Архив
Том 20, 2023
Том 19, 2022
Том 18, 2021
Том 17, 2020
Том 16, 2019 г.
Том 15, 2018 г.
Том 14, 2017 г.
Том 13, 2016 г.
Том 12, 2015 г.
Том 11, 2014 г.
Том 10, 2013 г.
Том 9, 2012 г.
Том 8, 2011 г.
Том 7, 2010 г.
Выпуск 6, 2009 г.
Выпуск 5, 2008 г.
Выпуск 4, 2007 г.
Выпуск 3, 2006 г.
Выпуск 2, 2005 г.
Выпуск 1, 2004 г.
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 1. С. 229-241

Исследование затухания гравитационных волн на фрагментированном льду

Г.Е. Хазанов 1, 2 , С.А. Ермаков 1, 2, 3 , В.А. Доброхотов 1, 2 , Г.В. Лещев 1, 2 , А.В. Купаев 1 , О.А. Даниличева 2 
1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского , Нижний Новгород, Россия
3 Волжский государственный университет водного транспорта, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 12.01.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-1-229-241
Как известно, морской лёд на начальном этапе своего формирования в прикромочной зоне может существовать в разных формах, таких как ледяное сало, снежура, блинчатый лёд. Перечисленные выше начальные формы льда (НФЛ) приводят к затуханию волн на морской поверхности и, соответственно, влияют на интенсивность микроволнового рассеяния на морской поверхности, что усложняет идентификацию участков поверхности, покрытых НФЛ и находящихся в области между сплочённым льдом и открытой водой. Данная работа нацелена на анализ распространения волн в присутствии НФЛ для дальнейшей разработки физических моделей затухания волн. В работе представлены описание и результаты специальных натурных экспериментов по исследованию затухания ветровых волн различной длины в присутствии имитаторов льдин, а также приведены результаты численного моделирования затухания гравитационных волн и дано сравнение с результатами экспериментов. Одним из важных результатов исследованной зависимости коэффициента затухания от отношения размера льдины к длине волны как в натурных, так и в численных экспериментах стало обнаружение локального максимума для волн с длинами порядка размеров «льдин». Дана физическая интерпретация механизма затухания гравитационных волн в присутствии льдин с учётом их присоединённой массы.
Ключевые слова: затухание гравитационных волн, начальные формы льда, радиолокационное зондирование, присоединённая масса
Полный текст

Список литературы:

