Analysis of the conditions for the occurrence of "the voice of the sea" using infrasound observations in marine waters

Abstract

We study the conditions for the occurrence of "the voice of the sea" in the infrasound range can occur and determine its parameters from infrasound measurements in the Black Sea water area conducted in 2011 and 2016 and in the water area of the Sea of Okhotsk in 2017. To this end, we compared the observations of different parameters (mean correlation, spectra of acoustic arrivals, direction and phase velocity) of the high-frequency infrasound (1–10 Hz), recorded in Katsiveli (Crimea) in 2011 and 2016. We performed a detailed study of the wind conditions in the Black Sea water area during the measurement period, as well as the conditions for the propagation of acoustic waves along the direction of their arrivals. In both cases the atmospheric vortices in the direction of the arrival of infrasound were detected, which caused changes in wind velocity vector above the sea surface. The infrasound recorded in 2011 was caused by the interaction of two differently rotating atmospheric vortices over the sea. In 2016, a vortex was observed to the West from the registration point. The possibility of generating "the voice of the sea" due to the rotation of the wind velocity, which causes a nonlinear interaction of surface waves propagating in opposite directions to each other, and the formation of their 2nd harmonic in the form of a standing surface wave is discussed. From the analysis of the wind speed and wind direction profiles along the infrasound arrival path, as well as the acoustic pressure fields calculated by the parabolic equation method for the effective sound speed profiles in the direction of infrasound propagation, the most probable areas of infrasound generation were determined. In both cases these areas coincided with the zones in which the wind speed drops to zero, and the direction of the wind changes to the opposite. An example of simultaneous detection from one direction of the microbaroms with frequencies 0.2–0.3 Hz and "the voice of the sea" with a higher frequency of 5.5 Hz is given.

Full text

УДК 551.596.1
Анализ условий возникновения “голоса моря” по
данным измерений инфразвука в морских акваториях.
Перепелкин В.Г.1, Чунчузов И.П.1,Куличков С.Н.1, Попов О.Е.1, Репина
И.А.1
1Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
119017 Москва, Пыжевский пер.3
E-mail: vitaliper54@gmail.com
Поступила в редакцию …
Ключевые слова: голос моря, микробаромы, инфразвуковые волны,
морское волнение
Аннотация
Работа посвящена изучению условий возникновения инфразвука
типа ”голос моря” и определению его параметров по данным измерений
инфразвука в акватории Черного моря, проведенным в 2011 г. и 2016 г., и в
акватории Охотского моря – в 2017г. Для этой цели было проведено
сравнение различных параметров (направление и фазовая скорость)
высокочастотного инфразвука (1 – 10 Гц), зарегистрированного в ходе
экспериментов в Кацивели (Крым) в 2011-м и 2016-м годах. Подробно
исследована ветровая обстановка в акватории Черного моря в период
проведения измерений, а также условия распространения акустических
1

волн вдоль направления их приходов. В обоих случаях было обнаружено
наличие атмосферных вихрей в направлении прихода инфразвука,
вызывавших поворот скорости ветра над поверхностью моря. Для случая
регистрации инфразвука в 2011-м году это было вызвано взаимодействием
двух разнонаправленных атмосферных вихрей над морем, а в 2016-м году
наличием вихря к западу от пункта регистрации. Обсуждается
возможность генерации микробаром и “голоса моря” из-за поворота
скорости ветра, вызывающего нелинейное взаимодействие поверхностных
волн, распространяющихся в противоположных друг к другу
направлениях, и образование их 2-й гармоники в виде стоячей
поверхностной волны. Из анализа профилей скорости и направления ветра
вдоль трассы прихода инфразвука, а также полей акустического давления,
рассчитанных методом параболического уравнения по профилям Ceff в
направлении распространения инфразвука, были определены наиболее
вероятные области его генерации. В обоих случаях эти области совпали с
зонами, в которых скорость ветра падает до нуля, а направление ветра
изменяется на противоположное.
Приведен пример одновременной регистрации с одного
направления инфразвука в частотном диапазоне микробаром (0,2 – 0,3 Гц)
и более высокочастотного инфразвука типа “голос моря” со средней
частотой 5,5 Гц.
1. Введение:
2

