Шарков Е. А.
Обрушающиеся морские волны: структура, геометрия, электродинамика.

М., Изд-во "Научный мир", 2009

      Содержание:

Предисловие.................................................... 5

Глава 1. Научные и прикладные основы изучения обрушающихся океанических волн...... 10
   1.1. Обрушающиеся океанические волны в системе океан—атмосфера .... 10
      1.1.1. Волновая динамика при обрушении волн.... 10
      1.1.2. Энергообмен при обрушении волн.......................... 11
      1.1.3. Газообмен в системе океан—атмосфера...................... 13
   1.2. Обрушающиеся океанические волны и дистанционное микроволновое зондирование........ 14
   1.3. Классификация методов исследований............................ 17

Выводы............................................................. 18

Глава 2. Пространственно-стохастическая структура полей обрушающихся волн в системе океан — атмосфера....... 19
   2.1. Постановка задачи по изучению пространственно-стохастической структуры полей обрушающихся волн.......... 19
   2.2. Методика и условия выполнения натурных экспериментов........... 20
      2.2.1. Гидрометеоусловия проведения эксперимента и методика выполнения полетов............... 21
      2.2.2. Методика проведения и обработки данных контактной части эксперимента.......... 22
      2.2.3. Состояние стратификации и турбулентный режим приводного слоя. Условия "чистого" разгона...... 24
      2.2.4. Восстановления спектральных характеристик морской поверхности по ее оптическим изображениям...... 26
      2.2.5. Пространственно-спектральная структура волнения........... 29
   2.3. Пространственно-статистические свойства поля обрушений волн развитого морского волнения........ 32
      2.3.1. Методика формирования и обработки случайно-точечного поля........... 32
      2.3.2. Законы распределения удельной плотности................... 34
      2.3.3. Пространственная однородность и репрезентативность поля обрушений............. 39
      2.3.4. Линейная некоррелированность поля обрушений............. 40
      2.3.5. Азимутальная однородность поля обрушений................. 42
      2.3.6. Марковское свойство поля обрушений....................... 44
   2.4. Пространственно-статистические свойства поля обрушений развивающегося морского волнения........ 47
      2.4.1. Методика формирования и обработки случайно-точечного поля в условиях развивающегося волнения........... 47
      2.4.2. Марковское свойство поля обрушений в условиях развивающегося волнения.............. 49
      2.4.3. Законы распределения удельной плотности в условиях развивающегося волнения.............. 51
      2.4.4. Линейная некоррелированность удельной плотности центров обрушения в условиях развивающегося волнения........ 52
      2.4.5. Пространственная однородность удельной плотности центров обрушения в условиях развивающегося волнения........ 53
   2.5. Фрактальные свойства зон обрушений волн стационарного и развивающегося морского волнения.......... 54
      2.5.1. Методики формирования случайно-точечного поля для фрактальной обработки......... 54
      2.5.2. Фрактальные свойства полей обрушений в условиях развитого волнения.................. 55
      2.5.3. Фрактальные свойства полей обрушений в условиях развивающегося волнения......... 57

Выводы............................................................. 59

Глава 3. Линейная и площадная геометрии гребневой и полосовой пенных полей....... 61
   3.1. Постановка задачи по изучению пространственно-стохастической структуры индивидуальных обрушающихся волн.................... 61
   3.2. Методика дистанционного исследования индивидуальных пенных структур в процессе обрушения волн............. 62
   3.3. Методика обработки данных дистанционного зондирования индивидуальных пенных структур в процессе обрушения волн........ 65
   3.4. Статистика элементов линейной геометрии индивидуальных пенных структур в процессе обрушения волн............ 67
   3.5. Статистика элементов двумерной геометрии индивидуальных пенных структур в процессе обрушения волн............ 72
   3.6. Статистика удельной плотности центров обрушения................. 82
      3.6.1. Пуассоновское приближение для поля центров обрушения..... 82
      3.6.2. Поле центров обрушения как процесс Паскаля................ 85
   3.7. Пространственное поле обрушений волн и теория выбросов случайного гауссового поля.............. 90
      3.7.1. Свойства потока пересечений гауссовым полем фиксированного уровня.............. 90
      3.7.2. Интенсивность потока пересечений гауссовым полем фиксированного уровня и экспериментальные наблюдения .... 92
      3.7.3. Области выбросов изотропного гауссового поля и экспериментальные наблюдения............ 94
      3.7.4. О соотношении интервалов диссипации и прозрачности и спектрах высот морского волнения............ 96

Выводы............................................................. 98

Глава 4. Временная динамика процесса обрушения морских волн....... 99
   4.1. Постановка задачи........... 99
   4.2. Методика и условия выполнения натурных экспериментов...........101
      4.2.1. Методика оптических наблюдений временной эволюции процесса обрушения.........104
      4.2.2. Методика обработки оптических изображений........105
   4.3. Временная эволюция процесса обрушения.........................106
   4.4. Пространственно-временные характеристики мезообрушений........112
   4.5. Спектральные характеристики аэрированного слоя........115

