. Изв. АН СССР ФАО. 1978. Т.14. №11. С.1167-1176.

6. Захаров В.Е., Заславский М.М. Кинетическое уравнение и колмогоровские спектры в теории слабой турбулентности ветровых волн. Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана. 1982.Т.18.С.747-753.

7. Phillips О.М. Spectral and equilibrium properties of the equilibrium range in the windgenerated gravity waves. J. Fluid Mech. 1985. V.156. P. 505-531.

8. Donelan M.A., Pierson W.J. Jr. Radar scattering and equilibrium ranges in wind-generated waves with application to scatterometry. J.Geophys. Res. 1987.V.92. P.4971-5029.

9. Кудрявцев B.H. Физическая модель спектра капиллярно-гравитационной ряби. Мор. гидрофиз. журн. 1996. №2. С. 3-14.

10. Монин А.С., Красицкий В.П. Явления на поверхности океана. Л.: Гидрометеоиздат. 1985. 375 с.

11. Федоров К.Н., Гинзбург А.И. Приповерхностный слой океана. Л. Гидрометеоиздат, 1988. 304 с.

12. Приповерхностный слой океана. Физические процессы и дистанционное зондирование. Н.Новгород: ИПФ РАН. 1999. 444с.

13. Apel J.R., Byrne М., Proni J.R., Charnell R.L. Observations of oceanic internal and surface waves from the Earth Resourses Technology Satellite. J. Geophys. Res. 1975. V. 80. P. 865-881.

14. Vesecky J.E., Stewart R.H. The observation of ocean surface phenomena using imagery from the SEASAT synthetic aperture radar. J.Geophys. Res. 1982. V.87(C5). P.3397-3430.

15. Thompson D. R., Gasparovic R.F. Intensity modulation in SAR images of internal waves, Nature. 1986. V. 320. P.345-348.

16. Alpers W. Measurement of mesoscale oceanic and atmospheric phenomena by ERS-1 SAR: The Radio Science Bulletin No. 275. 1995. P. 14-22.

17. Булатов М.Г., Кравцов Ю.А., Лаврова О.Ю. и др. Физические механизмы формирования аэрокосмических радиолокационных изображений океана. УФН. 2003.Т. 173. № 1.С. 69-87.

18. Sabinin К., Serebryany A. Intense short-period internal waves in the ocean. J. Marine Res. 2005. V.63.P.227-261.

19. Scott J.C., Thomas N.H. Sea surface slicks surface chemistry and hydrodynamics in radar remote sensing, in 'Wind-over-wave couplings. Perspectives and prospects' (eds. Sajjadi, Thomas and Hunt). Clarendon Press, Oxford. 1999. P.221-229.

20. Marine surface films, (ed. M.Gade, H. Huehnerfuss, G. Korenovski). Springer. 2006. 341 P

21. Alpers W, Huehnerfuss H. The damping of ocean waves by surface films: A new look at an old problem. J.Geophys. Res. 1989. V.94. No. C5. P. 6251-6266.

22. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз. 1959. 699 с.

23. Lucassen-Reynders E.N., Lucassen J. Properties of capillary waves. J.Adv.Coll.Int.Sci. 1969. V.2. P.347-395.

24. Scott J.C. Oil slicks still the waves. Nature. 1989. V. 340.P. 601-602.

25. Alpers W., Huehnerfuss H. Radar signatures of oil films floating on the sea surface and the Marangoni effect. J.Geophys. Res. 1988. V.93. No. C4. P. 3642-3648.

26. Onstott R., Rufenach C. Shipboard active and passive microwave measurement of ocean surface slicks off the Southern Californian coast. J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P. 53155323.

27. Fingas M., Brown C. Remote sensing of oil spills. Infrared&visible cameras, laser fluorosensor, radar satellite sensors, ancillary equipment utility. Sea Technology. 1997. V. 38.N.9. P.37-48.

28. Yachon P.W., Borstad G.A., and Thomson R.E. Airborne SAR observations of mesoscale ocean features. Can. J. Remote Sens. 1992. V.18. P. 152-165.

29. Ochadlick A.R., Cho P., and Evans-Morgis J. Synthetic aperture radar observations of currents collocated with slicks. J. Geophys. Res. 1992. V.97. P. 5325-5330.

30. Gade M., Alpers W., Huehnerfuss H., Masuko H., and Kobayashi T. Imaging of biogenic and anthropogenic ocean surface films by the multifrequency/multipolarization SIR-C/X-SAR. J.Geophys.Res. 1998. V.103. No.C9. P. 18,851-18,866.

31. Lyzenga D.R., Marmorino G.O. Measurements of surface currents using seguenta; synthetic aperture radar images of slick patterns near the edge of the Gulf Stream. J. Geophys. Res. 1998. V. 103. No. C9. P. 18769-18777.

32. Козлов С.И., Пелиновский Е.Н., Талипова Т.Г. Динамика пленок поверхностно-активных веществ на морской поверхности при прохождении внутренних волн. Морской гидрофизический журнал. 1987. N 4. С. 3-8.

33. Пелиновский Е.Н., Козлов С.И., Талипова Т.Г. Динамика пленок поверхностно-активных веществ в поле неоднородных течений. Метеорология и гидрология. 1987. №1. С.84-89.

