Флуктуационный анализ моделей морской поверхности

Эффективность реализации систем и комплексов дистанционного мониторинга акваторий неразрывно связана с созданием адекватных моделей морской поверхности, востребованных при решении задач навигации на море, оценки риска и прогнозирования аномальных явлений, в том числе при реализации дистанционных батиметрических измерений. В статье рассматривается сценарий реализации таких измерений по данным статистического анализа взволнованной морской поверхности при различных значениях глубины акватории, а также скорости и направления ветра. Рассмотрено и выполнено имитационное моделирование применительно к семи различным моделям угловых спектров ветрового волнения и энергетическому спектру JONSWAP, описанным в литературе, для которых построены оценки двумерных спектров. В отношении сформированных моделей выполнен флуктуационный анализ с исключением фонового тренда по дальности и по азимуту. Установлено, что для флуктуационных функций по дальности наблюдаются два характерных асимптотических режима, точка перегиба между которыми определяется глубиной акватории и скоростью ветра. По результатам анализа предложен подход и сформулирован критерий для дистанционного измерения глубины акватории в условиях как наличия, так и отсутствия доступных автономных измерений скорости ветра.

1. Pierson W. J., Moskowitz L. A proposed spectral form for fully developed wind seas-based on the similarity theory of S. A. Kitaigorodskii // Journal of geophysical research. 1964. 69(24). 5181-5190. DOI: 10.1029/JZ069I024P05181

2. Hasselmann K., Barnett T., Bouws E., Carlson H., Cartwright D. E., Enke K., Ewing J. A., Gienapp H., Hasselmann D. E., Kruseman P., Meerburg A., Muller P., Olbers D. J., Richter K., Sell W., Walden H. Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP). Hamburg: Deutsches Hydrographisches institute. 1973. 95 р. URL: https://pure.mpg.de/rest/items/item_3262854_4/component/file_3282032/content

3. Rodrıguez O. C., Silva A. J., Gomes J. P., Jesus S. M. Modeling arrival scattering due to surface roughness // Proceedings of the 10th European Conference on Underwater Acoustics. ECUA 2010. Istanbul. Turkey. July 5-9, 2010. Istanbu. 2010. 1-8.

4. Абузяров З. К. Морское волнение и его прогнозирование. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1981. 166 с.

5. Mitsuyasu H., Uji T. A comparison of observed and calculated directional wave spectra in the east China sea // Journal of the Oceanographical Society of Japan. 1989. 45. 338-349.

6. Chase J., L. Cote J., Marks W., E. Mehr, W. J. Pierson (Jr.), Claude Roénne F., Stephenson G., Vetier R. C., Walden R. G. The directional spectrum of a wind generated sea as determined from data obtained by the stereo wave observation project (SWOP). New York: New York University, College of Engineering. Research Division. Dept. of Meteorology and Oceanography and Engineering STatistics Group, 1957. 267 p.

7. Kantelhardt J. W., Zschiegner S. A., Koscielny-Bunde E., Havlin S., Bunde A., Stanley H. T. Multifractal detrended fluctuation analysis of nonstationary time series // Physica. Physica A-statistical Mechanics and Its Applications. 2002. 316. 87-114