Настоящая статья посвящена экспериментальному исследованию
условий возникновения “голоса моря” и является продолжением работы
авторов [1], посвященной этой проблеме. Основная проблематика изучения
инфразвука, генерируемого морской поверхностью, была в основном
изложена во введении к работе [1], поэтому здесь мы лишь кратко
остановимся на этом вопросе.
В литературе выделяют два вида инфразвука, источник которого
связан с морским волнением – это «микробаромы» и «голос моря».
Микробаромами называется низкочастотный инфразвук с
характерными периодами в несколько секунд (обычно 3-10 секунд) и
спектральным максимумом на периоде 5 с (частота 0,2 Гц).
Предполагается, что источником микробаром является непосредственно
морская поверхность [2-5].
Один из механизмов генерации микробаром связан с нелинейным
встречным взаимодействием поверхностных гравитационных волн на
морской поверхности. Образующаяся в результате этого взаимодействия
стоячая поверхностная волна подобно поршню излучает инфразвуковые
волны, как в атмосферу, так и в глубины океана, которые, достигая дна
океана, генерируют сейсмические волны (микросейсмы). Данный
механизм впервые был предложен в статье [2], где было показано, что
генерация микросейсм происходит за счет нелинейного эффекта второго
порядка при взаимодействии поверхностных гравитационных волн
примерно одинаковой частоты и противоположно направленных друг к
3

другу. Различные модификации механизма генерации микробаром
стоячими волнами на морской поверхности представлены в работах [3-5].
Спектр излучаемого инфразвука достаточно узкий и локализован
около удвоенной частоты спектра морских волн. Доминантная частота
морских волн, как правило, имеет значения около 0,1 Гц. Таким образом,
частота генерируемых этими волнами микробаром близка к 0,2 Гц, что
было подтверждено экспериментами [6].
С морским волнением связан и так называемый “голос моря” -
высокочастотный инфразвук в диапазоне от единиц до десяти и более Герц.
Впервые, экспериментальные исследования такого инфразвука были
осуществлены академиком В. В. Шулейкиным [7-8] в 30-х годах 20-го века.
Традиционно [9,10] в качестве механизма возникновения «голоса моря»
рассматривается обтекание волн ветровым потоком и генерация этим
потоком вихрей при обтекании.
Наконец, немаловажную роль для интерпретации данных
измерений играет изучение метеорологических условий распространения
инфразвука от источника до приемных устройств. Так микробаромы могут
распространяться на сотни и тысячи километров, благодаря тому, что они
захватываются стратосферным и термосферным акустическими
волноводами. В [11] приведен пример одновременной регистрации
микробаром с двух противоположных направлений – из Атлантики и
восточного Средиземноморья. Эта регистрация стала возможной, согласно
[11] из-за наличия двух волноводов на высотах верхней стратосферы (30 –
50 км) и нижней термосферы (около 90 км).
4

В октябре 2016 г нами были проведены новые исследования “голоса
моря” на побережье Черного моря. Одновременно с этим анализировались
данные ветровой обстановки над Черным морем во время проведения
измерений. Целью настоящей работы является сравнение и анализ общих
метеорологических условий для возникновения и распространения “голоса
моря”, обнаруженного в разные периоды времени, а также выявление
участков поверхности моря, являющихся наиболее вероятным источником
генерации инфразвука. Для решения этих задач мы использовали, как
данные о ветровой обстановке над Черным морем, так и дополнительные
данные о профилях ветра и температуры для расчета полей акустического
давления во время проведения экспериментов. Кроме того, мы дополнили
настоящий анализ некоторыми результатами регистрации инфразвуковых
сигналов в сентябре 2017 г на побережье Охотского моря. Эти данные
приведены в приложении к настоящей работе.
2. Организация измерений и обработки
сигналов.
Эксперименты 2011 и 2016 годов проводились на базе
Экспериментального отделения Морского гидрофизического института
(МГИ) в районе поселка Кацивели (Крым) с 11 по 17-го октября 2011 г и с
08-го по 14-е октября 2016 г. Организация обоих экспериментов
практически полностью совпадала (тип использованных приемных
микрофонов, расположение датчиков на измерительной площадке и
5