34. Dysthe К. On surface renewal and sea slicks. In Marine surface films (ed. M.Gade, H. Huehnerfuss, G. Korenovski). Springer. 2006. P. 65-74.

35. Peltzer R.D., Griffin O.M., Barger W.D., and Kaiser J.A.C. High resolution measurements of surface-active film redistribution in ship wakes. J. Geophys. Res. 1992. V. 97. No. C4. P. 5231-5252.

36. Hughes B.A., Grant H.L. The effect of internal waves on surface wind waves. 1. Experimental measurements. Hughes B.A. The effect of internal waves on surface wind waves. 2. Theoretical analysis. J.Geophys.Res. 1978. V.83, NCI. P. 443-454,455-469.

37. Басович А.Я., Баханов B.B., Таланов В.И. Влияние интенсивных внутренних волн на ветровое волнение (кинематическая модель). Воздействие крупномасштабных внутренних волн на морскую поверхность. Горький: ИПФ АН СССР, 1982. С.8-30.

38. Apel J.R., Gasparovic R.F., Thompson D.R., and Gotwols B.L. Signatures of Surface Wave/Internal Wave Interactions: Experiment and Theory. Dyn. Atmos. Oceans. 1988. V.12. P. 89-106.

39. Басович А.Я., Баханов B.B., Браво-Животовский Д.М., Гордеев Л.Б., Жидко Ю.М., Муякшин С.И. О корреляции изменений спектральной плотности сантиметровых и дециметровых поверхностных волн в поле внутренней волны. ДАН СССР. 1988. Т. 298. №4. С. 967-971.

40. Troitskaya Yu.I. Modulation of the growth rate of short surface capillary-gravity wind waves by a long wave. J.Fluid Mech. 1994. V.273. P. 169-187.

41. Троицкая Ю.И. Квазилинейная модель модуляции коротких поверхностных волн, возбуждаемых турбулентным ветром в присутствии волн зыби. Препринт ИПФ РАН №607. Н.Новгород. 2000. 17 с.

42. Plant W.J., Keller W.C., Hesany V., Нага Т., Bock Е., Donelan М. Bound waves and Bragg scattering in a wind wavetank. J. Geophys. Res. 1999. V.104. No.C2. P. 3243-3263.

43. Rozenberg A.D., Ritter M.J., Melville W.K., Gottschall K., Smirnov A. Free and bound capillary waves as microwave scatterers: Laboratory studies. IEEE Trans. Geosci. Rem. Sensing. 1999. V. 37. No.2. P. 1052-1065.

44. Longuet Higgins M.S. The generation of capillary waves by steep gravity waves. J.Fluid Mech. 1963. V. 16. P. 138-159.

45. Ruvinsky K.D., Feldstein F.I., Freidman G.I. Numerical simulation of the quasistationary stage of ripple exitation by steep gravity-capillary waves. J.Fluid Mech. 1991. V.230. P. 339-359.

46. Perlin M., Lin H., Ting C.-L. On parasitic capillary waves generated by steep gravity waves: an experimental investigation with spatial and temporal measurements. J. Fluid Mech. 1993. V.2, P. 417-445.

47. Longuet-Higgins M. Parasitic capillary waves: a direct calculation. J. Fluid Mech. 1995. V.301. P.79-107.

48. Ермаков C.A., Пелиновский E.H., Талипова Т.Г. О влиянии пленок поверхностно-активных веществ на изменения спектров ветрового волнения под действием внутренних волн. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1980. Т. 16. №11. С.1068-1076.

49. Ермаков С.А., Пелиновский Е.Н. Воздействие внутренних волн на морскую поверхность. Нелинейные волны. М.: Наука. 1983. С.240-252.

50. Ермаков С.А., Козлов С.И., Показеев К.В., Розенберг А.Д. Лабораторное исследование влияния внутренней волны на регулярные поверхностные волны. Океанология. 1982. Т.22. Вып.2. С.204-210.

51. Ермаков С.А. Лабораторные исследования воздействия внутренних волн на поверхностное волнение. Воздействие интенсивных внутренних волн на морскую поверхность. Горький: ИПФ АН СССР. 1982. С. 168-188.

52. Ермаков С.А., Пелиновский Е.Н., Талипова Т.Г. Пленочный механизм воздействия внутренних волн на ветровую рябь. Воздействие интенсивных внутренних волн на морскую поверхность. Горький: ИПФ АН СССР. 1982. С.31-51.

53. Ермаков С.А., Саланган С.Г. Модуляция гравитационно-капиллярных волн в поле внутренней волны. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1984. Т.20. N5. С. 394-404.

54. Ermakov S.A. Modulation of surface waves in the internal wave field. Nonlinear and Turbulent Processes in Physics (ed. R.Z.Sagdeev). N.Y. 1984. V.2. P. 763-770.

55. Браво-Животовский Д.М., Долин Л.С., Ермаков C.A., Зуйкова Э.М., Лучинин А.Г., Титов В.И. Эффект усиления дециметровых ветровых волн в зоне нефтяного слика. Доклады АН СССР. 1984. Т.276. N5. С.1243-1246.

56. Ermakov S.A., Pelinovsky E.N. Variation of the spectrum of wind ripple on coastal waters under the action of internal waves. Dyn. Atmos. Oceans. 1984. V.8. P. 95-100.

