Влияние гидрологических характеристик среды на работу рыболокаторов горизонтального действия

На эффективность поиска и обнаружения рыбы рыболокаторами горизонтального действия влияют гидрологические условия, определяющие характер распространения акустических колебаний в водной среде и нередко снижающие эффективность работы аппаратуры при обнаружении рыбных скоплений и поддерживании эхоконтактов с ними. Из-за рефракции акустических лучей на индикаторах аппаратуры могут воспроизводиться "лишние", "непонятные" отраженные сигналы или внезапно "пропадать" эхо-сигналы от рыбных скоплений. При наличии приповерхностных и подводных звуковых каналов фактические дистанции обнаружения объектов могут существенно превышать энергетическую дальность действия рыболокатора.

На свойства воды как звукопроводящей среды в основном влияют ее температура и частично соленость. Температура глубинных вод океана не превышает нескольких градусов и мало зависит от географического положения района, а температура поверхностных слоев существенно зависит от широты: в тропиках в течение года она близка к 25-27° С, в высоких широтах даже летом редко поднимается до 8-9° С. В тихую ясную погоду, верхние, нагреваемые солнцем слои воды медленно передают тепло нижним, и уже вблизи поверхности возникают слабые температурные градиенты, При наличии ветра верхний слой воды часто перемешивается и температура по всей его глубине выравнивается. В этом слое скорость звука с может либо слабо убывать с глубиной, либо оставаться постоянной. Во время шторма происходит активное перемешивание вод до больших глубин, толщина изотермического слоя увеличивается (может достигать 50-100 м в тропических и 500-600 м в полярных водах), а температура приповерхностных вод снижается.

Ниже перемешанного слоя лежит область наиболее высоких температурных градиентов (слой скачка), где перепад температур может достигать 0,2° С/м. Температура воды, находящейся всего лишь на 30- 50 м ниже слоя изотермии, может быть на 10-15° ниже температуры перемешанного слоя. Здесь и соленость может резко уменьшаться - на 1-1,5‰ (более высокая соленость верхнего слоя обусловлена испарением воды с поверхности). Слой скачка наиболее резко выделяется в теплых морях, где разница между температурами поверхностных и глубинных вод велика; в умеренных и высоких широтах слой скачка по тем же причинам летом выражен более четко, чем зимой (когда он может исчезнуть). Более того, в осенне-зимние месяцы в полярных водах температура поверхностного слоя может быть ниже температуры слоя, находящегося на глубине 100-200 м.

Большое влияние на термическую структуру вод оказывает проникновение в район инородных водных масс, например арктических вод через Берингов пролив в Тихий океан или теплых средиземноморских вод через Гибралтарский пролив в Атлантический океан. Жизнь многих промысловых рыб определяется системами течений, на стыках которых образуются зоны повышенной продуктивности, где обитают объекты промысла. Выход на поверхность глубинных вод, богатых питательными солями, способствует бурному развитию планктона, служащего пищей для рыб, и наблюдается в зонах разветвления течений (дивергенций), так как течение относят поверхностные слои воды. Кормовые миграции большинства океанических рыб связаны с течениями. Пришельфовые районы, особенно с крутыми склонами, способствуют подъему в зону шельфа глубинных вод, интенсивному вертикальному перемещению водных масс и возникновению районов высокой биологической продуктивности. Это, однако, приводит к значительным изменениям основных характеристик воды, влияющих на условия распространения звука, и может серьезно усложнять работу операторов рыболокаторов.

Нужно иметь в виду также, что в большинстве районов океана зависимость температуры воды от глубины в верхних слоях воды подвержена временной изменчивости с самой различной периодичностью в связи с попеременным их прогревом и охлаждением. Можно отметить сезонную, а в ряде районов месячную (рис. 3, а) и суточную изменчивость температуры воды (рис. 3, б) [92], что обусловливает так называемый послеполуденный эффект ухудшения работы аппаратуры горизонтального действия.

Рис. 3. Примеры изменения температуры и солености морской воды: а и б - сезонные и суточные изменения температуры приповерхностного слоя вблизи Бермудских островов [92]; в, г - меридиональный и широтный температурные разрезы в Атлантическом океане; д - профиль солености, соответствующий в; е - то же, соответствующее г [1]

На рис. 3, в, г приведено вертикальное распределение температур в Атлантическом океане в ноябре и октябре вдоль меридиальных и широтных разрезов [1]. Колебания солености в области холодных вод сравнительно невелики; в области теплых вод они больше и зависят от солености поверхностных слоев. На рис. 3, д, е представлены кривые вертикального распределения солености воды в Атлантическом океане, соответствующие кривым температуры воды, показанным на рис. 3 в, г.

Рис. 3. Примеры изменения температуры и солености морской воды: а и б - сезонные и суточные изменения температуры приповерхностного слоя вблизи Бермудских островов [92]; в, г - меридиональный и широтный температурные разрезы в Атлантическом океане; д - профиль солености, соответствующий в; е - то же, соответствующее г [1]

Температура воды оказывает наиболее сильное влияние на скорость звука, поэтому в верхних слоях, в которых, как правило, и располагаются источники и приемники акустических сигналов рыболокаторов, где температурные градиенты значительны, а влияние гидростатического давления довольно слабое, вертикальное распределение скорости звука аналогично вертикальному распределению температуры с небольшим отклонением за счет солености.

На рис. 4 а, б представлены кривые распределения скорости звука по глубине, соответствующие кривым, показанным на рис. 3, в, г, д, е, а на рис. 4, в - кривая распределения скорости звука с глубиной для одного из районов Тихого океана (август) с ярко выраженным минимумом с. Ночью вода поверхностного слоя охлаждается и ее температура может быть даже несколько ниже температуры нижележащих слоев; у поверхности при этом появляется область с небольшим положительным градиентом. На глубине слоя скачка отрицательные градиенты с могут достигать (3÷5) 10^-3 1/м, а общий перепад с в слое скачка - 30-40 м/с. Минимум с в умеренных широтах находится значительно ближе к поверхности, чем в тропических (не глубже 250-500 м).

Рис. 4. Профили скорости звука [1]: а - кривые, соответствующие приведенным на рис. 3. в; б - то же, на рис. 3, г; в - для Тихого океана; г - для приполярных и полярных районов зимой; д - для тех же районов летом

Зимой в высоких широтах температурные градиенты очень малы. Градиент скорости звука во всей толще воды оказывается положительным, и с возрастает от поверхности до дна (рис. 4, г). В теплое время года верхние слои воды прогреваются и отрицательные температурные градиенты вблизи поверхности иногда оказываются достаточно большими, для того чтобы образовался неглубокий подводный звуковой канал ПЗК (рис. 4, д).

В среде с изменяющейся скоростью звука акустическая энергия распространяется не по прямым, а по искривленным лучам вследствие рефракции звука из-за преломления акустических лучей при переходе из одного слоя воды в другой, отличающийся скоростью распространения акустических волн.

На рис. 5 показаны реальные лучевые картины, полученные с помощью ЭВМ при различном изменении с с глубиной. В первом случае (см. рис. 5, а) источник расположен на глубине около 30 м, углы выхода лучей из источника составляют 0-9° (показано девять лучей). На р