Комплексное применение лучевого и волнового подходов к расчетам звуковых полей в условиях узкого волновода на шельфе Черного моря

В. А. Лисютин*, О. Р. Ластовенко, А. А. Ярошенко

Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия

*e-mail: vlisiutin@mail.ru

Аннотация

Целью настоящей статьи является исследование возможности комплексного применения лучевого и волнового методов для оценки интенсивности подводного акустического поля в условиях мелкого моря при различных типах донных осадков и различных локализациях источника звука. Рассматривается гидроакустический волновод с профилем скорости звука, содержащим узкий придонный и слабо выраженный приповерхностный звуковые каналы. Предполагается два типа морского дна – илистое и песчаное – и два случая расположения источника – приповерхностное и придонное. Для вычисления акустического поля применяются два подхода – с использованием лучевого метода и метода нормальных волн. Принимается, что лучевой метод более соответствует диапазону высоких частот, метод нормальных волн – диапазону низких частот. Показывается, что с увеличением частоты вертикальный профиль нормальных волн концентрируется в области глобального минимума на профиле скорости звука. Анализируются дисперсионные характеристики нормальных волн и коэффициенты их затухания. Показывается, что наименьшая групповая скорость нормальной волны соответствует наибольшему коэффициенту затухания, что объясняется существенным взаимодействием с дном. Вычисленные уровни звукового поля в водном слое применяются для оценки уровня поля источника звука, травматичного для придонной фауны. Установлено, что в случае профиля скорости звука с двумя звуковыми каналами и расположения источника на оси узкого волновода лучевой метод расчета закона спада силы звука с расстоянием дает систематическое занижение уровня поля.

Ключевые слова

профиль скорости звука, метод нормальных волн, лучевой метод, морские осадки, фазовая скорость, морские беспозвоночные.

Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и города Севастополь в рамках научного проекта № 18-42-920001.

Для цитирования

Лисютин В. А., Ластовенко О. Р., Ярошенко А. А. Комплексное применение лучевого и волнового подходов к расчетам звуковых полей в условиях узкого волновода на шельфе Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 1. С. 91–102. EDN RFXYMV. doi:10.22449/2413-5577-2020-1-91-102

Lisyutin, V.A., Lastovenko, O.R. and Yaroshenko, A.A., 2020. Complex Application of Ray and Wave Approaches to Sound Field Calculations in a Narrow Waveguide on the Black Sea Shelf. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (1), pp. 92–103. doi:10.22449/2413-5577-2020-1-92-103 (in Russian).

DOI

10.22449/2413-5577-2020-1-91-102

Список литературы

  1. Popper A. N., Hawkins A. D. The importance of particle motion to fishes and invertebrates // The Journal of the Acoustical Society of America. 2018. Vol. 143, iss. 1. P. 470–488. https://doi.org/10.1121/1.5021594
  2. Бреховских Л. М., Лысанов Ю. П. Теоретические основы акустики океана. М. : Наука, 2007. 370 с.
  3. Дивизинюк М. М. Изменение акустических характеристик шельфовых районов Черного моря постоянными течениями // Акустичний вісник. 1999. Т. 2, № 3. С. 42–48.
  4. Лисютин В. А., Ластовенко О. Р., Ярошенко А. А. Сравнительная оценка вклада лучевых и волновых компонент при распространении импульсных сигналов в подводном звуковом канале Черного моря // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2018. Т. 15, № 2. С. 74–85. doi:10.31429/vestnik-15-2-74-85
  5. Методика оценки параметров измеренных на Сахалинском шельфе акустических импульсов для многофакторного анализа их влияния на серых китов / А. Н. Рутенко [и др.] // Акустический журнал. 2019. Т. 65, № 5. С. 662–674. doi:10.1134/S0320791919040166
  6. Dahl P. H., DallʼOsto D. R. On the underwater sound field from impact pile driving: Arrival structure, precursor arrivals, and energy streamlines // The Journal of the Acoustical Society of America. 2017. Vol. 142, iss. 2. P. 1141–1155. https://doi.org/10.1121/1.4999060
  7. Lippert T., Ainslie M. A., von Estorff O. Pile driving acoustics made simple: Damped cylindrical spreading model // The Journal of the Acoustical Society of America. 2018. Vol. 143, iss. 1. P. 310–317. https://doi.org/10.1121/1.5011158
  8. Лисютин В. А. Обобщенная реологическая модель неконсолидированных морских осадков с внутренним трением и эффективной сжимаемостью // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 85–100. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-85-100
  9. Computational Ocean Acoustics / F. B. Jensen [et al.]. N.–Y. : AIP Press, 1994. 578 p.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)