Файл: Океанография и морская метеорология учебник..pdf

где ®R — угловая частота сигнала, принятого от от­ ражающей частицы, движущейся к преобра­ зователям.

Тогда

На этом принципе был построен доплеровский изме­ ритель течения. Конструкция прибора в общих чертах следующая. Передатчик незатухающих колебаний ча­ стотой 10 МГц обеспечивает мощность в 1 Вт, необходи­ мую для приведения в действие электроакустического преобразователя, излучающего узкий луч акустической энергии в секторе 1° в морскую воду. Поскольку длина акустической волны составляет приблизительно 0,04 мм, то очень маленькие частицы отражают энергию, дей­ ствуя как точечные источники энергии для аналогичной картины луча приемного преобразователя. Пересечение лучей дает объем реверберации приблизительно в один круговой мил (единица площади, равная площади круга

обеспечивая тем самым точку измерения, которая изо­ лирована от возмущений течения, внесенных корпусом прибора, и поэтому является в действительности зондом для измерения скорости течений.

Рассмотрим изменение в доплеровском смещении ча­

284

— угол между излучателем преобразователя и направлением движения частицы.

Тогда принятый сигнал

Принятый сигнал имеет доплеровское смещение ча­ стоты, которое пропорционально потоку течения, и эту разность частот можно легко измерить путем гетеро-

П е р е д а т ч ѵ к

Рис. 52. Картина пересечения акустических лучей

динирования переданного и принятого сигналов, чтобы получить частотно-модулированную поднесущую часто­ ту. С помощью такого прибора, опускаемого с борта судна на кабель-тросе, можно измерить очень малые скорости течений (менее чем 0 , 0 0 1 уз), так как частот­ ные измерения можно произвести очень точно. Кроме того, прибором можно измерить быстрые изменения ско­ рости течения, потому что отсутствие движущихся ча­ стей позволяет получить небольшие постоянные вре­ мени.

Принятый сигнал на выходе приемного преобразова­ теля находится в диапазоне уровней от 10 мкВ до 10 мВ при сопротивлении 50 Ом. Причиной широкого диапа­ зона уровней принятого сигнала является то, что за­ тухание и уровень отраженного сигнала изменяются как функция количества частиц в воде и их характеристик.

Измерительная аппаратура и регистрирующий по­ тенциометр находятся на борту судна.

285

Очевидно, что акустические измерители течений имеют большое будущее, так как по своим техническим характеристикам позволяют не только измерять сред­ нюю скорость потока, но и исследовать микротурбулент­ ные движения жидкости, носящие случайный характер. Причем в принципе возможно применение не однока­ нального измерителя, а многоканального, что позволит производить мгновенные и одновременные измерения те­ чения и запись трех ортогональных составляющих ско­ рости потока.

Рис. 53. Определение течений с помощью абсолютного лага

Навигационный метод. Идея этого метода сводится к тому, что течение определяется из сопоставления счис-

Ошибки в определении течения из разности счислимого и обсервованного мест корабля определяются точ­ ностью обсерваций, счисления и определения ветрового дрейфа.

Определение течений с помощью абсолютного лага.

Приборы, измеряющие абсолютную (относительно дна моря) скорость корабля, называются измерителями пол­ ной скорости или абсолютными лагами. Наиболее рас­ пространенным измерителем полной скорости в настоя­ щее время является гидроакустический лаг, принцип действия которого основан на использовании эффекта Доплера. С помощью гидроакустического лага опреде-

2 8 6

ляют продольную Ѵх и поперечную Ѵу составляющие пу­ тевой скорости корабля, а также угол сноса ß (рис. 5 3 ).

Для определения элементов морского течения необ­ ходимо иметь данные о скорости корабля относительно воды Ѵв, которые могут быть получены с помощью от­ носительного лага. Тогда скорость Ѵт и направление те­ чения вычисляются как векторная разность полной ско­ рости Ѵп, измеренной гидроакустическим измерителем скорости корабля, и скорости хода корабля относитель­ но воды Ѵ'д, измеренной с помощью относительного лага:

§ 27. ВОЛНЫ В МИРОВОМ ОКЕАНЕ

Элементы волн. Морским волнением называется рас­ пространение в пространстве колебательных перемеще­ ний частиц воды, происходящих с большей или меньшей регулярностью по некоторым замкнутым или почти замкнутым орбитам.

Для определения количественных характеристик вол­ нения, называемых э л е м е н т а м и волн, рассмотрим план участка взволнованной поверхности моря, полу­ ченный в некоторый фиксированный момент времени. Этот участок в типичном случае очень напоминает рельеф сложной бугристой местности. Рассекая взвол­ нованную поверхность вертикальными плоскостями в различных направлениях Ѳ относительно направления ветра, получают волновые профили t)0 (x), где х — рас­ стояние вдоль профиля. Основные элементы волн опре­ деляют по волновым профилям г\о(х), проведенным в главном направлении распространения волн (рис. 54).

суммарные площади профиля, лежащие выше и ниже этой линии, равны между собой. Следует иметь в виду, что вследствие некоторой заостренности гребней волн средний уровень располагается несколько выше уровня

спокойной воды.

Вертикальное расстояние yj между средним уровнем и некоторой рассматриваемой точкой волнового про­ филя называется о р д и н а т о й волнового профиля.

287

Часть волнового профиля, расположенная выше

жду двумя гребнями ниже среднего уровня распола­

подошвы предыдущей впадины и вершины последую­ щего гребня. Высота волны соответствует удвоенной ам­ плитуде волны, т. е. а =0,5 /г.

Средний

волновой уровень ѵ

т в т в в

Д л и н а волн ы

Рис. 54. Волновой профиль y)0 (х)

Д л и н о й в о л н ы X называется расстояние по гори­ зонтали между вершинами двух смежных гребней или между двумя смежными подошвами волн.

по вершинам данного гребня волны перпендикулярно к направлению перемещения ее профиля, и луч в о л ­

ний ?](/) поверхности в фиксированной точке. Если за­ менить линейную координату х временем t, то элементы волновых колебаний определяются точно так же, как это сделано при рассмотрении волнового профиля. Тот же смысл имеют гребень волновых колебаний и его вер­ шина, а также и все другие элементы волновых коле­ баний.

2 8 8