Выводы.............................................................116

Глава 5. Капельно-брызговая фаза над морской поверхностью........117
   5.1. Физические механизмы генерации капельно-брызговой фазы........117
   5.2. Дисперсные характеристики капельно-брызговой фазы..............121
      5.2.1. Лабораторные измерения характеристик капельно-брызговой фазы......122
      5.2.2. Натурные измерения характеристик капельно-брызговой фазы......124

Выводы.............................................................133

Глава 6. Электродинамика грубодисперсных плотноупакованных сред........... 135
   6.1. Пена как коллоидная система: физические и структурные свойства.... 135
   6.2. Физико-химические свойства морской пены...... 141
   6.3. Дисперсная структура морской пены в акватории Черного моря....... 145
   6.4. Первые дистанционные эксперименты и «наивные» электромагнитные модели.......150
   6.5. Экспериментальные исследования характеристик грубодисперсных систем радиофизическими методами.......153
      6.5.1. Лабораторные аналоги пенных систем и их дисперсные характеристики........153
      6.5.2. Спектральные и поляризационные свойства радиотеплового излучения дисперсных систем......156
      6.5.3. Отражательные свойства дисперсных систем в микроволновом диапазоне.........165
   6.6. Теория собственного излучения дисперсных плотноупакованных систем.....171
      6.6.1. Неоднородный диэлектрический слой, отвечающий гетерогенной смеси воды и воздуха......171
      6.6.2. Модели переходного слоя и слоисто-неоднородные модели.....173
      6.6.3. Электромагнитные свойства пузырька в микроволновом диапазоне......174
      6.6.4. Оптическая модель дисперсной среды.......................182
      6.6.5. Дифракционные модели дисперсных систем..................186
      6.6.6 Слоисто-неоднородная дифракционная модель...............190

Выводы ..........................................................193

Глава 7. Электродинамики концентрированных потоков с водяными каплями 195
   7.1. Электромагнитные свойства уединенных частиц....................195
      7.1.1. Сечение рассеяния и амплитуда рассеяния...................196
      7.1.2. Сечение поглощения......................................198
      7.1.3. Полное сечение...........................................!99
      7.1.4. Альбедо однократного рассеяния............................!99
      7.1.5. Индикатриса рассеяния....................................200
   7.2. Основные положения теории Ми..................................200
      7.2.1. Параметры теории Ми.....................................202
      7.2.2. Основные результаты теории Ми............................203
      7.2.3. Три области в теории рассеяния Ми.........................205
   7.3. Особенности рассеяния водных частиц............................206
   7.4. Электромагнитные свойства полидисперсных сред..................210
      7.4.1. Функция плотности частиц.................................211
      7.4.2. Объемная плотность частиц................................212
      7.4.3. Интегральная функция распределения частиц................212
      7.4.4. Относительная функция распределения частиц...............2)2
      7.4.5. Плотность распределения частиц............................212
      7.4.6. Полная масса и относительная концентрация воды............213
      7.4.7. Радиолокационная отражаемость............................214
      7.4.8. Интенсивность осадков....................................2! 5
      7.4.9. Аналитические формы функции плотности...................215
      7.4.10. Параметры ослабления и поглощения полидисперсных сред.... 217
   7.5. Обратное рассеяние естественных полидисперсных объемных сред.... 221
   7.6. Особенности радиационного переноса в плотных средах.............225
      7.6.1. Дисперсные среды и их характеристики......................227
      7.6.2. Экспериментальные методы и аппаратура....................230
      7.6.3. Средние значения электромагнитных характеристик...........231
      7.6.4. Флуктуационные моды экстинкции сред.....................233

Выводы.............................................................238

Глава 8. Натурные оптико-микроволновые дистанционные исследования переходной зоны в системе океан-атмосфера........240
   8.1. О проблемах аэрокосмической океанографии.......240
   8.2. Оптико-радиофизические исследования процесса обрушения гравитационной океанической волны..........244
      8.2.1. Аппаратура, методика и условия проведения эксперимента.....244
      8.2.2. Экспериментальные исследования естественного обрушения... 246
      8.2.3. Экспериментальные исследования обрушения бортовых волн.......252
      8.2.4. Интерпретация результатов: капельно-брызговая модель и «радиопортрет» обрушающейся морской волны.....255
   8.3. Радиоизлучение гребневой и полосовой пены: натурные корабельные исследования........259
   8.4. Радиоизлучение поля обрушений волн: натурные самолетные исследования..........264
   8.5. Нелинейная динамика гравитационных волн в поле обратного рассеяния от обрушающихся волн........271
      8.5.1. Район и условия проведения эксперимента...................272
      8.5.2. Методика радиолокационных измерений.....................273
      8.5.3. Анализ пространственно-временных диаграмм................274
      8.5.4. Анализ пространственно-частотных спектров.................275

Выводы.............................................................279

Заключение.....................................................281

Литература.....................................................284