57. Ермаков C.A., Панченко A.P, Талипова Т.Г. Гашение высокочастотных ветровых волн искусственными поверхностно-активными пленками. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т.21. N1. С.76-82.

58. Демин Б.Т., Ермаков С.А., Пелиновский E.H., Талипова Т.Г., Шереметьева А.И. Исследование упругих свойств морских поверхностно-активных пленок. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т.21. N4. С. 410-416.

59. Ермаков С.А., Талипова Т.Г. Упругий гистерезис в морских поверхностно-активных пленках. Доклады АН СССР. 1985. Т.281. N4. С. 941-944.

60. Ermakov S.A., Zujkova Е.М., Panchenko A.R., Salashin S.G., Talipova T.G., Titov V.l. Surface film effect on short wind waves. Dynamics of Atmospheres and Oceans. 1986. V.10. P. 31-50.

61. Ермаков C.A., Зуйкова Э.М., Салашин С.Г. Трансформация спектров коротких ветровых волн в пленочных сликах. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1987. Т.23. N7. С. 707-715.

62. Ермаков С.А. О затухании длинных волн на коротких поверхностных волнах. Физика и химия океана. Тез. докл. III съезда советских океанологов. Л.Тидрометеоиздат. 1987. С. 88-89.

63. Ермаков С.А., Салашин С.Г. Изменчивость коротких ветровых волн в пленочных сликах. Физика и химия океана. Тез. докл. III съезда советских океанологов. Л.гГидрометеоиздат. 1987. С. 91-92.

64. Ермаков С.А. Пленочные слики на морской поверхности. Методы гидрофизических исследований. Волны и вихри. Горький. 1987. С.259-277.

65. Ермаков С.А., Рувинский К.Д., Салашин С.Г. О локальной связи характеристик ряби на гребнях гравитационно-капиллярных волн с их кривизной. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1988. Т.24. N7. С. 771-773.

66. Василиненко Н.И., Ермаков С.А., Иванов A.B., Панченко А.Р., Салашин С.Г., Троицкая Ю.И. Проявления внутренних волн на морской поверхности в присутствии поверхностно-активной пленки. Доклады АН СССР. 1989. Т. 307. N5. С.1235-1238.

67. Ермаков С.А. О влиянии течения на динамику поверхностной пленки в поле внутренней волны. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т.26. N3. С. 329-332.

68. Ермаков С.А., Панченко А.Р., Салашин С.Г. Проявления на морской поверхности ветровых фронтов в присутствии поверхностно-активной пленки. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т.26. N8. С. 883-886.

69. Ermakov S.A., Panchenko A.R., Salashin S.G. Remote Sensing of Natural Films on the Sea Surface. Remote Sensing: Global Monitoring for Earth Management. Proc. IGARSS' 91. IEEE. 1991. V.4. P. 2343-2345.

70. Ermakov S.A., Panchenko A.R., Salashin S.G. Film Slicks on the Sea Surface and Some Mechanisms of Their Formation. Dynamics of Atmospheres and Oceans. 1992. V.16. P. 279-304.

71. Ermakov S.A., Lubjako L.V., Salashin S.G. Observations of film slicks and internal waves with Ka-band scatterometer. Proc. PORSEC-92 . 1992. V.2. P.l 151-1154. ■

72. Ермаков C.A., Салашин С.Г. Об эффекте сильной модуляции капиллярно-гравитационной ряби внутренними волнами. Доклады РАН. 1994. Т.337. №1. С. 108111.

73. Ермаков С.А., Кияшко С.В., Коннов И.Р. О возможности определения параметра упругости поверхностно-активных пленок по измерению затухания стоячих капиллярно-гравитационных волн. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1996. Т.32. №4. С.544-547.

74. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Щегольков Ю.Б. Лабораторные исследования кривизны гравитационно-капиллярных волн конечной амплитуды. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1997. Т.ЗЗ. №3. С.394-401.

75. Ermakov S.A., Zuikova Е.М. Sergievskaya I.A., Shchegolkov Yu.B., Kijashko S.V., Luchinin A.G., da Silva J.C. Stapleton N., Scott J.C. Radar and Optical Measurements of

76. Damping of Small-Scale Wind Waves in Artificial Slicks. Proc. IGARSS'97. 1997. P. 1323-1327.

77. Da Silva J.C., Ermakov S.A., Robinson I.S. The character of short-period internal wave ERS SAR signatures at very low wind speeds. Space at the service of our environment. Proc. 3 ERS Symp. ESA. 1997. SP-414. P. 1305-1310.

78. Ermakov S.A., da Silva J.C., Robinson I.S. ERS SAR imaging of long period internal (tidal) waves. Space at the service of our environment, Proc. 3rd ERS Symp. ESA. 1997. SP-414. P. 1299-1304.

79. Da Silva J.C., Ermakov S.A., Robinson I.S., Jeans D.R.G., Kijashko S.V. Role of surface films in ERS SAR signatures of internal waves on the shelf. 1. Short-period internal waves. J. Geophys. Res.1998. V.103. No.C4. P.8009-8031.

80. Ermakov S.A., da Silva J.C., Robinson I.S. The role of surface films in SAR signatures of internal waves on the shelf. II. Internal tidal waves. J. Geophys. Res. 1998. V.103. No.C4. P.8033-8043.