  1. Ardhuin F., Sutherland P., Doble M., Wadhams P. Ocean waves across the arctic: attenuation due to dissipation dominates over scattering for periods longer than 19 s. // Geophysical Research Letters. 2016. V. 43. No. 11. P. 5775–5783.
  2. Bai W., Zhang T., McGovern D. Response of small sea ice floes in regular waves: A comparison of numerical and experimental results // Ocean Engineering. 2017. V. 129. P. 495–506. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2016.10.045.
  3. Boutin G., Ardhuin F., Dumont D., Sevigny C., Girard-Ardhuin F., Accensi M. Floe Size Effect on Wave-Ice Interactions: Possible Effects, Implementation in Wave Model, and Evaluation // J. Geophysical Research: Oceans. 2018. V. 123. No. 7. P. 4779–4805. https://doi.org/10.1029/2017JC013622.
  4. Cheng S., Rogers W. E., Thomson J., Smith M., Doble M. J., Wadhams P., Kohout A. L., Lund B., Persson O. P.G., Collins C. O., Ackley S., Montiel F., Shen H. H. Calibrating a viscoelastic sea ice model for wave propagation in the Arctic fall marginal ice zone // J. Geophysical Research. 2017. V. 122. No. 11. P. 8770–8793. DOI: 10.1002/2017JC013275.
  5. Doble M. J., De Carolis G., Meylan M. H., Bidlot J.-R., Wadhams P. Relating wave attenuation to pancake ice thickness, using field measurements and model results: Waves in Pancakes // Geophysical Research Letters. 2015. V. 42. No. 11. P. 4473–4481. DOI: 10.1002/2015GL063628.
  6. Dumas-Lefebvre E., Dumont D. Aerial observations of sea ice break-up by ship waves // The Cryosphere Discussions. 2021. 26 p.
  7. Ermakov S. A., Lazareva T. N., Leshev G. V., Vostryakova D. V. Experimental study of wave damping due to ice floes in application to radar remote sensing of the marginal ice zone // Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions: Proc. SPIE. 2020. V. 11529. Art. No. 1152909. DOI: 10.1117/12.2574082.
  8. Hersbach H. CMOD5. An improved geophysical model function for ERS C-band scatterometry: Technical Memorandum. Reading, UK: ECMWF, 2003. V. 395. 50 p.
  9. Johannessen O. M., Hibler W. D., William E., Campbell J. Marginal ice zones: a description of air-ice-ocean interactive processes, models and planned experiments // Arctic Technology and Policy: Proc. 2nd Annual MIT Sea Grant Conf. 1983. P. 133–146.
  10. Keller J. B. Gravity waves on ice-covered water // J. Geophysical Research: Oceans. 1998. V. 103. No. C4. P. 7663–7669.
  11. Kennard E. H. Irrotational flow of frictionless fluids: mostly of invariable density. David Taylor Model Basin Report. Washington, US, 1967. V. 2229. 450 p.
  12. Khazanov G. E., Ermakov S. A., Dobrokhotov V. A., Vostryakova D. V., Lazareva T. N. Wave tank modeling of the damping of gravity waves due to ice floes in application to ocean remote sensing // The Intern. Society for Optical Engineering: Proc. SPIE. 2021. V. 11857. Art. No. 118570U. https://doi.org/10.1117/12.2600164.
  13. Kohout A. L., Meylan M. H. An elastic plate model for wave attenuation and ice floe breaking in the marginal ice zone // J. Geophysical Research: Oceans. 2008. V. 113. No. C9.
  14. Marquart R., Bogaers A., Skatulla S., Alberello A., Tofolli A., Schwarz C., Vichi M. A Computational Fluid Dynamics Model for the Small-Scale Dynamics of Wave, Ice Floe and Interstitial Grease Ice Interaction // Fluids. 2021. V. 6. P. 176.
  15. Massom R., Stammerjohn S. Antarctic sea ice variability: Physical and ecological implications // Polar Science. 2010. V. 4. No. 2. P. 149–458.
  16. Masson D., LeBlond P. Spectral evolution of wind-generated surface gravity waves in a dispersed ice field // J. Fluid Mechanics. 1989. V. 202. P. 43–81.
  17. Meylan M., Yiew L., Bennetts L., French B., Thomas G. (2014a) Surge motion of an ice floe in waves: Comparison of a theoretical and an experimental model // Annals of Glaciology. 2014. V. 56. Iss. 69. P. 155–159. DOI: 10.3189/2015AoG69A646.
  18. Meylan M. H., Bennetts L. G., Kohout A. L. (2014b) In situ measurements and analysis of ocean waves in the Antarctic marginal ice zone // Geophysical Research Letters. 2014. V. 41. No. 14. P. 5046–5051. DOI: 10.1002/2014GL060809.
  19. Meylan M. H., Bennets L. G., Doble M., Mosig E. M. Dispersion relations, power laws, and energy loss in waves for the marginal ice zone //J. Geophysical Research: Oceans. 2018. V. 123. P. 3322–3335. https://doi. org/10.1002/2018JC013776.
  20. Newman J. N. Marine hydrodynamics. Cambridge, MA: The MIT Press, 2017. 426 p.
  21. Newyear K., Martin S. Comparison of laboratory data with a viscous two-layer model of wave propagation in grease ice // J. Geophysical Research: Oceans. 1999. V. 104. No. C4. P. 7837–7840.
  22. Peters A. S. The effect of a floating mat on water waves // Communications on Pure and Applied Mathematics. 1950. V. 3. P. 319–354.
  23. Prinsenberg S. J., Peterson I. K. Observing regional-scale pack-ice decay processes with helicopter-borne sensors and moored upward-looking sonars // Annals of Glaciology. 2011. V. 52. No. 57. P. 35–42.
  24. Wadhams P., Holt B. Waves in frazil and pancake ice and their detection in Seasat synthetic aperture radar imagery // J. Geophysical Research: Oceans. 1991. V. 96. No. C5. P. 8835–8852.
  25. Wadhams P., Gill A. E., Linden P. F. Transects by submarine of the East Greenland Polar Front // Deep Sea Research. 1979. V. 26A. P. 1311–1327.
  26. Wadhams P., Squire V. A., Goodman D. J., Cowan A. M., Moore S. C. The attenuation rates of ocean waves in the marginal ice zone // J. Geophysical Research: Oceans. 1988. V. 93. No. C6. P. 6799–6818.
  27. Wang R., Shen H. H. Gravity waves propagating into an ice-covered ocean: A viscoelastic model // J. Geophysical Research: Oceans. 2010. V. 115. No. C6.
  28. Weber J. E. Wave attenuation and wave drift in the marginal ice zone // J. Physical Oceanography. 1987. V. 17. No. 12. P. 2351–2361.
  29. Weitz M., Keller J. B. Reflection of water waves from floating ice in water of finite depth // Communications on Pure and Applied Mathematics. 1950. V. 3. P. 305–318.
  30. Williams T. D., Bennets L. G., Squire V. A., Dumont D., Bertino L. Wave – ice interactions in the marginal ice zone. Part 1: Theoretical foundations // Ocean Modelling. 2013. V. 71. P. 81–91.
  31. Yiew L. J., Bennetts L. G., Meylan M. H., French B. J., Thomas G. A. Hydrodynamic responses of a thin floating disk to regular waves // Ocean Modelling. 2016. V. 97. P. 52–64.