методика предварительной обработки данных) и подробно описана в
работе [1].
Расположение микрофонов на карте Google maps для экспериментов
2011 и 2016 гг. в Кацивели показано на рис. 1. Все измерительные
микрофоны был снабжены специально разработанными усилителями и
“антиалиасинговыми” фильтрами, с частотами среза 150 Гц.
Чувствительность микрофонов 4189 и 4155 составляла около 4 В/Па.
Оцифровка данных осуществлялась блоком АЦП L-Card E14-140 на
частоте 1000 Гц, но при дальнейшей обработке данные прореживались до
частоты 64 Гц.
Для построения карт скорости и направления ветра на акватории
Черного моря использовались данные реанализа, адаптированные на сетку
0,10 с применением прогностической мезомасштабной модели SKIRON.
[12].
Для определения расчетных полей акустического давления вдоль
трассы источник – приемники использовались профили Ceff(z),
рассчитанные по данным радиозондирования проводимых в период
регистрации инфразвука аэрологическими станциями Самсун (2011 г) и
Туапсе (2016 г). Кроме того, в 2016 году для расчета профиля Ceff мы
использовали данные европейского центра прогноза погоды (European
Centre for Medium-Range Weather Forecasts - http://www.ecmwf.int/).
Для интерпретации экспериментальных данных использовалась, как
описанная в работе [1] методика, так и метод PMCC, реализуемый с
помощью, разработанной в ИФА, программы “troyka”. Этот метод
6

подробно описан в работах [13,14], мы же использовали несколько
модифицированную версию, описанную ниже.
Записи сигналов микрофонов треугольной антенны предварительно
пропускаются через набор полосовых фильтров. В нашем случае
использовался набор из 10-ти фильтров, в диапазонах частот 1 – 10 Гц.
Далее, записи каждого микрофона по каждой частотной полосе
делятся на кадры с большим перекрытием между соседними кадрами.
Например, в нашем случае длина кадра выбиралась равной 100 секундам, а
сдвиг между последовательными кадрами составлял 5 секунд. Для каждого
частотного поддиапазона и соответствующим друг другу кадрам
вычислялись максимумы парных корреляционных функций, задержки
между приходами сигнала на микрофоны треугольной антенны,
соответствующие положению этих максимумов, а также, по трем парным
задержкам, азимуты прихода и фазовые скорости приходящих сигналов.
Следующая задача – отбор данных. В процессе реализации
программы “troyka” мы разработали несколько критериев отбора данных.
Во-первых, это критерий качества данных – consistency, определяющий
близость к нулю суммы задержек на трех парах микрофонов треугольной
антенны, что является критерием прохождения волны через треугольную
антенну. На практике задавалось некое граничное значение параметра
12 23 31
2 2 2
12 23 31
t t t
consistency
t t t
 
 
от 0,1 до 0,3 (для малых треугольников), где t12, t23 и
t31 временные задержки сигналов на трех парах микрофонов треугольной
7

антенны, соответствующие максимумам их взаимных корреляционных
функций.
Следующий критерий – граничные значения для рассчитанной
фазовой скорости, в приведенных расчетах мы использовали значения от
250 м/с до 450 м/с. Наконец, третий критерий граничные значения азимута
прихода, которые позволяют выделить акустические приходы только с
интересующих нас направлений. Примеры описанной здесь обработки
представлены на рис.2 и будут обсуждаться в следующем разделе
настоящей работы.
Существенным недостатком анализа, приведенного в работе [1],
является отсутствие зарегистрированных приходов акустических сигналов
на частотах микробаром 0,2 – 0,3 Гц, по причине отсутствия в
эксперименте 2011 года низкочастотных микрофонов, позволяющих
работать в этом диапазоне. В ходе эксперимента в Кацивели 2016-го года
мы также попытались обнаружить акустический сигнал на частотах
микробаром (0,2 Гц). Для этого использовались датчики давления (B&K
№4193), способные регистрировать колебания акустического давления,
начиная с нижнего предела частоты 0,1 Гц. Записи, полученные с помощью
этих датчиков, обрабатывались в двух частотных диапазонах: в диапазоне
частот от 1 до 10 Гц эта обработка дублировала аналогичную обработку
записей микрофонов B&K №4187, в то же время была проведена обработка
в диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц. Параметры приходов в частотном
диапазоне 1-10 Гц в целом совпали с аналогичными параметрами,
8

