Научный журнал «Процессы в геосредах» № 2 (15) 2018

Аннотации статей

МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ В АРКТИКЕ
А.Е. Букатов , А.А. Букатов
Морской гидрофизический институт РАН
На основе среднемесячных за период 1969–2012 гг. значений сплоченности и толщины морского льда, солености воды и температуры водной поверхности, а также температуры воздуха на уровне метеорологической будки и температуры поверхности снежно–ледового покрова, зональной и меридиональной составляющих компонент приземного ветра выполнено исследование межгодовой изменчивости суммарного по региону потока тепла, формируемого при взаимодействии океана и атмосферы. Поток тепла через снежно–ледовый покров вычислялся в предположении линейности профиля температуры между его верхней и нижней границами. Теплообмен на открытой водной поверхности определялся по формуле, выражающей пропорциональность количества поступающего и уходящего тепла произведению скорости ветра и разности температур между водой и воздухом. Дана оценка погрешности определения величины потока тепла при замене температуры поверхности снежно–ледового покрова на температуру воздуха на уровне метеорологической будки. Проведен анализ согласованности колебаний потока тепла с индексом Арктическое колебание.
Ключевые слова: поток тепла, теплообмен океана и атмосферы, Арктика, теплообмен в Арктике.

 

АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН ДЛЯ МОДЕЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ЧАСТОТЫ ПЛАВУЧЕСТИ
В.В. Булатов, Ю.В. Владимиров
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Рассматривается задача о построении аналитических решений уравнения внутренних гравитационных волн в стратифицированной среде с переменной частотой Брента-Вяйсяля. Предложены четыре модельных распределений частоты плавучести, описывающих наличие слоя скачка плотности воды в океане. Для каждой модели получены аналитические решения, описывающие дисперсионные кривые и собственные функции основной вертикальной спектральной задачи. Приведены результаты численных расчетов для параметров, характерных для реального океана.
Ключевые слова: внутренние гравитационные волны, переменная частота плавучести, собственные функции, дисперсионные кривые.

 

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ В БУХТАХ И ЭСТУАРИЯХ
В.Н. Зырянов, М.К. Чебанова
Институт водных проблем РАН
Представлены результаты теоретических исследований влияния вращения и сферичности Земли на возникновение явления зональной несимметричности в динамике гравитационных волн в мелководных бухтах и эстуариях. Получено основное уравнение для комплексных амплитуд колебаний уровня воды в водоеме с учетом вязкости, вращения и бета-эффекта. Аналитически исследуется влияние сферичности Земли на возникновение несимметричности в динамике приливных волн в восточных и западных прямолинейных каналах и в эстуариях, открытых, соответственно, на восток или на запад. Показано, что сферичность Земли (бета-эффект) порождает несимметричность западных и восточных бухт в динамике приливных волн. Выведено обобщенное дисперсионное соотношение для сейшевых колебаний с учетом вязкости и бета-эффекта. Решена задача о пампинг-эффекте в воронкообразном эстуарии.
Ключевые слова: эстуарий, бета-эффект, приливная волна, вязкость, пампинг-эффект, сейша.

 

НОРМАЛЬНЫЕ ВОЛНЫ В УПРУГОМ ВОЛНОВОДЕ С ПРИПОВЕРХНОСТНЫМ СЛОЕМ, ОБЛАДАЮЩИМ ИНЕРЦИОННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ, ПОВЕРХНОСТНЫМ НАТЯЖЕНИЕМ И ВЯЗКОЙ РЕАКЦИЕЙ
Н.В. Клюева, И.Н. Солдатов
Институт проблем машиностроения РАН
Тонкий приповерхностный слой, покрывающий упругий волновод, моделируется с использованием неклассических граничных условий. В отличие от волновода, в приведенных граничных условиях учитываются диссипативные свойства материала слоя и такие эффекты как инерционное сопротивление и поверхностное натяжение. В случае SH-волн учитываются только диссипативные свойства выводятся выражения для коэффициента затухания и изменения волнового числа, обусловленные слоем. В случае нормальных волн с саггитальным движением частиц, выводятся дисперсионные уравнения, позволяющие исследовать раздельно влияние параметров слоя на распространение нормальных волн. Построены дисперсионные кривые и показано, что изменения этих кривых позволяют определить преобладающий тип реакции приповерхностного слоя.
Ключевые слова: нормальные упругие волны, приповерхностный слой, неклассические граничные условия, дисперсионные характеристики.

