научная статья по теме РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ: Е.А. ШАРКОВ “ОБРУШАЮЩИЕСЯ МОРСКИЕ ВОЛНЫ: СТРУКТУРА, ГЕОМЕТРИЯ, ЭЛЕКТРОДИНАМИКА” Геофизика

Текст научной статьи на тему «РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ: Е.А. ШАРКОВ “ОБРУШАЮЩИЕСЯ МОРСКИЕ ВОЛНЫ: СТРУКТУРА, ГЕОМЕТРИЯ, ЭЛЕКТРОДИНАМИКА”»

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2011, том 47, № 1, с. 140-141

^ КРИТИКА

И БИБЛИОГРАФИЯ

УДК 551.465

РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ: Е.А. ШАРКОВ "ОБРУШАЮЩИЕСЯ МОРСКИЕ ВОЛНЫ: СТРУКТУРА, ГЕОМЕТРИЯ, ЭЛЕКТРОДИНАМИКА" © 2011 г. Р. С. Бортковский

Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова 194021 Санкт-Петербург, ул. Карбышева, 7 E-mail: rsb@main.mgo.rssi.ru Поступила в редакцию 21.01.2010 г., после доработки 20.07.2010 г.

Недавно вышедшая в издательстве "Научный мир" (Москва, 2009) книга содержит, пожалуй, одно из наиболее полных описаний процесса обрушения морских волн. От появившихся в последние 10—20 лет многочисленных публикаций, посвященных этой же проблеме, рецензируемую книгу отличает глубокий физический и статистический анализ рассматриваемых фактов. Книга, разделенная на восемь глав, насчитывает 301 страницу.

Первая глава содержит обзор различных океанологических задач, связанных с обрушением морских волн, и методов их решения, в частности, проведения натурных радиофизических и оптических экспериментов. В выводах, заключающих эту и все последующие главы, указано на необходимость экспериментального изучения пространственно-временных характеристик полей обрушающихся волн и дисперсной фазы, формирующейся в воде и в воздухе.

В следующей второй главе описаны результаты экспериментальных исследований статистической пространственной структуры и элементов динамики природных дисперсных сред, образующихся в системе океан—атмосфера при обрушении гравитационных волн. На основе полученных данных сформирована модель поля обрушений как основа понимания физики взаимодействия турбулентного ветрового потока и гравитационных волн. Помимо вводного раздела вторая глава состоит из четырех больших разделов и выводов. В них описаны методика и условия выполнения натурных экспериментов; пространственно-статистические свойства поля обрушения волн установившегося и развивающегося ветрового волнения; фрактальные свойства зон обрушений волн. Экспериментально показано, что вероятностная модель поля обрушений морских волн может быть представлена как поле марковского типа с равномерно распределенными и независимыми центрами обрушений.

В главе 3 изложены результаты дистанционных определений линейных и площадных размеров "барашков" и пенных полей, выполнявшихся с помо-

щью оптической съемки с использованием вертолетов. Глава начинается с краткого, но содержательного обзора многочисленных экспериментов по определению характеристик барашков и пены, указано на ограничения возможностей фотосъемки морской поверхности с судов. Далее излагается методика исследования пенных структур с помощью специальной фотокамеры, установленной на вертолете. Эксперименты проводились над акваториями Черного и Баренцева морей. Отмечается, что барашки и полосы пены различаются не только по оптическим, но и по электромагнитным свойствам; указано, что при штормовом ветре возникают пенные образования с особой структурой.

Подробно описана процедура обработки полученных снимков и анализа результатов. Представлены данные статистики элементов линейной геометрии индивидуальных пенных образований. Рассмотрена статистика удельной плотности центров обрушения, под которой понимается количество единичных пенных образований на участке морской поверхности площадью 10000 м2. Указано на отличия полученной плотности распределения от нормального. Е.А. Шарков выдвигает предположение, что при увеличении площади исследуемого участка поверхности распределение должно приближаться к нормальному.

В 4-й главе рассматривается временной ход процесса обрушения. Натурные эксперименты проводились недалеко от побережья Камчатки, в проливе Фриза (Курильские острова) и на Каспийском море. Фотосъемка проводилась с самолетов-лабораторий и с судна. Представлена временная диаграмма цикла обрушения ветровой волны, описан процесс погружения и всплытия пузырьков. Заметим, что время жизни отдельного пузырька на морской поверхности зависит как от множества перечисленных автором факторов, так и от не упомянутых им размеров пузырька.

Выделен и описан особый вид обрушений — ме-зообрушения. Это явление описано как ограниченное собственно гребнем обрушающейся волны и

РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ

141

быстро, в течение примерно 1 с, диссипирующее. Его характеристики слабо зависят от скорости ветра.

