Характеристики низкочастотного окружающего шума в мелком море с неоднородной структурой дна

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В рамках численных экспериментов анализируются характеристики низкочастотных шумовых полей в мелководных акустических волноводах с неоднородной структурой донных осадков, в том числе и в присутствии водоподобного дна. Рассматриваются две модели морского дна: идеализированная, с линейным изменением скорости звука в дне вдоль одной из декартовых координат, и реалистичная, где скорость звука в дне зависит от всех трех координат. Последняя модель близка к реальной ситуации в одном из мелководных районов Карского моря. Исследуются шумовые поля от распределенных приповерхностных источников (поверхностное волнение) и сосредоточенного источника (шум судна). Расчеты выполнены с помощью метода широкоугольного параболического уравнения. Получены усредненные горизонтальные и вертикальные характеристики направленности шумового поля поверхностного волнения, а также средние значения интенсивности в зависимости от положения приемной вертикальной антенны и частоты звука. Для областей дна с отличающимися свойствами построены пространственные зависимости уровня локального источника шума. Продемонстрирована возможность обнаружения водоподобных участков дна по записи шума движущегося судна на стационарную вертикальную акустическую антенну. В случае распределенных источников показано, что усредненные характеристики шума слабо зависят от скорости звука в дне.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Д. Боджона

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: bodjona@kapella.gpi.ru
Россия, ул. Вавилова 38, Москва, 119991

Д. Д. Сидоров

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Email: sidorov@kapella.gpi.ru
Россия, ул. Вавилова 38, Москва, 119991

В. Г. Петников

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Email: petniko@kapella.gpi.ru
Россия, ул. Вавилова 38, Москва, 119991

А. А. Луньков

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН; Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: lunkov@kapella.gpi.ru
Россия, ул. Вавилова 38, Москва, 119991; ул. 2-Бауманская 5, Москва, 105005

Список литературы

  1. Малашенков Б.М., Акчурин Л.И. Проблемы и перспективы разработки нефтегазовых месторождений на арктическом шельфе Российской Федерации // Вестник Московского университета. Сер. 21. Управление (государство и общество). 2015. № 2. С. 49–64.
  2. Газарян Ю.Л. Об энергетическом спектре шума в плоскослоистых волноводах // Акуст. журн. 1975. Т. 21. № 3. С. 382–389.
  3. Аредов А.А., Дронов Г.М., Фурдуев А.В. Влияние ветра и внутренних волн на параметры шума океана // Акуст. журн. 1990. Т. 36. № 4. С. 581.
  4. Ingenito F., Wolf S.N. Site dependence of wind-dominated ambient noise in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. № 1. P. 141–145.
  5. Григорьев В.А., Петников В.Г., Росляков А.Г., Терёхина Я.Е. Распространение звука в мелком море с неоднородным газонасыщенным дном // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 3. С. 342–358.
  6. Grigor’ev V.A., Lunkov A.A., Petnikov V.G. Effect of sound-speed inhomogeneities in sea bottom on the acoustic wave propagation in shallow water // Physics of Wave Phenomena. 2020. V. 28. P. 255–266.
  7. Petnikov V.G. et al. Modeling underwater sound propagation in an arctic shelf region with an inhomogeneous bottom // J. Acoust. Soc. Am. 2022. V. 151. № 4. P. 2297–2309.
  8. Yang T.C., Yoo K. Modeling the environmental influence on the vertical directionality of ambient noise in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 101. № 5. P. 2541–2554.
  9. Katsnelson B., Petnikov V., Lynch J. Fundamentals of shallow water acoustics. New York: Springer, 2012. V. 1.
  10. Сидоров Д.Д., Петников В.Г., Луньков А.А. Широкополосное звуковое поле в мелководном волноводе с неоднородным дном // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 5. С. 608–619.
  11. Зверев В.А. Избранные труды. Н. Новгород: Институт прикладной физики РАН, 2004.
  12. Зверев В.А. Формирование изображений акустических источников в мелком море. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2019. 112 с.
  13. Carey W.M., Evans R.B. Ocean ambient noise: measurement and theory. Springer Science & Business Media, 2011.
  14. Collins M.D. A split-step Padé solution for the parabolic equation method // J. Acoust. Soc. Am. 1993. V. 93. № 4. P. 1736–1742.
  15. Wilson J.H. Wind-generated noise modeling // J. Acoust. Soc. Am. 1983. V. 73. № 1. P. 211–216.
  16. Leigh C.V., Eller A.I. Dynamic ambient noise model comparison with Point Sur, California, in situ data // Contract. 2006. V. 24. № 02-D. P. 6602.
  17. Heaney K.D. Rapid geoacoustic characterization using a surface ship of opportunity // IEEE J. Oceanic Engineering. 2004. V. 29. № 1. P. 88–99.
  18. Завольский Н.А., Раевский М.А. Горизонтальная анизотропия динамических шумов в глубоком и мелком море // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 2. С. 197–202.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Модель расчета подводного шумового поля: (a) — в горизонтальной плоскости; (б) — в вертикальной плоскости

Скачать (123KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Идеализированная модель волновода с переходной областью: (а) — в горизонтальной плоскости; (б) — в вертикальной плоскости. Треугольником и крестиками обозначено положение приемной цепочки. Пунктирной кривой и звездами, соответственно, — границы шумовой области и шумовые источники

Скачать (114KB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) — Диаграммы направленности шумового поля распределенных источников в вертикальной плоскости D′(θ); (б) — диаграммы направленности в горизонтальной плоскости I ′(β) для двух спектральных компонент шума 100 и 500 Гц при расположении антенны в центре переходной области. На правом рисунке нормировка (5) проводилась на минимальное значение с последующим добавлением 1 дБ

Скачать (120KB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а) — Диаграммы направленности в вертикальной плоскости Dʹ(θ); (б) — диаграммы направленности в горизонтальной плоскости Iʹ(β) для компоненты шума 500 Гц при расположении антенны в точках с координатами Y =−1000, −500, 0, 500, 1000 м. На правом рисунке нормировка (5) проводилась на минимальное значение с последующим добавлением 1 дБ

Скачать (190KB)
Метаданные
6. Рис. 5. (а) — Распределение скорости звука в дне на глубине 25 м от границы вода-дно. Вертикальные диаграммы направленности D′(θ) для трех положений акустической приемной системы для двух частот приповерхностных источников: (б) — 100 Гц; (в) — 500 Гц. (г) и (д) — I ′(β) для тех же частот и положений антенны

Скачать (487KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спадание с расстоянием уровня шума судна (среднее значение по всем направлениям — сплошные линии и максимальный разброс возможных значений — штриховые линии) в областях с разными типами дна на частоте излучения 100 Гц. Цвет линии соответствует цвету кругов на рис. 5, выделяющих ту или иную область

Скачать (86KB)
Метаданные
8. Рис. 7. (а) — Схема численных экспериментов при движении судна вдоль водоподобной области (по стрелке 1) и поперек (по стрелке 2), треугольником отмечено положение вертикальной цепочки гидрофонов; цветом обозначено распределение скорости звука в дне в горизонтальной плоскости на глубине 25 м от границы вода-дно; (б) — распределение скорости звука в вертикальной плоскости по стрелке 2, (в) — зависимость спектральной амплитуды шумового поля в точке расположения вертикальной цепочки гидрофонов от положения судна, двигающегося по стрелке 1, цифрами в рамке указаны соответствующие значения частоты спектральных составляющих; (г) — амплитуда первой моды и полного поля при пересечении судном водоподобной области (движение по стрелке 2)

Скачать (284KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025