 

ПРИЗНАКИ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ И РАДИАЛЬНОГО СМЕЩЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ЗОНДА ПРИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ МЕТОДАМИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ
И.В. Кузьминова
Ухтинский государственный технический университет
Приведена обобщенная конструкция дифференциального измерительного преобразователя с гравитационной навигацией (ДИПсГН) в стволе скважин сложной геометрии. ДИПсГН предназначен для измерительных каналов стандартных телеметрических систем. Дано краткое описание метрологической установки к нему, с калибровочными скобами, имитирующими геометрию ствола скважины. С целью демонстрации универсальности и эффективности ДИПсГН, на базе одного из простейших геофизических методов – метода магнитной локации обсадных колонн, приведена методика расчета радиального разрешения ДИПсГН и угла «видимости» одним элементов (датчиком) сектора ствола скважины. Математически аргументированы функциональные особенности ДИПсГН. Используя стандартную геофизическую аппаратуру САТ (скважинный акустический телевизор) и его метрологическую установку, визуально (акустическими снимками) смоделированы отличительные признаки изменения геометрии ствола скважины от радиального смещения измерительного зонда с ее центральной оси. Эти модели наглядно демонстрируют способность ДИПсГН решать актуальные задачи нефтепромысловой геофизики.
Ключевые слова: дифференциальный измерительный преобразователь, гравитационная навигация, визуальное моделирование.

 

МОДЕЛЬ БЕРЕГОВОГО БАРЬЕРА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ К БЕРЕГАМ АНАПСКОЙ ПЕРЕСЫПИ
И.О. Леонтьев, Т.М. Акивис
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
В работе предложена модель берегового барьера, следующего за изменениями уровня моря. Модель применена к берегам Анапской пересыпи, берега которой, согласно наблюдениям, отступают несмотря на поступление материала за счёт разгрузки вдольбереговых потоков. Моделирование показало, что причиной этого может являться повышение уровня моря, вызванное в основном тектоническими процессами. Береговой барьер, следуя за повышением уровня, отступает в сторону суши.
Ключевые слова: Анапская пересыпь, береговой барьер, уровень моря, вдольбереговой поток наносов.

 

РАЗЛИЧИЯ В АНАЛИЗЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Н.А. Парфентьев 1, Н.А. Парфентьева 2, С.В. Труханов 3
1 Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений
2 Издательство «Просвещение»
3 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
В работе представлен ряд механических систем, описание и анализ которых можно проводить на основе электрических схем подобной структуры. Показано, что полной аналогии в описании механических и электромагнитных колебаний не существует. В отличие от однозначного представления электрических схем, механическая система с последовательным соединением механических элементов может моделироваться разными электрическими схемами. Для механических систем с параллельно подключенными элементами авторы предлагают ряд электрических схем. Проведен анализ установки для моделирования вынужденных колебаний, для которой предложена более простая схема на примере пружинного маятника. Рассчитаны и построены графики зависимости амплитуды, скорости, частоты от величины нормированного сопротивления, физической природой которого является вязкость. На их основе сделаны выводы о значении резонансных частот в разных схемах соединений элементов. Как и при рассмотрении электрических колебаний, обнаружена точка пересечения резонансных кривых, что демонстрирует общность математической модели колебаний различной физической природы.
Ключевые слова: механические системы, электромеханические аналогии, колебательный контур, вынужденные колебания, резонансные кривые, реактивное сопротивление, вязкое трение.

 

АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ РАЗРУШЕНИЯ ПРИЗАБОЙНЫХ ЗОН СКВАЖИН ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА И ВОЗМОЖНОСТЕЙ СНИЖЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИХ РАЗРУШЕНИЯ
А.М. Свалов
Институт проблем нефти и газа РАН
В работе представлены результаты аналитического и численного исследования особенностей формирования зон концентрации разрушающих напряжений в призабойных зонах скважин при эксплуатации подземных хранилищ газа. Показано, что в рамках теории упругого деформирования горных пород, такими зонами являются окрестности перфорационных каналов и с позиций их устойчивости к разрушению целесообразна щелевая перфорация скважин. Установлено также, что при снижении пластового давления пиковое значение касательных напряжений на стенке обсадной трубы приходится на линию контакта продуктивного пласта с его непроницаемой кровлей (подошвой). Снижению таких пиковых значений будет способствовать формирование цементируемых каверн специальной конусообразной формы. При расширении призабойной зоны скважины целесообразно форму этой расширенной зоны в ее верхней части делать сглаженной и вытянутой вверх. Реализация указанных мер при строительстве скважин позволит повысить устойчивость их призабойных зон к дополнительным нагрузкам, развивающимся при циклическом характере эксплуатации подземных хранилищ газа.
Ключевые слова: подземные хранилища газа, разрушение призабойных зон скважин, напряженно-деформированное состояние породы.

 

ГИДРОДИНАМИКА СОПРЯЖЕНИЯ ВОДОСЛИВНЫХ ПОТОКОВ С РЕЧНЫМ ДНОМ
А.А. Соловьев 1, Д.А. Соловьев 2
1 МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет
2 Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН
Предложена методика расчета гидродинамического воздействия сходящих с плотин потоков на участки сливной поверхности водосливов сопряженной с речным дном. Выполнено сравнение полученного аналитического соотношения с опытными данными и существующими эмпирическими формулами для радиуса сопряжения профильной поверхности с водобоем. Показано, что в дополнении к известным эмпирическим выражениям и табулированным таблицам, область достоверного определения радиуса сопряжения расширяется на случай повышенных значений высот плотин и градиентов давлений. Полученные соотношения для определения радиусов окружностей концевых участков водосливных профилей могут найти применение при решении прикладных задач гидрофизики вод суши.
Ключевые слова: гидродинамика речных потоков, водосливные плотины, сопряжение водосливной поверхности с водобоем, анализ эмпирических формул для радиуса сопряжения.