Изучены и полученные с помощью фотосъемки из подводного герметичного бокса характеристики поля пузырьков в зоне обрушения гребня на глубине около 5 см. Плотность распределения размеров пузырьков здесь оказалась близкой к нормальному распределению со средним диаметром 3.68 мм при среднеквадратичном отклонении 0.4 мм.

Заметим, что вывод о принадлежности статистик размеров гребневой и полосовой пены по данным Тихого океана, Баренцева и Черного морей к одним и тем же генеральным совокупностям противоречит натурным данным о зависимости относительного покрытия морской поверхности барашками и пеной от температуры воды (Bort-kovski R.S., Novak VA., J. Marine Systems, 1993, V 4, № 2—3), а температура воды в Баренцевом и Черном морях летом должна различаться примерно на 15°С.

В 5-й главе описывается и анализируется поле брызг, формирующееся над взволнованной морской поверхностью, приводятся результаты лабораторных и натурных экспериментов. Критически оцениваются возможности использованной аппаратуры и методов обработки результатов измерений, отмечаются усилия по созданию техники с необходимыми разрешающими возможностями. Здесь нельзя не согласиться с автором, но стоило бы указать, где и кем эти усилия развиваются.

В главе 6 представлены результаты исследований многокомпонентных плотно упакованных дисперсных структур, образующихся при обрушении ветровых волн. Установлено, что механизм радиоизлучения дисперсных систем состоит в особых поглощающих свойствах эмульсионного монослоя и полиэдральных ячеек. Здесь же описан усовершенствованный вариант теории собственного излучения дисперсных плотно упакованных структур. Подробно эта теория была изложена автором в книге Sharkov E.A. Passive Microwave Remote Sensing of the Earth: Physical Foundations (Praxis, 2003, 613 p.). В этой главе показано, что капли и пузырьки, заполняющие приповерхностные слои воздуха и воды при обрушении ветровых волн, сильно различаются по своим оптическим и электромагнитным свойствам. Выявленная способность пузырьков поглощать большую часть падающего излучения может стать основой при построении новой электродинамической модели дисперсной системы, формирующейся в зоне обрушения. Установлено, что основной физический механизм излучения дисперсных структур связан с дифракционным поглощением электромагнитных волн пузырьками и полиэдрическими ячейками сотовой структуры пенных слоев.

Глава 7 посвящена исследованию электродинамики капельно-брызговой среды, образующейся над обрушающимися волнами. Рассмотрены оптические модели в теории переноса излучения и их ограничения. Представлены основные положения теории рассеяния Ми и используемые в практике дистанционного зондирования приближения. Описаны и проанализированы результаты экспериментов по изучению электромагнитных свойств капельных потоков, выполненных под руководством Е.А. Шаркова. Основной интерес представляют характеристики прохождения и рассеяния электромагнитной волны при наличии потока капельной среды. Затем учитываются вклады большого числа невзаимодействующих частиц и анализируются результаты экспериментов по исследованию электромагнитных свойств капельных потоков.

В последней, 8-й главе книги, описаны натурные дистанционные исследования переходной зоны системы океан—атмосфера, представлены их результаты. Актуальной задачей развития аэрокосмической океанографии Е.А. Шарков считает исследование механизмов взаимодействия электромагнитного излучения с взволнованной морской поверхностью. Отмечается противоречивость взглядов на существо механизма обратного рассеяния. Представлены результаты натурных экспериментов, целью которых было выявить наиболее адекватный способ описания электродинамических моделей дисперсных структур, образующихся при обрушении ветровых волн. Представлена кинограмма обрушения, четко рисующая все стадии этого процесса. Указано, что синхронные измерения в радиотепловом и радиолокационном режимах позволяют получить новую информацию о процессе обрушения.

В рецензируемой книге развит наиболее общий подход при изучении процесса обрушения ветровых волн и образования пенно-брызговых структур, предложены и детально рассмотрены экспериментальные дистанционные методики. Отмечено, что предложенный в книге модельный подход для полидисперсной среды может быть применен при изучении широкого класса природных объектов. Предложена качественно новая электродинамическая модель дискретной среды; показано, что дистанционные микроволновые синхронные измерения в радиотепловом и скаттерометрическом режимах позволяют получить уникальную информацию о процессе обрушения. Можно полагать, что результаты, изложенные в книге, будут стимулировать серьезное расширение базы экспериментальных данных. Сейчас этих данных явно недостаточно.

Резюмируя, следует высоко оценить выход в свет книги Е.А. Шаркова, которая вносит заметный вклад в изучение одного из важнейших проявлений взаимодействия океана и атмосферы.

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА том 47 № 1 2011

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.

Показать целиком