81. Gade M., Alpers W., Ermakov S.A., Huehnerfuss H., Lange P. Wind-wave tank measurements of bound and freely propagating short gravity-capillary waves. J. Geophys. Res. 1998. V.103. No. СЮ. P.21,697-21,709.

82. Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., Zuikova E.M., Goldblat V.Yu., Scott J.C. Field studies of natural slicks due to internal waves . "Remote Sensing of the System Earth". Proc. IGARSS'99. Hamburg. IEEE, Piscataway. 1999. V.l. P.167-169.

83. Da Silva, J.C., Ermakov S.A., Robinson I.S. Potter R. ERS SAR observations of long internal waves with positive backscatter signatures. "Remote Sensing of the System Earth". Proc. IGARSS'99 .Hamburg. IEEE, Piscataway. 1999. V.3. P.1481-1483.

84. Ermakov S.A., Da Silva J.C., Robinson I.S. Radar signatures of internal waves in coastal zones. Верхний слой океана физические процессы и дистанционное зондирование. Н.Новгород: ИПФ РАН. 1999. С.318-344.

85. Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., Shchegolkov Yu.B., Goldblat V.Yu. Wave tank study of "cascade" modulation of bound capillary-gravity waves due to internal waves. Proc.IGARSS 2000. IEEE, Piscataway, N.J., USA. 2000. V. III. P. 1087-1089.

86. Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., Zuikova E.M., Shchegolkov Yu.B., Scott J.C., Stapleton N.R. Field observations of radar backscatter modulation and radar Doppler shifts in slicks. Proc.IGARSS 2000. IEEE, Piscataway, N.J., USA. 2000. V.IV. P. 1513-1515.

87. Da Silva J.C., Ermakov S.A., Robinson I.S. The role of surface films in SAR signatures of internal waves on the shelf. III. Mode transition. J. Geophys. Res. 2000. V.105. C10. P.24089-24104.

88. Ермаков C.A., Кияшко C.B., Сергиевская И.А., Щегольков Ю.Б. Лабораторное моделирование перераспределения концентрации поверхностно-активных веществ в поле внутренних волн. Препринт ИПФ РАН № 582. Нижний Новгород: ИПФ РАН.2001. 13 с.

89. Ermakov, S.A., I.A. Sergievskaya, Е.М. Zuikova, Yu.B. Shchegolkov, J.C. Scott, and N.R. Stapleton, Wave tank modelling of strong modulation of radar backscatter due to long waves. Proc. IGARSS'01. IEEE, Piscataway, N.J., USA. 2001. V.IV. P.1744-1746,

90. Araujo I.B., da Silva J.C., Ermakov S.A., Robinson I.S. On the role of wind direction in ERS SAR signatures of internal waves on the Iberian shelf. Global Atmos. Ocean Systems.2002. V.8. No. 4. P. 269-281.

91. Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., Shchegolkov Yu.B., Kijashko S.V., Scott J.C., Stapleton N.R. Anormal Doppler shifts of radar signals backscattered from marine slicks. Proc. IGARSS'02. IEEE, Piscataway, N.J., USA. 2002.V.5. P. 2986-2988.

92. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Зуйкова Э.М., Кияшко С.В., Щегольков Ю.Б. Об эффекте изменения доплеровских сдвигов частоты радиолокационных сигналов в присутствии органических пленок на морской поверхности. Доклады РАН. 2003. Т.388. №1. С. 109-112.

93. С.А. Ермаков, И.А. Сергиевская, Ю.Б. Щегольков. Лабораторное исследование сильной модуляции радиолокационных сигналов при наличии длинных волн на воде с поверхностно-активной пленкой. Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2002. T.XLV. №12. С.1025-1042.

94. Ермаков С.А. О резонансном затухании гравитационно-капиллярных волн на воде, покрытой поверхностно-активной пленкой. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т.39. №5. С.691-696.

95. Ermakov S.A. The role of bound gravity-capillary waves in radar backscattering from the sea surface. Proc. Int. Symp. "Topical problems of nonlinear wave physics". N.Novgorod: IAP RAS. 2003. P 323-324.

96. Ермаков С.А. О возможностях радиолокационной диагностики пленок на морской поверхности. Тез. докл. II открытой Всерос. конф. "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Москва. 2004. С. 135.

97. Ermakov S.A., and Kijashko S.V., Laboratory study of the damping of parametric ripples due to surfactant films. "Marine surface films". Springer. 2006. P. 113-128.

98. Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., Zuikova E.M., Goldblat V.Yu., Shchegolkov Yu.B. Wave tank study of phase velocities and damping of gravity-capillary wind waves in the presence of surface films. "Marine surface films". Springer. 2006. P. 129-143.

99. Ермаков C.A., Сергиевская И.А., Гущин Л.А. Пленки на морской поверхности и их дистанционное зондирование. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. М: "Азбука-2000". Вып.3.2006. Т.Н. С.86-98.

100. Ермаков С.А. О механизме усиления ветровых волн дециметрового диапазона в пленочных сликах. Препринт ИПФ РАН 746. Н. Новгород: ИПФ РАН. 2007. 12 с.

101. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Гущин JI.A., Щегольков Ю.Б. Радиолокационное зондирование органических и нефтяных пленок на морской поверхности. Проявления глубинных процессов на морской поверхности. Н. Новгород: ИПФ РАН. 2007. С. 66-81.

102. Адам H.K. Физика и химия поверхностей. ОГИЗ. Гостехиздат. 1947. 552с.

103. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир. 1979. 568 с.

104. Левич В.Г. Гашение волн повехностно-активными веществами. I, II. ЖЭТФ.1940. T.10.N 11. С. 1296-1304.//ЖЭТФ. 1941. Т. И.N2-3. С. 340-345.

105. Dorrestein R. General linearized theory of the effect of surface films on water ripples. Proc.K.Ned.Akad.Wet. 1951. v.B 54. N 4. P. 260-272, 350-356.

106. Lucassen J., Hansen R.S. Damping of waves on monolayer-covered surfaces.II. J.Colloid Interface Sci. 1967. V.23. N 3. P.319-328.

107. Lucassen J. Longitudinal capillary waves, I: theory. Trans. Faraday Soc. 1968. V. 64. P.2221-2229.

108. Gottifredi J.C., Jameson G.J. The suppression of wind generated waves by a surface film. J. Fluid Mech. 1968. V. 32, Pt.3. P. 609-618.

109. Lucassen J., van den Tempel M. Longitudinal waves on viscoelastic surfaces. J.Colloid Interface Sci. 1972. V.41. N 3. P. 491-498.

110. Cini R., Lombardini P.P. Damping effect of monolayers on surface wave motion in liquid. J.Colloid Interface Sci. 1978. V.65. N 12. P. 387-389.

111. Lucassen J.J. Effect of surface-active material on the damping of gravity waves: a reappraisal. Colloid Interface Sci. 1982. V.85, N 1. P. 52-58.

112. Степанянц Ю.А., Талипова Т.Г. Дисперсионные свойства волн на поверхности вязкой жидкости, покрытой упугой пленкой: Препринт ИПФ РАН N 154. Горький. 1986.26 с.

113. Cini R., Lombardini P.P.,Manfredi С., Cini Е. Ripples damping due to monomolecular films. J.Colloid Interface Sci. 1987. V. 119. P. 74-80.

114. Лифшиц E.M., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука. 1979.526с.

115. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука. 1986. 730с.

116. Ламб Г. Гидродинамика. М.: Гостехиздат. 1947.

117. Noskov B.F., Grigoriev D.O. Kinetic studyof sodium decyl sulfate so;utions by the capillary wave method/ Langmuir. 1996. V.12. No.14. P. 3399-3403.

118. Huehnerfuss H., Lange P., Walter W.Wave damping by monomolecular surface films and their chemical structure. Pt.II. Variation of the hydtophylic part of the film molecules including natural substances. J. Mar. Res. 1984. V.42. P.737-759.

119. Garrett, W.D., and W.A. Zisman, Damping of capillary waves on water by monomolecular films of polyorganosyloxanes, J.Phys.Chem.1970. V. 74. P. 1796-1805.

120. Dysthe K., Rovner G., Rabin Y. Damping of capillary waves by polymeric monolayers. Comparison with hydrodynamic theory. J.Phys.Chem. 1986. V. 90. P. 3894-3895.

121. Scott, J.C., and R.W. B. Stephens, Use of moire fringes in investigating surface wave propagation in monolayers of soluble polymers, Journ. Acoust. Sos. America. 1972. V. 52. N3 (pt2). P. 871-878.

122. Cini R., Lombardini P.P. Experimental evidence of a maximum in the frequency domain of the ratio of ripple attenuation in monolayered water to that in puer water. J.Colloid Interface Sci. 1981. V.81. N 1. P. 125-131.

123. Pogorzelski S., Linde В., Sliwinski A. Capillary wave attenuation on a water surface coated with monolayers of oil-derivative substances. Acoustics Letters. 1984. V. 8. N1. P.5-9.

124. Гущин Л.А., Ермаков С.А. Лабораторное исследование перераспределения поверхностно-активных веществ в поле течений, индуцированных поверхностной волной. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2004. Т.40. №2. С. 277-282.

125. Henderson, D.M. Effects of surfactants on Faraday-wave dynamics, J.Fluid Mech. 1998. V.365.P. 89-107.

126. Miles J.W. The capillary boundary layer for standing waves. J.Fluid Mech. 1991. V.222. P. 197-205.

127. Ландау Л.Д., Лифшиц E.M. Механика. M.: Физматгиз. 1958. 206с.

128. Блинов Л.М. Лэнгмюровские пленки. УФН. 1988. Т. 155. Вып. 3. С. 443-480

129. Hunter К.А., Liss P.S. Organic sea surface films, in: Marine organic chemistry, (ed. Duursma E.K., Dawson R.). Elsevier, New York. 1981. P. 259-298.

130. Hardy J.T. The sea surface microlayer: Biology, chemistry and anthropogenic enrichment. Progress in Oceanogr., 1982. V.ll. №4. P.307-328

131. Савенко B.C. Химия водного поверхностного микрослоя. Л. Гидрометеоиздат. 1990. 184 с.

132. Barger W.R., Means J.C. Clues to the structure of marine organic material from the studyof physical properties of surface films. Marine and Estuarine Geochemistry (ed. Sigleo A.C., Hattori A.). Lewis, Chelsea, Mich. 1985. P. 47-67.

133. Frew N.M., Nelson R.K. Scaling of marine microlayer film surface pressure-area isotherms using chemical attributes. J. Geophys. Res. 1992. V. 97. No. C4. P. 5291-5300.

