Волны в геофизических средах. Атмосферная акустика, сейсмоакустика

Рассмотренные выше теоретические задачи имеют непосредственное отношение к задачам геофизики, а конкретнее, атмосферной акустики и сейсмоакустики. Акустические методы применяются для зондирования верхних слоев атмосферы и восстановления их свойств, дистанционного мониторинга сильных сейсмических процессов, в том числе взрывных процессов естественного и искусственного происхождения, сейсмической и вулканической активности, ядерных взрывов, дальнего распространения звука. К этой группе задач относится и проблема распространения звуковых ударов от сверхзвуковых самолетов в турбулентной атмосфере. Главная особенность атмосферы - стратификация плотности по экспоненциальному закону. Она приводит к резкому росту амплитуды акустической волны по мере распространения вверх и проявлению нелинейных эффектов.

Актуальной задачей является дистанционный мониторинг и возможность предсказания землетрясений. Экспериментально наблюдается определенная корреляция между сильными сейсмическими событиями и электромагнитными возмущениями в ионосфере. Одним из вероятных каналов взаимодействия является акустический. Сейсмические процессы в земной коре приводят к излучению акустических волн в атмосферу, они доходят до ионосферы и вызывают возмущения плазмы верхних слоев атмосферы. При ускоренном движении заряженных частиц плазмы происходит генерация электромагнитных возмущений. Требуется проследить все этапы этого взаимодействия - процессы в земной коре и генерацию волн на поверхности, передачу энергии в верхние слои атмосферы и акустическое воздействие на атмосферу и плазму. В настоящее время получены определенные результаты по второму этапу - нелинейному распространению звука в стратифицированной среде (см. статьи ниже).

Другая группа задач связана с расчетом акустических полей в системе 'слой океана - дно'. Здесь можно отметить проблемы локализации акустических полей вблизи границ и возможности волноводного распространения, влияние различных неоднородностей слоя океана - вязкости, течений, стратификации, а также внутренней структуры дна на акустические поля. Эти проблемы включают в себя все предыдущие теоретические вопросы - здесь есть и неоднородность среды, и границы и граничные волны, и локализация поля и ограниченные пучки. Отдельно нужно выделить задачу моделирования структуры океанского дна, что важно как для предсказания поведения акустических полей, так и для восстановления свойств самого грунта и решения обратных задач. Океанское дно может состоять из твердых скальных пород, может представлять собой жидкие осадки, а может иметь более сложную структуру и содержать включения, например, поры или газовые пузырьки.

Составной частью второй группы задач является расчет поверхностных волн в неоднородной среде и оптимизация акустических методов восстановления свойств среды, основанных на поверхностных волнах.

Примерные направления исследований:

• акусто-гравитационные волны и нелинейные эффекты в стратифицированной атмосфере;
• акустическое воздействие на верхние слои атмосферы;
• потоки энергии и взаимосвязи сеймических процессов в земной коре и волновых явлений в ионосфере;
• поверхностные волны, распространяющиеся вдоль океанского дна, и влияние на них различных неоднородностей жидкого слоя;
• структурно-неоднородные модели океанского дна и волновые процессы в таких средах. Локализация акустических полей на границах таких сред;
• оптимизация акустических методов на поверхностных волнах восстановления свойств неоднородной среды.

Основные публикации:

• Гусев В.А., Собисевич А.Л. Низкочастотные волновые процессы в геосферах, предшествующие сильным сейсмическим событиям // Коллективная монография Экстремальные природные явления и катастрофы. Т.1. Оценка и пути снижения негативных последствий экстремальных природных явлений. М.: ИФЗ РАН, 2010. С. 65-80. (PDF file)
• Гусев В.А., Жостков Р.А. Интенсивные акустические волны в стратифицированной неизотермической атмосфере // Ежегодник РАО "Акустика неоднородных сред". Сборник трудов школы-семинара под руководством проф. С.А. Рыбака. 2010. Вып. 11. С. 17-23. (PDF file)
• Gusev V.A., Zhostkow R.A.. Analytical solutions for diffraction problem of nonlinear acoustic wave beam in the stratified atmosphere // Proceedings of the International Conference 'Days on Diffraction' 2011', Saint Petersburg, May 30 - June 3, 2011. Pp.77-80. (PDF file)
• Гусев В.А., Жостков Р.А. Вертикальное распространение интенсивных акустических сигналов в неизотермической стратифицированной атмосфере // Сборник трудов Научной конференции 'Сессия Научного совета РАН по акустике и XXIV сессия Российского акустического общества. Т.2. М.: ГЕОС, 2011. С. 160-163. (PDF file)
• Гусев В.А., Жостков Р.А. Интенсивные акустические волны в стратифицированной атмосфере // Физические проблемы экологии (экологическая физика): Сборник научных трудов / Под ред. В.И. Трухина, Ю.А. Пирогова, К.В. Показеева. ?18.

ї2012 Кафедра Акустики