Mathematical methods for modeling wind wave anomalies on the ocean surface

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The work is devoted to the construction of a mathematical model of the effect of currents on wind waves on the ocean surface and the study of fluctuations in sea waves by non-contact means (radar, radiometry, optical sensing devices).A review of numerous publications in this field is given and a new approach to calculating wind wave fluctuations using a special asymptotic method is proposed. This method allows us to obtain explicit analytical formulas for wind disturbance disturbances. At the same time, it is possible to analytically calculate the mentioned disturbances in both spectral and coordinate forms. This, in turn, allows us to explicitly calculate the perturbations of reflected radar signals and of the self-radiation from the agitated sea surface under the influence of currents.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. Yu. Knyazkov

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the RAS

Author for correspondence.
Email: knyaz@ipmnet.ru
Russian Federation, Moscow

A. S. Shamaev

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the RAS

Email: sham@rambler.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Nesterov S.V., Shamaev A.S., Shamaev S.I. Methods, Algorithms and Facilities of Aerospace Computer Radar Tomography of Earth Surface Regions. Moscow: Nauch. Mir, 1996. 272 p. (in Russian)
  2. Gilman M.A., Sadov S.Yu., Shamaev A.S., Shamaev S.I. Computer simulation of the scattering of electromagnetic waves: some problems associated with remote radar sensing of the sea surface // J. Comm. Technol. Electron., 2000, vol. 45, no. 2, pp. 229–246.
  3. Bass F.G., Fuks I.M. Wave Scattering from Statistically Rough Surfaces Pergamon, 1979. 540 p.
  4. Kravtsov Yu.A., Mirovskaya Ye.A., Popov A.E., Troitskiy I.A., Etkin V.S. Critical effects in the thermal radiation of a periodically uneven water surface // Izv. of the AS USSR. Atmosph. & Oceanic Phys., 1978, vol. 14, no. 7, pp. 522–526.
  5. Rytov S.M., Kravtsov Yu.A., Tatarsky V.I. Introduction to Statistical Radiophysics. Random Fields. Moscow: Mir, 1976. 428 p. (in Russian)
  6. Gershenzon V.E., Irisov V.G., Trokhimovsky Yu.G., Etkin V.S. Critical phenomena in radiothermal radiation of an uneven water surface at arbitrary observation angles // Izv. vuzov. Radiofizika, 1987, vol. 30, no. 9, pp. 1159–1183.
  7. Irisov V.G. Azimuthal variation of the microwave radiation from a slightly non Gaussian surface // Radio Sci., 2000, vol. 35, no. 1, pp. 65–82.
  8. Lavrova O.Yu., Serebryany A.N., Mityagina M.I., Bocharova T.Yu. Subsatellite observations of small-scale hydrodynamic processes in the northeastern black sea // Sovrem. Probl. Distanc. Zondir. Zemli iz Kosmosa, 2013, vol. 10, no. 4, pp. 308–322. (in Russian)
  9. Bakhanov V.V., Talanov V.I. Transformation of nonlinear surface waves in the field of inhomogeneous currents // in: The Near-Surface Layer of the Ocean. Phys. Proc.&Remote Sensing, 1999. Vol. 2, pp. 81–107. (in Russian)
  10. Monin A.S., Krasitsky V.P. Phenomena on the Ocean Surface. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1986. 375 p. (in Russian)
  11. Basovich A.Ya., Bakhanov V.V., Bravo-Zhivotovsky D.M. et al. On the correlation of changes in the spectral density of centimeter and decimeter surface waves in the field of an internal wave / Preprint no. 153. Gorky: IPF of the AS USSR, 1986. 9 p. (in Russian)
  12. Basovich A.Ya., Bakhanov V.V., Talanov V.I. The effect of intense internal waves on wind waves (kinematic model) // The Impact of Large-Scale Internal Waves on the Sea Surface. Gorky: Publishing House of the IPF of the AS USSR, 1982. P. 8–30. (in Russian)
  13. Baydulov V.G., Knyazkov D., Shamaev A.S. Motion of mass source in stratified fluid // J. Phys.: Conf. Ser. V. 2224. 2021 2nd Int. Symp. on Automation, Information and Computing (ISAIC 2021) 03/12/2021 - 06/12/2021 Online. pp. 012038-1–8. 2022. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2224/1/012038
  14. Knyazkov D.Y., Baydulov V.G., Savin A.S., Shamaev A.S. Direct and inverse problems of the dynamics of surface waves caused by the flow around an underwater obstacle // Fluid Dyn., 2023, vol. 58, pp. 1725–1733. https://doi.org/10.1134/S0015462823603030
  15. Knyazkov D., Shamaev A. Rectilinear motion of mass source in non-uniformly stratified fluid // AIP Conf. Proc., 2024, vol. 3094(1), pp. 500028-1–4. https://doi.org/10.1063/5.0210166
  16. Sretenskii L.N. Theory of Wave Motions in a Fluid. Moscow: Nauka, 1977. 816 p. (in Russian)
  17. Zarubin N.A., Shamaev A.S. Investigation of the model of interaction of wind waves with the sea current // Marine Intellect. Technol., 2023, vol. 62, pp. 93–98. (in Russian) https://doi.org/10.37220/MIТ. 2023.62.4.070

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Radar image obtained by the Almaz-1 spacecraft in the North Sea and a bathymetric diagram of the survey area

Download (432KB)
3. Fig. 2. Phenomenon of resonant scattering on a periodic surface

Download (81KB)
4. Fig. 3. Processing of a radar frame using the averaging procedure. Comparison of different scales of the problem

Download (125KB)
5. Fig. 4. Scheme of flow around an underwater obstacle

Download (56KB)
6. Fig. 5. Transformation of wind ripples over streamlined bottom irregularities

Download (95KB)
7. Fig. 6. Velocity field on the water surface directly above a moving body

Download (44KB)
8. Fig. 7. Maps of the components vx, vy of the flow velocity field on the surface of the liquid in coordinate representation

Download (120KB)
9. Fig. 8. Real components of the Fourier transforms of the flow velocity components on the liquid surface: component a: in the region [2,2]×[2,2] and b: in the region [0.25,0.25]×[0.25,0.25] near the origin (isometric projection); component c: in the region [2,2]×[2,2] and d: in the region [0.25,0.25]×[0.25,0.25] near the origin (isometric projection)

Download (284KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».