Исследование влияния искусственного дождя на статистические характеристики поверхностного волнения, выполненное с помощью модифицированного акустического волнографа

Капли дождя падающие на водную поверхность вызывают трансформацию спектра волнения [1], что приводит к изменению статистических характеристик волнения. Измерение параметров водной поверхности во время осадков является сложной задачей. При радиолокационных измерениях капли дождя оказывают значительное влияние на рассеяние электромагнитных волн миллиметрового диапазона и «маскируют» вклад в рассеяние связанный с трансформацией спектра поверхностных волн. Падение капель на струну влияет на точность измерений спектра струнным волнографом.
Для того, чтобы исключить влияние капель дождя в атмосфере и упростить размещение измерительных приборов мы предлагаем проводить измерения статистических характеристик водной поверхности из-под воды акустическими средствами. Измерения характеристик водной поверхности акустическими средствами хорошо известны, например, с помощью методов основанных на ADCP [2]. Они позволяют измерять дисперсию высот и дисперсию вертикальной составляющей орбитальной скорости. Однако эти методы, как и морские буи, обладают низким пространственным разрешением, что не позволяет измерять статистические характеристики (например дисперсию наклонов) с учетом высокочастотной части спектра волнения, которая трансформируется под действием дождевых капель.
Для измерения всех статистических характеристик водной поверхности предлагается использовать модернизированный подводный доплеровский акустический волнограф. Алгоритм обработки основан на зависимости характеристик доплеровского спектра, отраженного акустического сигнала, от параметров водной поверхности.
Для численного моделирования влияния дождя использовалась эмпирическая логарифмически гауссова модель спектра волн генерируемых дождем [3]. Проведено численное исследование влияния дождя на характеристики рассеяния и предложен метод детектирования дождя по данным акустического волнографа.
В работе приведены результаты натурных экспериментов в условиях различной интенсивности искусственного дождя и получена оценка изменчивости параметров волнения в этих условиях. Проведено сравнение эксперимента с результатами численного моделирования.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 14-05-31517 мол_а).

Список литературы:
1. C. Craeye, P. W. Sobieski & L. F. Bliven (1997) Scattering by artificial wind and rain roughened water surfaces at oblique incidences, International Journal of Remote Sensing, 18:10, 2241-2246, DOI: 10.1080/014311697217864;
2. James H. Churchill, Albert J. Plueddemann, Stephen M. Faluotico, «Extracting Wind Sea and Swell from Directional Wave Spectra derived from a bottom-mounted ADCP», Woods Hole Oceanographic Institution, Technical Report WHOI-2006-13;
3. L. F. Bliven , P. W. Sobieski & C. Craeye (1997) Rain generated ring-waves: Measurements and modelling for remote sensing, International Journal of Remote Sensing, 18:1, 221-228, DOI: 10.1080/014311697219385.