ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ СИСТЕМЫ АКУСТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА АРКТИЧЕСКОГО ШЕЛЬФА РОССИИ.Заключительный этап

Развита модель неоднородного гидроакустического волновода для арктических морей России. Модель учитывает такие специфические особенности волновода, как малую глубину и морское дно, со скоростью звука меньшей, чем скорость звука в воде, учитывает неровную верхнюю границу, связанную с поверхностным волнением или с шероховатым ледовым покровом, а также упругое полупространство ниже слоя осадков, представленное породами вечной мерзлоты. Модель опирается на данные натурных экспериментов, включая результаты сейсморазведки в Карском море. С её помощью рассчитаны передаточные функции волновода для широкого набора возможных, в том числе и случайных, значений его параметров. Результаты расчетов, связанные с неоднородностями донных осадков, измеренными при сейсморазведке, являются наиболее существенными. Впервые продемонстрировано, что на арктическом шельфе существуют области с характерным масштабом в несколько километров, где скорость звука в дне практически совпадает со скоростью звука в воде. Расчеты передаточной функции для расстояний в несколько километров для этих районов показали, что на низких частотах < 500 Гц модуль передаточной функции ведет себя аномальным образом: уменьшается с понижением частоты и весьма мал по величине. С учетом этой особенности передаточной функции, были предложены концепция и схема организации быстро развертываемой сети акустического мониторинга в условиях Арктики. Продемонстрировано, что для указанной сети целесообразно использовать автономные донные станции с вертикальными приемными антеннами. Антенны должны быть настроены на выделение сигналов, отвечающих первой волноводной моде. Этот методический прием оказался весьма эффективным как для "наблюдения" за охраняемыми видами морских животных по их вокализации, так и для звукоподводной связи (ЗПС) между узлами сети (донными станциями). Обоснованием для выбранной концепции явились и результаты натурного эксперимента по испытаниям донных станций с вертикальными антеннами. Эксперименты были проведены на оз. Байкал при ледовом покрове толщиной 66 см. Помимо успешного приема тестовой информации c использованием ЗПС, в этом эксперименте удалось зарегистрировать импульсные сигналы, обусловленные образованием ледовых трещин, а также сигналы, издаваемые охраняемым видом млекопитающих - байкальской нерпой. Предложенная для построения сеть донных станций имеет междисциплинарное значение и ориентирована для решения широкого класса прикладных задач от акустического мониторинга охраняемых видов морских животных, контроля за уровнем антропогенных шумов в местах их нагула и до передачи информации с подводных автономных аппаратов, работающих подо льдом. Разработана оригинальная методика решения обратной задачи по восстановлению скорости звука в морском дне. Эта методика ориентирована на применение донных станций с вертикальными приемными антеннами и позволяет локализовать на морском дне небольшие участки с аномально низким значением скорости звука. При условии, что эти аномалии связаны с газонасыщенными донными породами, этот результат важен для контроля эмиссии природного газа в атмосферу, влияющей на глобальное потепление, и для прогноза залежей углеводородного сырья.