Большой термостратифицированный бассейн

Важным методом изучения волновых и турбулентных процессов в океане является их масштабное моделирование в лабораторных бассейнах достаточно больших размеров с контролируемыми и воспроизводимыми гидрологическими условиями. Большой термостратифицированный опытовый бассейн (БТСБ) ИПФ РАН позволяет осуществлять физическое моделирование гидрофизических процессов в верхнем стратифицированном слое реального океана. В его конструкции реализован разработанный под руководством академика В.И. Таланова простой, эффективный и экологически чистый способ создания и поддержания устойчивой температурной стратификации, глубинный профиль которой воспроизводит типичный натурный профиль в масштабе 1:100. Благодаря сочетанию параметров создаваемой в нём температурной стратификации, больших размеров и наличию развитого информационно-измерительного комплекса, Бассейн дает уникальные возможности для лабораторного моделирования различных динамических процессов в верхнем слое океана, прежде всего, процессов генерации и эволюции внутренних волн, их воздействия на поверхностные ветровые волны, взаимодействия волн с течениями и турбулентностью (В.В. Баханов, В.И. Казаков, В.И. Таланов, Ю.И. Троицкая, О.Д. Шишкина).

Размеры БТСБ: длина 20 м, ширина 4 м, глубина 2 м. Его главной отличительной особенностью является оригинальный способ создания температурной стратификации путём нагрева и охлаждения жидкости с помощью системы теплообменников, установленных вдоль боковых стенок бассейна. Применение холодильных машин, работающих в режиме теплового насоса, обеспечивает высокую эффективность такого способа.

БТСБ ИПФ РАН активно используется при проведении совместных исследований с рядом академических институтов: ИКИ РАН, ИФА РАН, ГЕОХИ РАН. Кроме того, на базе БТСБ был выполнен ряд долгосрочных международных проектов с научно-исследовательскими центрами и университетами США.

Долгосрочные цели работ на БТСБ ИПФ РАН:

• исследование взаимодействия внутренних и поверхностных волн, взаимодействия внутренних и поверхностных волн с неоднородными течениями и турбулентностью;
• исследование процессов генерации внутренних волн погруженными движущимися телами и трансформации внутренних волн в области следа таких тел;
• экспериментальная апробация сквозных моделей отображения динамических процессов в толще океана в сигналах радиолокационной и оптической систем регистрации поверхностного волнения и развитие на этой основе радиофизических методов диагностики океана.

Бассейн оборудован:

• системой создания и поддержания температурной стратификации, позволяющей создавать в течение суток работы устойчивый термоклин с полным перепадом температур до 15 0 C и глубиной залегания 60 см (см. рисунок);
• буксировочной тележкой, обеспечивающей перемещение моделей со скоростями 0.01 – 1 м/с (при погрешности последней не более 2%);
• системой волнопродукторов, генерирующими поверхностные волн (с длинами 0.1 – 1 м и максимальной высотой до 60 мм) и внутренние волны (с периодами 30 – 120 с);
• волногасителем поверхностных волн, коэффициент отражения от которого составляет не более -10 дБ в рабочем диапазоне длин волн;
• автоматизированным информационно-измерительным комплексом, включающим систему первичных преобразователей (датчиков температуры, скорости потока) и волнографов, 3-см и 8-мм радиоскаттерометры, оригинальную видеосистему регистрации наклонов уровня водной поверхности, систему сбора и обработки данных на базе АЦП и ПК со специально разработанным программным обеспечением.

Избранные публикации

Арабаджи В.В., Богатырев С.Д., Баханов В.В. и др. Лабораторное моделирование гидрофизических процессов в верхнем слое океана (Большой термостратифицированный бассейн ИПФ РАН) // Приповерхностный слой океана. Физические процессы и дистанционное зондирование: Сб. трудов / Под ред. В.И. Таланова, Е.Н. Пелиновского. – Н. Новгород, ИПФ РАН, 1999. Том 2, с. 231-251.

Баханов В.В., Таланов В.И. Трансформация нелинейных поверхностных волн в поле неоднородных течений // Там же. Том 1, с. 81-106.

Баханов В.В., Власов С.Н., Казаков В.И., Кемарская О.Н., Копосова Е.В., Шишкина О.Д. Моделирование внутренних и поверхностных волн реального океана в Большом термостратифицированном опытовом бассейне ИПФ РАН // Изв. вузов. Радиофизика, 2003, т. 46, № 7, с. 537-554.

Бондур В.Г., Гребенюк Ю.В., Ежова Е.В., Казаков В.И., Сергеев Д.А., Соустова И.А., Троицкая Ю.И. Поверхностные проявления внутренних волн, излучаемых заглубленной плавучей струей. Часть 1. Механизм генерации внутренних волн // Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2009, т.45, №6, с. 833-845.

Бондур В.Г., Гребенюк Ю.В., Ежова Е.В., Казаков В.И., Сергеев Д.А., Соустова И.А., Троицкая Ю.И. Поверхностные проявления внутренних волн, излучаемых заглубленной плавучей струей. Часть 2. Структура внутренних волн// «Известия РАН. Физика Атмосферы и Океана», 2010, т.46, №3, с. 376-389.

Бондур В.Г., Гребенюк Ю.В., Ежова Е.В., Казаков В.И., Сергеев Д.А., Соустова И.А., Троицкая Ю.И. Поверхностные проявления внутренних волн, излучаемых заглубленной плавучей струей. Часть 3. Поверхностные проявления внутренних волн // «Известия РАН. Физика Атмосферы и Океана», 2010, т.46, №4, с. 519-529.