Исследование роли обрушений поверхностных волн исключительно важно для понимания механизмов рассеяния микроволн на поверхностном волнении и, соответственно, для развития моделей радиолокационного зондирования океана. Особенности радиолокационных сигналов в условиях зондирования интенсивных поверхностных волн дециметрового (дм-) и метрового (м-) диапазонов длин изучались в ряде работ, в том числе в предыдущих экспериментах авторов (см. например, [1,2]). Было установлено, что существенный вклад в рассеяние определяется сильной нелинейностью волн, большими наклонами и высокой кривизной в области гребней волн, генерацией гармоник (“вынужденных волн”) и пр., и рассеяние может носить существенно небрэгговский характер. Несмотря на выполненные исследования, описание роли обрушений пока остается недостаточным, особенно это относится к условиям распространения интенсивных волн в присутствии поверхностных пленок.
В данной работе представлены результаты лабораторных экспериментов в овальном ветроволновом бассейне ИПФ РАН по моделированию сильных обрушений поверхностных волн метрового и частично дециметрового диапазонов как на чистой воде, так и в присутствии поверхностно-активных пленок и проявлению этих обрушений в сигналах микроволновых радиолокаторов.
Для создания обрушивающихся волн была использована методика дисперсионной фокусировки: волнопродуктором возбуждался цуг поверхностных волн с линейно уменьшающейся частотой. Более низкочастотные и длинноволновые волновые компоненты в цуге “догоняли” коротковолновые компоненты, что приводило к пространственно-временной компрессии волнового цуга на некотором расстоянии от волнопродуктора и существенному увеличению высоты волн. Обычно в области максимальной компрессии наблюдались одна-две волны с высотами в два-три раза превышающими высоты волн в области генерации. При этом в области фокусировки достигалось сильное обрушение волн типа “spilling”с образованием “соскальзывающего буруна”, пузырьков и пены. Механизм влияния пленки на обрушение достаточно сложен: при больших концентрациях ПАВ и больших величинах параметра упругости пленки наличие последней приводило к сглаживанию гребня дм-м-волн и ослаблению процессов опрокидывания гребней волн, пленки же с малой концентрацией ПАВ и малой упругостью разрывались в области волновых гребней и слабо влияли на процессы обрушения.
Соответственно и проявления обрушений в характеристиках сигналов радиолокационного рассеяния сильно зависели от характеристик пленок.
В ходе работы изучены характеристики поверхностных волн, а также характеристики радиолокационных сигналов микроволнового диапазона на горизонтальной и вертикальной поляризациях при зондировании областей сильных обрушений волн как на чистой воде, так и в присутствии пленки, даны оценки вклада обрушающихся гребней волн на брэгговскую и неполяризационную компоненты рассеяния.
Работа выполнена при поддержке РНФ (проект № 18-17-00224).