ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2007, № 6, с. 79-81
= РЕЦЕНЗИИ
УДК 528.7
E. A. Sharkov. Breaking Ocean Waves: Geometry, Structure, and Remote Sensing*. Berlin, Heidelberg, N. Y.: Springer/PRAXIS, 2007. 278 P. ISBN 978-3-540-29827-4.
Изучение физических и электродинамических характеристик гравитационных волн на морской поверхности в процессе их обрушения с образованием последующих пенных структур и капельно-брызговой фазы является одной их важнейших проблем современной спутниковой океанологии, физики взаимодействия океан-атмосфера и океанической инженерии. Значителен вклад пенных и капельно-брызговых систем различных типов в средние значения и пространственно-временные вариации радиоизлучения, обратного рассеяния и ИК и оптические параметры взволнованной морской поверхности. Знание статистических характеристик полей обрушения также весьма важно в изучении динамики морских волн (генерация волн, нелинейные взаимодействия, диссипация). В последнее время большой интерес вызывает изучение процессов газообмена в системе океан-атмосфера при наличии обрушения морских волн и, в первую очередь, поглощение Мировым океаном углекислого газа (как одного из парниковых газов) из атмосферы и тем самым вклад этого процесса в регулирующую роль в проблеме "глобального потепления".
Несмотря на внешнюю доступность и кажущуюся простоту визуального и инструментального наблюдения процесса обрушения океанических волн, детальными научными сведениями о пространственных полях таких явлений в акваториях Мирового океана, полученными в натурных дистанционных экспериментах, исследователи в настоящее время не располагают. Связано это обстоятельство в первую очередь с высокой пространственно-временной изменчивостью самого процесса обрушения гравитационных волн и с высокими значениями скоростей ветра на океанической поверхности. В таких сложных условиях возникают как естественные экспериментальные методологические сложности дистанционной регистрации этих быстро протекающих процессов с надводных судов и самолетных средств, так и сложности административного плана (например, запреты полетов воздушных судов в сложных метеоусловиях).
Настоящая книга представляет собой детальное аналитическое описание состояния дистанционных исследований (в оптическом и микровол-
*Е.А. Шарков. Обрушение морских волн: геометрия, структура, дистанционное зондирование.
новом диапазонах электромагнитных волн) одного из важнейших нелинейных элементов динамики морского волнения - процесса обрушения гравитационных волн и последующих за ним эволюции и динамики дисперсных пенных систем различных классов и капельно-брызговой фазы.
Автор рецензируемой монографии д. ф.-м. н. профессор Е.А. Шарков - крупный специалист в области разработки физических основ аэрокосмического дистанционного зондирования Мирового океана. Ему принадлежат более 210 научных трудов, в том числе семь монографий по физическим основам и техническим средствам микроволнового дистанционного зондирования океана, а также по исследованию природных катастроф в системе океан-атмосфера с использованием принципов ха-отизированной динамики, изданных в России, Великобритании и Германии. Под научном руководством автора и при его непосредственном участии проведены комплексы фундаментальных теоретических и экспериментальных (с использованием аэрокосмических и надводных средств) исследований состояния океанической поверхности, позволившие получить целый ряд новых научных результатов, многие из которых вошли в содержание данной монографии.
В книге рассмотрены вопросы методологии многомасштабных оптических и микроволновых дистанционных измерений; описаны методики изучения индивидуальных обрушений, и мезомас-штабных точечных дискретных случайных полей обрушений; а также результаты полевых натурных исследований. Обсуждены достоинства и ограничения различных дистанционных комплексов для выявления пространственно-временных особенностей полей обрушения гравитационных волн и дисперсных систем с воздушных платформ. Детально описаны последние достижения электродинамики излучения и рассеяния электромагнитных волн полидисперсными плотноупакован-ными полиэдральными системами и концентрированных потоков водных сферических частиц.
Монография сформирована на базе универсального подхода как к содержанию, так и к характеру описания. Ее принципиальная особенность заключается в объединенном описании пространственно-временных и структурных свойств обру-шаюшихся океанических волн с их электродина-
80
БОНДУР
мическими характеристиками. При этом основное внимание уделяется разъяснению физических аспектов процессов обрушения, понимание которых необходимо для выявления возможностей и ограничений в методах дистанционного зондирования. В книге содержатся многочисленные примеры и иллюстрации из современных экспериментов, выполненных в лабораторных, самолетных и корабельных условиях.