134. Bock E., Frew N. Static and dynamic response of natural multicomponent oceanic surface films to compression and dilation: laboratory and field observations. J. Geophys. Res. 1993. V. 98. No. C8. P. 14599-14617.

135. Pogorzelski S J. Application of 2D polymer film scaling theory to natural sea surface films. Colloids and Surfaces A. 1996. V. 114. P. 297-309.

136. Hunter K. Chemistry of the sea-surface microlayer. In: The sea surface and global change (ed. P.S. Liss and R.A. Duce) Cambridge Univ. Press. 1997. 519 p.

137. Frew N.M., Nelson R.K., Johnson C.G. Sea slicks: variability in chemical composition and surface elasticity. Marine surface films (ed. M.Gade, H. Huehnerfuss, G. Korenovski). Springer. 2006. P. 45- 56.

138. Huehnerfuss H, et.al. On the variability of surface tension with mean wind speed. J. Phys.Oceanogr. 1977. V.7. P.565 571.

139. Jarvis N. et al. Surface chemical characterization of surface-active material in sea-water. Limnol. Oceanogr. 1967. V.2. P. 8896.

140. Barger W, R.; Daniel W, H., Garrett W. Surface chemical properties of banded slicks. Deep-Sea Res. 1974. V. 21. P 83-89.

141. Garrett W. D. Damping of capillary waves at the air-sea interface by oceanic surface-active material. J. Marine Res. 1967. V. 25, No. 3. P. 279 -291.

142. Carlson D.J., Cantey J.L., Cullen J.J. Description and results from a new surface microlayer sampling device. Deep-Sea Res. 1988. V.35. P. 1205-1213.

143. Wei Yi, Wu J. In situ measurements of surface tension, wave damping, and wind properties modified by natural films, J. Geophys. Res. 1992.V. 97. P. 5307-5313.

144. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука. 1979. 744 с.

145. Honig D., Mebius D. Direct Visualization of Monolayers at the Air-Water Interface by Brewster Angle Microscopy. J. Phys. Chem. 1991. V.95. P. 4590-4592.

146. Burger W.R., Garrett W.D., Mollo-Christensen E.L., Ruggles K.W. Effects of an artificial sea slick upon the atmosphere and the ocean. J. Appl. Meteorol. 1970. V. 9. P. 396-400.

147. Huhnerfuss H., Alpers W., Lange P. A., Walter W. Attenuation of wind waves by artificial surface films of different chemical structure. Geophys. Res. Letters. 1981. V. 8. P. 11481186.

148. Huhnerfuss H., Alpers W., Garrett W. D., Lange P. A., Stolte S. Attenuation of capillary and gravity waves at sea by monomolecular organic surface films. J. Geophys. Res. 1983. V. 88, № C14. P. 9809-9816.

149. Cini R., Lombardini P. P., Huhnerfuss H. Remote sensing of marine slicks utilizing their influence on wave spectra. Int. J. Remote Sensing. 1983. V. 4. № 1. P. 101-110.

150. Wu J. Suppression of oceanic ripples by surfactant-spectral effect deduced from sun-glitter, wave-staff and microwave measurements. J. Phys. Oceanogr. 1989. V.19. P. 238-245.

151. Huehnerfuss H., Gerike A., Alpers W., Theis R., Wismann V. Classification of sea slicks by multi-frequency radar technique: New chemical insight and their geophysical implications. J. Geophys.Res. 1994. V.99. P.9835-9845.

152. Лучинин А.Г., Титов В.И. Оптические изображения внутренних волн. Воздействие крупномасштабных внутренних волн на морскую поверхность. Сборник научных трудов. Горький: ИПФ АН СССР, 1982. с.92-110.

153. Коган И.М. Ближняя радиолокация. М.: "Сов. радио". 1973. 272 с.

154. Басс Ф.Г. , Фукс И.М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука. 1972. 424 с.

155. Радиолокация поверхности Земли из космоса. Л. Гидрометеоиздат. 1990. 200 с.

156. Plant W.J. A relationship between wind stress and wave slope. J. Geophys. Res. 1982. V. 87. P. 1961-1967. 1982

157. Amorocho J. , de Vries J.J. A new evaluation of the wind stress coefficient over water surface. J. Geophys. Res. 1980. V.85 (CI). P.433-442.

158. Masuko H., Inomata H. Observations of artificial slick by X and Ka band airborne scatterometers. Proc. IGARSS'88. 1988.

159. Jahne В., Riemer K.S. Two-dimensional wave number spectra of small-scale water surface waves. J.Geophys.Res. 1990. V.95(C7). P.ll,531-11,546

160. Apel J. R. An improved model of the ocean surface wave vector spectrum and its effects on radar backscatter. J.Geophys. Res. 1994. V. 99. No. 8. P. 16269-16291.

161. Elfohaily Т., Chapron В., Katsaros K., Vandemark D. A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves. J.Geophys. Res. 1997. V. 102. No. C7. P. 15781-15796.

162. Веденов А.А. Теория турбулентной плазмы. M.: ВИНИТИ. 1965. 116 с.

163. Конторович В.М., Ю.А. Синицын, В.М. Цукерник, Взаимное влияние длинных волн и турбулентности на поверхности жидкости. ПМТФ. 1973. №1. С.100-109.

