CC BY
2МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ И ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
АНОМАЛИИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В МЕЛКОМ МОРЕ С НЕОДНОРОДНЫМ ВОДОПОДОБНЫМ ДНОМ
Луньков А.А., Сидоров Д.Д., Петников В.Г.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова 38, 119991 Москва, Россия lunkov@kapella.gpi.ru
В подводной акустике мелким морем называют акватории, глубина которых не превышает нескольких сотен метров. Примерами являются шельфовые зоны Мирового океана, а также внутренние водоёмы. С акустической точки зрения мелкое море - это волновод, ограниченный сверху свободной границей, а снизу - поверхностью дна. Вследствие малой глубины характер распространения звука сильно зависит от акустических свойств дна, тогда как верхняя граница в большинстве случаев считается абсолютно мягкой.
В ходе скоростного анализа данных сейсморазведки в одном из районов Карского моря было показано [1], что структура дна может быть сложной и включать области водоподобных осадков (Рис. 1). Скорость звука в водоподобном дне примерно равна скорости звука в водной толще, тогда как его плотность превышает плотность воды. Указанное соотношение параметров может быть объяснено наличием в донных осадках небольшого количества газовых пузырьков, которые увеличивают сжимаемость и, следовательно, уменьшают скорость звука почти при неизменной плотности.
Г г предft т"Ниг скорости звука r' с
1700
Рис. 1. Распределение скорости звука в одном из районов Карского моря.
Пунктирными кружками отмечены водоподобные осадки.
Как показывают результаты численного моделирования, дальнее распространение звука в мелководных волноводах с водоподобными осадками на частотах до 500 Гц имеет ряд особенностей:
1. Аномально высокое затухание звука в волноводе - до 10 дБ/км.
2. На частоте до 100 Гц: отклонение от прямолинейного распространения звука на границе области (горизонтальная рефракция) на углы до 10°. Искривление траектории приводит к перераспределению интенсивности звукового поля в горизонтальной плоскости и к изменению времени распространения сигнала.
3. Осцилляции частотной зависимости средней по глубине интенсивности звукового поля, являющиеся следствием взаимодействия между отдельными нормальными волнами (модами) волновода при пересечении границы области с водоподобным дном.
Проявление таких эффектов возможно даже при отсутствии в мелководном волноводе других возмущающих факторов - неровностей дна, неоднородностей в толще водного слоя и т.д.
[1] Petnikov V. G. et al. Modeling underwater sound propagation in an arctic shelf region with an inhomogeneous bottom //The Journal of the Acoustical Society of America. - 2022. - Т. 151. - №. 4. - С. 2297-2309.