Монография базируется в первую очередь на научных результатах, полученных при выполнении российских самолетных экспедиций в акваториях Тихого океана (Дальний Восток), Черного моря, Каспийского моря, Баренцевого моря, а также морских экспедиций в тропической зоне и на Дальнем Востоке, как части научных проектов Российской академии наук. Эти результаты были использованы автором монографии при разработке собственных лекционных курсов, прочитанных автором для студентов старших курсов Московского физико-технического института и Московского государственного университета геодезии и картографии.
Настоящая книга задумана и осуществлена как издание, дающее систематизированное представление о возможностях и современных достижениях методов дистанционной диагностики взволнованной морской поверхности для широкого круга специалистов и заинтересованных читателей.
Изложение построено таким образом, чтобы читатель получил необходимые знания о физических механизмах обрушения гравитационных волн, а также наиболее полные сведения о современном уровне развития микроволновой и оптической дистанционной диагностики взволнованной морской поверхности. Содержание настоящей книги существенно шире тех требований, которые обычно предъявляются к учебному пособию для студентов. Многие ее части содержат детальную информацию и могут быть использованы в качестве справочного издания по некоторым специальным вопросам микроволновой и оптической дистанционной диагностики морской поверхности.
В первой главе рассмотрены научные и прикладные аспекты дистанционного зондирования морской поверхности, роль и место оптических и микроволновых при изучении обрушающихся волн, основные положения современной теории обрушения гравитационных волн, возможности пассивных и активных методов микроволновой диагностики взволнованной морской поверхности. Вторая глава посвящена основным результатам самолетного зондирования пространственных полей обрушений морских волн как в режиме полностью развитого волнения, так и в режиме ограниченного разгона. На основе экспериментальных данных сформированы важные модель-
ные представления о пространственном поле обрушающихся морских волн как о пуассоновском точечном поле невзаимодействующих центров. В третьей главе описаны результаты экспериментального исследования геометрических характеристик (линейные и площадные размеры) процесса индивидуального обрушения гравитационных волн и пенных полей различных типов. На основе экспериментальных данных построены статистические модели процессов обрушения. Проведен критический анализ существующих теоретических представлений об обрушении волн в результате порогового механизма для гауссового трехмерного стохастического поля (критерии обрушения, ограничения порогового механизма). В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований времени жизни дисперсной фазы обрушающейся индивидуальной гравитационной волны - в частности, выявление экспоненциального характера временной динамики распада буруна и полосовой пены, обнаружение специфической группы обрушений гравитационных волн - мезообрушения. Пятая глава посвящена изучению природы образования, дисперсной структуры и вклада капельно-брызговой фазы, образуемой в результате обрушения, в массо- и влагообмен в системе океан-атмосфера. Шестая глава содержит детальный анализ электродинамики поглощения и излучения плотноупакованных сред типа пенной коллоидной системы. Приведено детальное рассмотрение общеколлоидных, физических и дисперсных свойств плотноупакованных пенных структур. В этой главе уделено большое внимание методам описания электродинамических свойств разреженных и плотноупакованных дисперсных структур, а также приведены результаты детальных экспериментальных исследований, обнаруживших два типа коллоидных структур, принципиально различающихся своими излуча-тельными характеристиками - монослой дисперсной эмульсии и пенная система полиэдральной структуры. Проведен анализ целого спектра электродинамических моделей пенных систем и выявлена наиболее адекватная экспериментальным данным модель - модель неоднородного диэлектрического слоя с учетом рассеяния и поглощения электромагнитных волн полыми сферами и с учетом распределенного межфазового перехода. Седьмая глава посвящена исследованию электродинамики капельно-брызговой фазы как потока высококонцентрированной капельной среды. В первую очередь рассмотрены оптические модели для разреженных потоков в теории переноса излучения и их ограничения. Детально проанализированы результаты специализированных экспериментов по исследованию электромагнитных свойств концентрированных капельных потоков и возможности использования их для формирования электродинамических моделей капельно-брызго-
РЕЦЕНЗИЯ
81
вой фазы обрушающихся волн. Глава восьмая посвящена детальному анализу натурных дистанционных исследований переходной зоны системы океан-атмосфера при помощи оптических, ИК и микроволновых аэрокосмических миссий, начиная с первых российских успешных миссий на спутниках "Космос-243" и "Космос-384" с микроволновыми многочастотными комплексами. Представлено подробное изложение результатов полевых экспериментов с борта научно-исследовательско
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.