Экспедиционные исследования

В октябре – декабре 2012 г. на научно-исследовательском судне «Академик Сергей Вавилов» была проведена кросс-атлантическая экспедиция по маршруту Роттердам (Нидерланды) – Лас-Пальмас (Канарские острова) – Монтевидео (Уругвай) – Ушуая (Аргентина) – Фолклендские острова – острова Южная Георгия – остров Короля Георга – Антарктида – Ушуая. От коллектива Лаборатории ННГУ в экспедиции участвовали 6 специалистов, являющихся сотрудниками Отделения геофизических исследований ИПФ РАН: Баханов В.В. (руководитель работ), Богатов Н.А, Ермошкин А.В., Казаков В.И., Кемарская О.Н., Титов В.И. В экспедиции принимали участие также сотрудники Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, научных институтов из Новосибирска, Ростова-на-Дону. На участке Роттердам – Монтевидео в измерениях зарубежный ученый – сотрудник Argentinean Navy Research Office (Underwater Sound Division) Igor Sebastian Prario, который занимался изучением звукорассеивающих слоев в верхнем слое океана.

Основная цель участия научных сотрудников Лаборатории в этой комплексной экспедиции заключалась в исследовании волновых процессов на морской поверхности радиолокационными и оптическими средствами диагностики, влияния параметров приводного слоя атмосферы и характеристик водной толщи на морское волнение в широком диапазоне гидрометеорологических условий. Особый интерес для измерений представляли процессы в верхнем слое океана и прилегающем слое атмосферы в штормовых условиях. Для таких измерений был выбран район, который отличается частыми штормами – известный пролив Дрейка между Южной Америкой и Антарктидой.
В ходе экспедиции сотрудники Лаборатории проводили следующий цикл измерений, обеспеченных как стандартными (выпускаемых серийно), так и оригинальными средствами измерений:

– измерения скорости и направления течения;
– измерения изменчивости характеристик поверхностных волн различного направления распространения в широком частотном диапазоне;
– измерения параметров приводного слоя атмосферы: скорости и направления ветра, температуры;
– измерения фоновых метеорологических параметров;
– взаимная координатно-временная привязка данных различных измерений.
В настоящее время ведется обработка полученных данных и их сравнительный анализ с данными аналогичных измерений, полученных ранее в других морских акваториях. Предварительные результаты выполненных исследований:
1. Измерены поля течений на различных горизонтах вдоль маршрута следования судна. Эти данные позволят уточнить существующие модели атлантических течений. В натурных условиях исследована изменчивость радиолокационных панорам морской поверхности под воздействием крупномасштабных течений, изменяющихся по величине и направлению. По данным бортовых скаттерометров и цифровой радиолокационной системы на базе Icom MR–1200RII исследована зависимость величины эффективной площади рассеяния электромагнитного сигнала X- и Ka-диапазонов от скорости ветра в широком диапазоне скоростей ветра, в том числе, в штормовых условиях. Систематизация и классификация радиолокационных данных позволит решить задачу оценки гидрометеоусловий по результатам дистанционных радиолокационных измерений. Судовые измерения сопровождались получением и обработкой спутниковых радиолокационных изображений океанической поверхности (спутник RADARSAT-1), что представляет значительный интерес с точки зрения верификации спутниковых данных.
2. Созданы новые комплексы программ обработки радиолокационных данных. С их помощью в полуавтоматическом режиме были получены данные по направлению распространения волнения, эффективной площади рассеяния радиолокационных сигналов взволнованной морской поверхностью и оценка волнового числа, соответствующего спектральному пику. Была опробована методика определения кинематических характеристик ветрового волнения и оценка скоростей течений по радиолокационным панорамам морской поверхности.
3. Разработан алгоритм, позволяющий выделять обрушения и пену на оптических изображениях поверхности, а также количественно оценивать in situ процент площади поверхности, занимаемой обрушениями и пеной. По результатам многодневных измерений построена зависимость процента площади, покрытой пеной, от скорости ветра. Совместная обработка данных оптических приборов о площади покрытия пеной с результатами радиолокационных измерений позволит модернизировать теорию рассеяния электромагнитного излучения ветровым волнением для штормовых условий.
4. Получены уникальные данные о пульсациях скорости ветра в приводном слое атмосферы в широком диапазоне гидрометеорологических условий, в том числе, в условиях шторма. Такие данные играют важную роль в объяснении снижения скорости роста коэффициента волнового сопротивления воздушного потока с ростом скорости ветра, которое наблюдается при ураганах.
Экспедиция финансировалась совместно ННГУ (из средств мега-гранта Правительства РФ, договор № 11.G34.31.0048) и ИПФ РАН (из средств плановых НИР). Такое объединение усилий ННГУ и ИПФ РАН с целью проведения уникальных натурных экспериментов в ходе крупномасштабной океанической экспедиции является успешным примером совместных усилий, направленных на решение задач, стоящих перед коллективом Лаборатории в области исследования планетарных пограничных слоев.