164. Китайгородский С.А. К вопросу о расчете параметра шероховатости морской поверхности. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1968. Т.4. №8. С. 870-878.

165. Ролль Г.У. Физика атмосферных процессов над морем. Л.: Гидрометеоиздат. 1968. 398 с.

166. West В., Thomson A., Watson К. J. Statistical mechanics of ocean waves. Hydrodynamics. 1975. V.9. No.l P. 25-31.

167. Басович А.Я., Таланов В.И. О трансформации коротких поверхностных волн на тнеоднородных течениях. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1977. Т. 13. № 7. С. 766-733.

168. Басович А. Я., Баханов В. В., Браво-Животовский Д. М. и др. Воздействие коротких цугов интенсивных внутренних волн на ветровое волнение. Доклады АН СССР. 1985. Т. 2S3. № 1.С. 209

169. Ewing G. Slicks, surface films and internal waves. J. Mar. Res. 1950. V.9. N3. P. 161-187.

170. Sutcliff W. H., Baylor E. R., Menzel D. W. Sea surface chemistry and Langmuir circulation. Deep-Sea Res. 1963. V. 10. P. 233-243.

171. Горшков К.А., Долина И.С., Соустова И.А., Троицкая Ю.И. Модуляция инкремента ветровых волн в присутствии интенсивных внутренних волн. Эффект модуляции инкремента. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 5. С. 661-672.

172. Lewis J. Е., Lake В. Ж, Ко D. R. S. On the interaction of internal waves and surface gravity waves. J. Fluid Mech. 1974. V. 63. Pt. 4. P.773-800.

173. Ермаков С. А., Пелиновский E. H. К теории низкочастотного поверхностного волнения, индуцированного внутренними волнами в океане. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1976. Т. 12. № 3. С. 312-318.

174. Кадомцев Б. Б. Коллективные явления в плазме. М.: Наука. 1976. 238 с.

175. Holloway Р.Е. Observations of Internal Tide Propagation on the Australian North West Shelf. J. Phys. Oceanogr. 1994. V. 24. P. 1706-1716.

176. Sherwin T.J. Analysis of an internal tide observed on the Malin shelf, north of Ireland., J. Phys. Oceangr. 1988. V. 18. P. 1035-1050.

177. Pingree, R.D. and A.L. New. Downword propagation of internal tidal energy into the Bay of Biscay. Deep-Sea Research. 1989. V.36. P.735-758.

178. Huthnance J.M. Internal Tides and Waves near the continental shelf edge. Geophys. Fluid Dyn. 1989. V. 48. P. 81-106.

179. Laur H. Derivation of Backscattering Coefficient a0 in ERS-l.SAR PRI Products. ESA Report: ERS-1 SAR Calibration. 1992. Issue 1. Rev. 0.

180. Scoon A., Robinson I.S., Meadows P.J. Demonstration of an improved calibration Scheme for ERS-1 SAR imagery using a scatterometer wind model. Int. J. Remote Sensing. 1996.1. V. 17. No. 2. P. 413-418.

181. Maxworthy T. A note on the internal solitary waves produced by tidal flow over a three dimensional ridge. J. Geophys. Res. 1979. V. 94. P. 338-346.

182. Haury L.R., Briscoe M.G. Orr M.H. Tidally generated internal wave packets in Massachusetts Bay. Nature. 1979. V. 278.

183. Holloway P., Pelinovsky E., Talipova T. A generalized Korteveg-de-Vries model of internal tide transformation in the coastal zone. J.Geophys. Res. 1999. V. 104. No. C8. P.18333-18350.

184. Moum J.N., Carlson D.J., Cowles I.J. Sea slicks and surface strain. Deep-Sea Res. 1990. V. 37. P.765-775.

185. Sheres D., Kenyon K.E., Bernstein K.E., Beardsley R.C. Large horizontal velocity shears in the ocean obtained from images of refracting swell and in situ moored current data. J. Geophys. Res. 1985. V. 90. P. 4943-4950.

186. Бурман Э.А. Местные ветры. Л.: Гидрометеоиздат. 1969. 342 с.

187. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат. 1969. Т.1. 342 с.

188. Longuet-Higgins M.S. Capillary rollers and bores. J. Fluid Mech. 1992. V.240. P.659-579.

189. Crapper G.D. Non-linear capillary waves generated by steep gravity waves. J. Fluid Mech. 1970. V.40. P.149-159.

190. Longuet-Higgins M.S. Bifurcation in gravity waves. J. Fluid Mech. 1985. V.151. P.457-475.

191. Рувинский К. Д., Фрейдман Г. И. Тонкая структура сильных гравитационно-капиллярных волн. Нелинейные волны. М.: Наука. 1987. С. 304-326.

192. Сох C.S. Measurements of slopes of high-frequency wind waves. J. Mar. Res. 1958. V. 16. P. 199-225.

193. Ebuchi N., Kawamura H., Toba Y. Fine structure of laboratory wind-wave surfaces studied using an optical method. Boundary-Layer Met. 1987. V. 39. P. 133-151.

194. Jahne В., Riemer K. Two-dimensional wavenumber spectra of small-scale water surface waves. J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 11531-11546.

195. Klinke J., Jahne B. Wavenumber spectra of short wind waves: implications from laboratory studies. The Air-Sea Interface. Radio and acoustic sensing, turbulence and wave dynamics. Univ. Toronto Press Inc. 1996. P. 367-372.