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ПРОЦЕДУР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНОМАЛИЙ НА КОСМИЧЕСКИХ СНИМКАХ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
В.И. Тимонин 1, Л.М. Будовская 1, В.Н. Носов 2, С.Г. Иванов 2
1 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
2 Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
В работе приведен статистический метод обнаружения проявлений следа судна на снимках морской поверхности. Метод включает в себя две составные части анализа цифровых представлений снимка. Первая часть – определение характеристик, по корреляционным матрицам которых проводится поиск аномальных проявлений. Вторая часть – проверка соответствия структуры корреляционных матриц разным типам следа судна. Показано, что разные типы матриц соответствуют различным проявлениям следа судна на снимке. Представлен пример выделения на космическом снимке аномалий, возбуждаемых на морской поверхности движущимся судном.
Ключевые слова: след судна, модель следа, аномалия, продольные волны, статистические характеристики, ортогональные направления, угол между аномалиями.

 

ОБ АНАЛОГИИ ВЛИЯНИЯ ПОРОВОГО ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ РЕШЕНИИ УПРУГИХ И УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
К.Б. Устинов, Е.В. Степанова
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Рассмотрены задачи термоупругости и пороупругости с граничными условиями. Задача термоупругости в несвязной постановке сравнивается с задачей пороупругости в двух различных постановках при различном выборе основных кинематических переменных. Показана аналогия между уравнениями при рассмотрении полных деформаций и полных напряжений для обоих случаев. Получено соотношение, позволяющее переопределить коэффициент теплового расширения так, что для перехода от задачи пороупругости в задачу термоупругости достаточно формальной замены давления на температуру.
Ключевые слова: теория упругости, система уравнений, изотропия, граничные условия, термоупругость, пороупругость, полные деформации.

 

ВОЗМОЖНОСТЬ ПЕРЕТОКА ВОД В СИСТЕМЕ «КАЛИНИНГРАДСКИЙ ЗАЛИВ – РЕКА ПРЕГОЛЯ – КУРШСКИЙ ЗАЛИВ»
Б.В. Чубаренко, Р.В. Боскачев
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
По данным шестилетнего ряда уровня воды (2002–2007 гг.) на гидрологических постах (ГП) Калининград–Рыбный порт, Преголя-Гвардейск, Дейма-Полесск проведено исследование возможности перетока вод между Калининградским и Куршским заливами по рукавам нижней Преголи и Деймы. Выделены случаи, когда за период длительностью более 2-х суток в парах ГП Калининград-Рыбный порт – Преголя-Гвардейск (7 раз) и ГП Дейма-Полесск – Преголя-Гвардейск (41 раз) был зафиксирован уклон уровенной поверхности в обратную сторону от водоприемного водоёма. Это подтверждает теоретическую возможность перетока вод в системе «Калининградский залив – река Преголя – Куршский залив» из Калининградского залива в Куршский залив и обратно. Анализ показал, что ветровые условия не являются основным определяющим фактором. Был обнаружен эффект, когда обратный наклон уровенной поверхности вод от водоприемных водоёмов (Калининградского и Куршского заливов) существует одновременно. В 90-95% случаев эти превышения происходили в период с июня по декабрь включительно в периоды отсутствия (или очень малого количества) осадков, а так же при высоких температурах воздуха в летний период. Значит, вполне возможны ситуации обратного затока вод заливов в речную систему из-за активного испарением вод с зеркала речных водотоков во время высоких температур воздуха и недостаточного количества осадков.
Ключевые слова: уровень моря, гидрология, устьевая зона, река Преголя, река Дейма, Калининградский залив, Куршский залив.

 

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОИСКА, ИДЕНТИФИКАЦИИ И МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ В ПРИДОННОМ СЛОЕ
Ал.А. Шрейдер 1, А.А. Шрейдер 2, М.С. Клюев 2, А.Э. Сажнева 2, А.Л. Бреховских 2, С.В. Ольховский 3, Е.В. Захаров 4, В.В. Чижиков 4, Е.И. Евсенко 2, И.Я. Ракитин 2, О.В. Гринберг 2
1 ООО «Научно-исследовательский институт экономики и организации управления в газовой промышленности»
2 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, aschr@ocean.ru
3 Институт археологии РАН
4 Государственный исторический музей
Рассматриваются вопросы технологии геоэкологических исследований методом параметрического профилирования на примере шельфовых областей Черного моря. По результатам натурных работ по изучению объектов лежащих на дне, находящихся в примыкающем слое воды и захороненных в приповерхностных осадках делается вывод об адекватности и эффективности основ используемой технологии.
Ключевые слова: морская гидроакустика высокого разрешения, высокоточная навигационная система, морские геоэкологические исследования.