Диапазон частот оборудование Отражатели
ВЧ 1 – 600 кГц
Гидроакустические системы, эхолоты, ADCP
Совокупность точечных рассеивателей – частицы взвешенного вещества, пузырьки газов
ФО
НЧ 10 – 150 Гц
Средства сейсмической океанографии
Пространственная когерентность протяженных слоистых структур в умеренно широком диапазоне градиентов температуры и плотности
Рис. 3. Физическая природа отражений акустической волны от неоднородностей водной толщи( ФО – физика отражений)
от неоднородностей водной толщи получены упомянутым выше методом общей глубинной точки на трассах, выбранных поперек направления Североатлантического течения.
Рисунки 5 и 6 детализируют представления о названных экспериментах и привносят дополнительную информацию. Здесь вертикальная ось представлена в единицах времени двойного пробега импульса в секундах. Максимальное значение этого времени 6 секунд соответствует глубине 4500 м. Горизонтальная ось представлена в номерах зондирующих посылок, совершаемых по ходу судна. Пространственный интервал между посылками равен 6,25 м. Прямоугольник выделяет часть разреза, изображенного на вставке, которая показывает выявленную структуру гидрофизических неоднородностей до глубины 1000 м. На рисунках 4 и 5 скорость звука соотнесена с цветовой шкалой. Оттенки синего соответствуют низкой скорости звука( минимум 1440 м / с); желтого – высокой( максимум 1530 м / с). Фронт между течениями виден как резкое( на 5 ° C) увеличение температуры. Происходит это в пространственных точках, соответствующих номерам зондирующих посылок 69500 на рисунке 4 и 229000 на рисунке 5 [ 3 ]. На разрезах видны последовательные отражения, проявляющиеся наиболее четко в верхних( по глубине) 1000 метрах океана.
Температура поверхности океана, определенная методами дистанционного зондирования поверхности во время проведения исследований, указывает на положение фронта между Лабрадорским и Североатлантическим течениями. Одним из результатов проведенных работ можно считать установленный факт, что полученные коэффициенты отражения акустических волн от водных масс, граничащих с фронтом, существенно различаются, и этот результат согласуется с изменчивостью температуры поверхности океана.
Отражательная способность гидрофизических неоднородностей при применении инструмента сейсмической океанографии связана с контрастами акустического импеданса – произведением скорости звука и плотности.
При этом большее влияние на импеданс оказывает значение скорости звука, чем плотности. Таким образом, картина отражательной способности океанических неоднородностей определяется преимущественно контрастом скорости звука в функции глубины в водном слое. Изменение же скорости звука с глубиной в значительной степени определяется изменением температуры. К настоящему времени известен ряд работ по определению соотношения уровней регистрируемого сигнала при низкочастотном зондировании и пространственного распределения температуры([ 3, 5, 6 ] и др.). Картина отражений( поперечное сечение контрастов импеданса) по существу является масштабированным представлением температурных изменений по вертикали( рис. 6).
Видимые на рисунке изменения скорости звука на 15 м / с и 2 м / с вызваны изменениями температуры на 3 ° C и 0,4 ° C соответственно. Изменение температуры зафиксировано отрывными батитермографами, использованными в процессе эксперимента. Слабые отражения встречаются также на больших глубинах. Установлено, что регистрируемый полезный сигнал может быть получен от границ с коэффициентами отражения всего 0,0001, что соответствует реальным изменениям скорости звука на 0,3 м / с( изменение температуры на 0,1 ° C). Правда, получить отражения от слабоконтрастных границ возможно только при применении мощного зондирующего сигнала и благоприятных условиях измерений. Разрешающая способность по глубине в таких условиях может достигать 5 м.
Таким образом, описываемый метод оказался чувствительным к тонкой структуре гидрофизических полей. Выявляемая температурная контрастность потенциально может достигать 0,04 ° C, позволяя выявлять интрузии температуры, солености и внутренние волны [ 3, 7 ].
Исследования, проведенные в Норвежском море [ 8 ], показали, что при помощи описанного метода может быть получена количественная информация об энергии внутренних волн и ее пространственном распределении. В экспериментах получена информация о динамике тонкой
84 Морские информационно-управляющие системы, 2016 / No. 2( 10)