Изучение фундаментальных основ акустики деятельного слоя океана и разработка новых методов акустической диагностики высокого разрешения толщи океана, в том числе в шельфовых зонах

Основной целью работы являлось изучение фундаментальных основ и разработка и использование новых методов акустической диагностики толщи океана для изучения пространственно-временной структуры мелкомасштабных неоднородностей в верхнем слое океана. Целью работы наряду с изучением фундаментальных вопросов акустики микронеоднородной толщи океана было создание моделей, решение обратных акустических задач, изучение распределения типичных мелкомасштабных неоднородностей в верхнем слое моря и сопоставление с разработанными теоретическими моделями. В работе проведены экспериментальные исследования структуры и динамики мелкомасштабных неоднородностей деятельного слоя моря методами дистанционного акустического зондирования на основе распространения и обратного рассеяния звука. Разработаны теоретические модели нестационарных и нелинейных акустических эффектов в микронеоднородной морской среде. При проведении теоретических исследований были созданы математические модели, позволяющие решать обратные задачи по изучению распределения типичных мелкомасштабных неоднородностей в верхнем слое моря. Были разработаны теоретические основы распространения и рассеяния звука в океанской среде с учетом приповерхностного поглощающего, нелинейного и дисперсионного пузырькового слоя, обычно присутствующего в океане при достаточно умеренном ветре. Теоретические модели явились основой для разработки новых методов и технологии акустического мониторинга верхнего слоя моря с применением широкополосных высокочастотных излучателей, которые позволяют реализовать измерения различных акустических и гидрофизических параметров с высоким пространственным и временным разрешением. Новым в проведенной работе было применение широкополосных остронаправленных параметрических излучателей и излучателей с максимально возможным набором резонансных частот, позволяющих по отдельным точкам перекрывать широкий диапазон частот. В отчете представлены результаты, полученные при многосуточном зондировании верхнего морского слоя на шельфе Японского моря и вдоль трасс в Японском, Восточно-Китайском и Южно-Китайском морях. Показано, что данные по рассеянию звука позволяют оценить концентрацию пузырьков, кавитационную прочность, акустическую нелинейность морской воды с пузырьками, а также важную характеристику биопродуктивности водных масс – массовую концентрацию включений и их суммарное количество в интервале размеров. На основе долговременных экспериментов по рассеянию звука в море выявлены основные физические механизмы взаимодействия звука с неоднородностями морской среды: пузырьковыми облаками в приповерхностном слое моря и их пространственной структурой, а также с планктонными сообществами и их динамикой в деятельном слое моря. Выявлена взаимосвязь рассеяния и поглощения звука и акустической нелинейности с структурой и типом микронеоднородностей в морской воде.