„Който отдалече предвижда, отблизо се радва.“

Променливостта на условията за разпространение на звука, дължаща се на мезоскалната (дневна) променливост на хидрофизичните параметри на морската среда (ХФП) е една от възможните причини за наблюдаваното несъответствие между изчислените граници на зоните на осветеност и сянка от реалните. Проведени са малко изследвания от този вид, главно в дълбоководните зони на океана. В тази публикация ние разглеждаме влиянието на дневната променливост на вертикалните профили на скоростта на звука (ВРСЗ), изчислени от вертикалните профили на хидрофизичните параметри на морската среда (температура и соленост на морската вода), измерени в многодневна хидрологична станция (МХС) върху изчислените стойности на намаляване на интензитета на сигнала с разстоянието в плитко водната зона на Баренцово море. Предполага се, че измерванията на МХС и изчисленията на намаляването на интензитета на сигнала с разстоянието са направени в точката на инсталиране на акостираната автономна хидроакустична станция (АХАС).

Такива проучвания са важни при проектирането и използването на АХАС, особено при избора на разстоянието, през което е необходимо да се инсталират няколко АХАС на рубеж.
За анализа като действителни изходни данни за ВРСЗ са използвани данните, получени по време на наблюдението на хидрофизичните параметри на морската среда в МХС в западната част на Баренцово море. В същото време за три дни на май (24.05.1977 г. – 27.05.1977 г.) в МХС са извършени 20 измервания на ВРСЗ.

Трябва да се отбележи, че при търсене на всякакви други първоначални данни в Баренцово море въз основа на измервания на МХС в океанографската база данни на ВМС (УНИО МО), нямаше подобни измервания от 2000 г. с помощта на съвременни измервателни инструменти (като напр. СТД сонди).
Като илюстрация, на рис. 1 се показва дневната променливост на стойностите на скоростта на звука при стандартни хоризонти (минималните и максималните стойности са показани с дебели линии) и 20 ВРСЗ, измерени на МХС през май 1977 г.
За анализ на дневната променливост на скоростта на звука през 1977 г. на дълбочини 50, 100 и 200 m е построена обобщена графика (рис. 2) за месец май в точката на наблюдение. От графиките се вижда, че най-голяма променливост на скоростта на звука се наблюдава на дълбочина 50 m (2 m/s). На дълбочини от 200 m и повече променливостта на скоростта на звука е около 1 m/s.

Нека преценим как дневната променливост на скоростта на звука в дадена точка от инсталацията АХАС ще повлияе на изчислените стойности на намаляването на интензитета на сигнала с разстоянието.
Изчисленията на намаляването на интензитета на сигнала с разстоянието в режим на ехо-пеленгиране АХАС за маневрираща подводница – цел в Баренцово море бяха извършени с помощта на програмата за изчисляване на аномалиите на разпространение и интензитета на звуковите полета в океана (MAI). При изчисляване на интензитета на звуковите полета беше взета предвид само променливостта на профила на ВРСЗ, която зависи главно от дневната променливост на хидрофизичните параметри на морската среда с постоянството на останалите акустични параметри на морската среда и техническите параметри на АХАС.

Рис. 1. Графики на стойностите на скоростта на звука за 20 ВРСЗ, техните минимални и максимални стойности, измерени на МХС през май 1977 г.

Рис. 2. Графика на промяната в стойността на скоростта на звука на МХС за три дни през май 1977 г. на дълбочини 50, 100 и 200 m

Резултати от изчисленията. При моделиране с помощта на програмата MAI бяха направени 200 изчисления на намаляването на интензитета на звуковите полета с разстоянието за различни дълбочини на проникване на антената на хидроакустичен буй АХАС (Нхас) и подводна цел (Нцели). Въз основа на всички изчислени стойности на интензитета на звуковите полета (In, дБ) на различни разстояния, тяхното разпространение в дадена водна площ беше оценено за различни дълбочини на потапяне Нхас и Нцели.

Обобщени графики на промените в изчислените стойности на намаляването на интензитета на звуковите полета (In, дБ) с увеличаване на разстоянието до целта за различни дълбочини на проникване на антената на хидроакустичен буй АХАС (Нхас) и целта (Нцели) по време на наблюдение в продължение на три дни на МХС през май (24.05–27.05.1977 г.) е показано на рис. 3, 4.
Плътната дебела черна линия показва стойностите на средния интензитет на сигнала In ср.

Рис. 3. Графики на изчислените стойности на интензитета на сигнала (In, дБ) за 20 измерени ВРСЗ през три дни на МХС през май (24–27 май 1977 г.): a – Hхас = 50 m и Hцел = 50 m; б – Hхас = 100 m и Нцели = 50 m; c – Нхас = 150 m и Нцели = 50 m

Рис. 4. Графика на обобщените стойности на интензитета на сигнала от минимални до максимални стойности (In мин, In ср и In макс) за 20 измерени ВРСЗ през три дни на МХС през май (24–27 май 1977 г.) на изчислително разстояние Д = 25 km за различни дълбочини на проникване на антената на хидроакустичен буй АХАС (Nхас) и подводната цел (Нцели)

От фигурите се вижда, че изчислените стойности на интензитета на сигнала (In, дБ) могат да се променят значително поради дневната променливост на ВРСЗ през май.
Таблицата показва разпространението (∆In) между максималните и минималните стойности, което характеризира големината на променливостта на интензитета на сигнала за три дни, при фиксирани изчислителни разстояния (Д, км).

Стойност на разсейване (∆In, дБ) на интензитета на сигнала поради дневна променливост на ВРСЗ

Такава променливост на интензитета на сигнала в рамките на три дни може да доведе до промяна в стойността на диапазона на АХАС (ДД АХАС) в 1,5 пъти.
Може да се предположи, че такова разсейване в изчислените стойности на интензитета на сигнала, в допълнение към денонощната променливост на самия ВРСЗ, дава пълна грешка в метода за измерване на хидрофизичните параметри на морската среда (температура, соленост и дълбочина), измерени с помощта на морски батометри, което може да увеличи грешката при изчисляване на стойностите на скоростта на звука, които могат да достигнат приблизително 0,5–1,0 m/s. За съжаление, понастоящем обемът на корабните многодневни измервания на хидрофизичните параметри на морската среда значително е намалял и за да се провери това твърдение, не могат да бъдат намерени измервания от ежедневните измервания на МХС с помощта на съвременни инструменти (като напр. СТД сонди).

Изводи:
1. Ежедневната променливост на ВРСЗ в дадена точка в морето (измервания на ХФП на МХС) може да достигне до 2 m/s, което значително влияе върху променливостта на ДД АХАС, когато антената му е поставена на тези дълбочини.
2. Стойността на разпространението (∆In, дБ) на интензитета на сигнала поради дневната променливост на ВРСЗ може да достигне значителни стойности – повече от 5–10 дБ, което може да доведе до промяна в стойността на обхватът на АХАС през тези дни е 1,5 пъти.
3. Може да се предположи, че такова разсейване в изчислените стойности на интензитета на сигнала дава сумарната грешка в метода за измерване на хидрофизичните параметри на морската среда (температура, соленост и дълбочина), измерени с помощта на морски батометри, които, съответно увеличава грешката при изчисляване на стойностите на скоростта на звука, която може да достигне приблизително 0,5–1,0 m/s.