196. Klinke J., and Jahne B. Measurements of short ocean waves during the MBL ARI West coast experiment. Air-Water Gas Transfer (ed. B. Jahne and E.C. Monahan). AEON Verlag& Study. 1995. pp. 165-173.

197. Plant W.J. A model for microwave Doppler sea return at high incidence angles: Bragg scattering from bount tilted waves. J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 21131-21146.

198. Plant W., Keller W.C., Hesany V., Нага Т., Bock E., and Donelan M. Bound waves and Bragg scattering in a wind-wave tank. J. Geophys. Res. 1999. V. 104. No. C2. P. 32433263.

199. Rosenberg A., Ritter M„ Melvillle W. K., Gottschall K., Smirnov A. Free and bound capillary waves as microwave scatterers: laboratory studies. IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1999. V. 37. No. 2. P. 1052-1065.

200. Бочков Г.Н., Горохов K.B., Ермаков C.A., Коннов И.Р., Щегольков Ю.Б. Биспектральный анализ гравитационно-капиллярных волн. Изв.ВУЗов. Радиофизика. 2002. Т.45. №7. С.585-594.

201. Charnotskii М., Naugolnikh К., Ostrovsky L., Smirnov A. On the cascade mechanism of short surface wave modulation. Nonlinear Processes in Geophysics. 2002. V.9. P.281-288.

202. Schooley A.H. Curvature distributions of wind created water waves. Transactions American Geophysical Union. 1955.V.36. N2. P.274-278.

203. Wu J. Slope and curvature distributions of wind-disturbed water surface. J.Opt.Soc.America. 1971. V.61. N 7. P.852-858.

204. Wu J. Directional slope and curvature distributions of wind waves. Fluid Mech. 1977. V.79. Pt. 3. P.463-480.

205. Есипов И.Б., Наугольных K.A., Носов B.H., Пашин С.Ю. Измерение вероятностного распределения радиусов кривизны морской поверхности. Изв.АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1986. Т. 22. N10. С.1115-1117.

206. Nosov V.N., Pashin S.Yu. Statistical characteristics of windcrested sea waves in the gravity and capillary range. Izv. Atmos. Oceanic Physics. 1990.V. 26. P.851-856.

207. Бурцев Ю.Г., Пелевин B.H., Распределение отражающих элементов волнующейся морской поверхности по кривизне. Световые поля в океане. М.: ИОАН СССР. 1980. С.231-232.

208. Ramamonjarisoa A., Giovanangeli J.P. Observations de la propagation des vagues engendrees par le vent au large C.R. Hebd. Seances Acad. Sci. Ser.B. 1978. V.287. P.133-136.

209. Yuen II.C., Lake B.M. Nonlinear dynamics of deep-water gravity waves. In Advances in Applied Mechanics (ed. Chia-Shun Yih). Academic Press. 1982. V. 22. P.67-229.

210. Wu, J. Viscous Sublayer Below a Wind-Disturbed Water Surface. J.Phys.Oceanography. 1984. V.14. P.138-144.

211. Mitsuyasy H., Honda Т. The Effects of Surfactant on Certain Air-Sea Interaction Phenomena. Wave Dynamics and Radio Probing of the Ocean Surface (ed. O.Phillips and K. Hasselmann). Plenum Publish. Corp. 1986. P.95-115.

212. Keller W., Gotwols B.L. Two-dimensional optical measurements of wave slope. Appl. Opt. 1983.V. 22. P.3476-3478.

213. Журбас B.C. Основные механизмы распространения нефти в море. Итоги науки и техники: механика жидкости и газа. М.: ВИНИТИ. 1978. Т. 12. С. 144-159.

214. Боев А.Г., Карвицкий Г.Э., Матвеев А.Я., Цымбал В.Н. Оценка параметров нефтяной пленки на морской поверхности методом многочастотного радиолокационного зондирования. Радиофизика и радиоастрономия. 1998. Т.З. № 1. С. 43-48.

215. Нага Т., Plant W.J. Hydrodynamic modulation of short wind-wave spectra by long waves and its measurement using microwave backscatter. J.Geophys.Res. 1994. V.99. No.C5. P. 9767-9784.

216. Keller W.C., Wright J.W. Microwave scattering and the straining of wind-generated waves. Radio Sci. 1975. V.10. P. 139-147.

217. Lyzenga D. Effects of intermediate-scale waves on radar signatures of ocean fronts and internal waves. J. Geophys. Res. 1998,103. P 18,759-18,768.

218. Troitskaya,Yu.I. Quasi-linear model of modulation of short surface waves riding on a swell wave under the turbulent wind: Preprint IAP RAS No.544. Nizhny Novgorod. 2000. 30 p.

219. Mitsuyasu H., Honda T. Wind-induced growth of water waves. J.Fluid Mech. 1982. V.123. P.425-442.

220. Miller S.J., O.H.Shemdin. Measurements of the Hydrodynamic Modulation of Centimeter Waves.J.Geophys.Res. 1991. V.96. N.C2. P.2749-2759.

Информация о работе

Ермаков, Станислав Александрович
доктора физико-математических наук
Нижний Новгород, 2008
ВАК 25.00.29

Диссертация

Динамика гравитационно-капиллярных волн в океане в присутствии пленок поверхностно-активных веществ - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы