Звук в океане распространяется по сложным траекториям, зависящим от свойств воды и движущихся масс. Одним из ключевых факторов являются мезомасштабные вихри — крупные вращающиеся потоки диаметром в километры, которые существуют от нескольких недель до месяцев и существенно влияют на распределение тепла, соли и питательных веществ. В отличие от постоянных течений, таких как Гольфстрим, вихри оказывают временное, но значительное воздействие на распространение звука.
Ранее ученые детально изучали влияние отдельных мезомасштабных вихрей на акустические волны, однако прямых измерений эффектов парных вихрей — дипольных структур, состоящих из антициклона и циклона, — практически не было. В северо-восточной части Южно-Китайского моря такие дипольные вихри часто формируются под действием местных течений и ветрового стресса. Здесь антициклон (AE) вращается по часовой стрелке, а циклон (CE) — против, создавая сложную динамическую пару.
Исследователи из Китайской академии наук и Шаньдунского университета науки и технологий впервые провели систематический анализ акустических эффектов трех пар дипольных вихрей в этом регионе. Руководила работой Лу Лу из Института океанологии Китайской академии наук. Работа опубликована в журнале Ocean-Land-Atmosphere Research.
В ходе исследования анализировались изменения температуры, солености и, как следствие, профилей скорости звука в результате прохождения дипольных вихрей. Для этого использовались данные спутниковых альтиметров, ассимилированные реанализы и численные модели распространения звука (BELLHOP ray-tracing). Аномалии температуры, солености и скорости звука рассчитывались относительно средних значений за 2000–2020 годы.
Антициклональные вихри характеризуются погружением в центре, что снижает температуру, соленость и скорость звука на их стороне диполя. В то же время циклональные вихри вызывают восходящие потоки, увеличивая эти параметры. Теплый центр антициклона формирует положительные аномалии скорости звука, а холодный циклона — отрицательные. Эти различия существенно изменяют положение зон схождения звуковых волн (convergence zones, CZs) и акустические потери передачи (transmission loss, TL).
Моделирование показало: независимо от положения источника звука (в центре диполя, в ядре антициклона или циклона, либо вне диполя), присутствие парных вихрей радикально перестраивает структуру звуковых траекторий и уровни затухания. Дипольные вихри создают более сложные структуры скорости звука и паттерны распространения, чем одиночные вихри.
Однако исследование имело ограничения: все изученные дипольные вихри смещались на юго-запад, что могло влиять на акустические эффекты. Кроме того, моделирование проводилось для плоского дна, тогда как реальное рельефное дно также способно менять путь звука.
В будущем планируется анализировать влияние эволюции дипольных вихрей на распространение акустических волн, учитывать рельеф дна и взаимодействие с несколькими мезомасштабными вихрями одновременно. Цель — выявить общие закономерности влияния дипольных вихрей на акустику океана.
«Это исследование впервые систематически анализирует акустические эффекты трех пар дипольных вихрей в северо-восточной части Южно-Китайского моря, раскрывая их уникальные структуры скорости звука и особенности распространения звука», — подчеркивает Лу Лу.
Изображение носит иллюстративный характер
Ранее ученые детально изучали влияние отдельных мезомасштабных вихрей на акустические волны, однако прямых измерений эффектов парных вихрей — дипольных структур, состоящих из антициклона и циклона, — практически не было. В северо-восточной части Южно-Китайского моря такие дипольные вихри часто формируются под действием местных течений и ветрового стресса. Здесь антициклон (AE) вращается по часовой стрелке, а циклон (CE) — против, создавая сложную динамическую пару.
Исследователи из Китайской академии наук и Шаньдунского университета науки и технологий впервые провели систематический анализ акустических эффектов трех пар дипольных вихрей в этом регионе. Руководила работой Лу Лу из Института океанологии Китайской академии наук. Работа опубликована в журнале Ocean-Land-Atmosphere Research.
В ходе исследования анализировались изменения температуры, солености и, как следствие, профилей скорости звука в результате прохождения дипольных вихрей. Для этого использовались данные спутниковых альтиметров, ассимилированные реанализы и численные модели распространения звука (BELLHOP ray-tracing). Аномалии температуры, солености и скорости звука рассчитывались относительно средних значений за 2000–2020 годы.
Антициклональные вихри характеризуются погружением в центре, что снижает температуру, соленость и скорость звука на их стороне диполя. В то же время циклональные вихри вызывают восходящие потоки, увеличивая эти параметры. Теплый центр антициклона формирует положительные аномалии скорости звука, а холодный циклона — отрицательные. Эти различия существенно изменяют положение зон схождения звуковых волн (convergence zones, CZs) и акустические потери передачи (transmission loss, TL).
Моделирование показало: независимо от положения источника звука (в центре диполя, в ядре антициклона или циклона, либо вне диполя), присутствие парных вихрей радикально перестраивает структуру звуковых траекторий и уровни затухания. Дипольные вихри создают более сложные структуры скорости звука и паттерны распространения, чем одиночные вихри.
Однако исследование имело ограничения: все изученные дипольные вихри смещались на юго-запад, что могло влиять на акустические эффекты. Кроме того, моделирование проводилось для плоского дна, тогда как реальное рельефное дно также способно менять путь звука.
В будущем планируется анализировать влияние эволюции дипольных вихрей на распространение акустических волн, учитывать рельеф дна и взаимодействие с несколькими мезомасштабными вихрями одновременно. Цель — выявить общие закономерности влияния дипольных вихрей на акустику океана.
«Это исследование впервые систематически анализирует акустические эффекты трех пар дипольных вихрей в северо-восточной части Южно-Китайского моря, раскрывая их уникальные структуры скорости звука и особенности распространения звука», — подчеркивает Лу Лу.