полученными при стандартной обработке записей микрофонов B&K
№4187. Однако в низкочастотном диапазоне от 0,1 до 1 Гц приходы
волнового сигнала вообще не были обнаружены, что, по-видимому, было
связано с недостаточной апертурой используемой треугольной антенны (10
– 15 м), поэтому соответствующие этой обработке результаты не
представлены в настоящей работе.
3. Сравнение результатов обработки данных
за 2011-й и 2016-й годы.
В 2016-м году записи приходов инфразвукового сигнала были
получены в период от 05:00 10 октября до 02:00 11 октября (время по
GMT).
На рис.2 показаны результаты обработки, описанным выше методом
данных 2011-го и 2016 годов. Направление приходов меняется с южного
(2011 г) на западное (2016 г), в то же время разброс направлений приходов
волн близок (16° в 2011 году и 23° в 2016 году). Также близки между собой
средние частоты приходящих сигналов (5,5 Гц в 2011-м и 5,45 Гц в 2016-м
годах).
Мы сравнили спектры различных параметров приходящей волны и
аналогичные спектры, зарегистрированные нами в 2011 г (рис.3).
Частотный диапазон и величина спектров сигнала, когерентности и
фазовой скорости оказалась близкой в обоих случаях, в то же время
направление прихода изменилось на западное. Кроме того, функция
когерентности для случая измерений 2016 года испытывает резкий спад на
9

частотах меньших 1-го герца. Также наблюдается в обоих случаях
тенденция роста фазовой скорости с увеличением частоты от 1 Гц до 10 Гц.
4. Карты скоростей и направлений ветров над
Черным морем в периоды регистрации
инфразвука.
На рисунках 4 и 6 показаны карты скоростей и направлений ветра
над Черным морем в 2011 году (рис.4) и 2016 году (рис.6), как во время
регистрации инфразвука, так и за несколько часов до начала регистрации.
Средние азимуты приходов инфразвука, рассчитанные программой troyka,
нанесены на эти карты в виде черной линии. В обоих случаях видно
наличие нестандартных ветровых неоднородностей именно в направлении
прихода инфразвука. Для случая регистрации в 2011-м году это
столкновение двух разнонаправленных атмосферных вихрей над морем в
непосредственной близости от места проведения акустических измерений
(рис. 4а и 4б). Направление прихода инфразвука в целом совпадает
направлением от центра этого столкновения. В 2016-м году мы отметили
наличие ветрового вихря (рис 6а – 6д) к западу от пункта регистрации. И
опять направление прихода инфразвука соответствует направлению от
центра вихря к пункту измерений.
Для более детального анализа мы построили графики изменения
скорости и направления ветра вдоль трассы прихода инфразвукового
сигнала (рис.5 – 2011 г и рис.7 – 2016 г.). На рисунке 5б показаны профили
10

скорости и направления ветра вдоль трассы прихода инфразвука
соответствующие началу регистрации инфразвука и карте ветра на рис 4в.
И скорость, и направление ветра меняются плавно и не слишком сильно.
Однако, еще за 2 часа до начала регистрации (рис. 5а и карта ветра на рис
4б) ситуация была существенно другой. Мы видим, что на расстоянии
около 45 км вдоль трассы прихода (здесь за направление принималось
направление сигнала, соответствующее времени начала регистрации
инфразвука) направление ветра меняется на 150°, а скорость ветра падает
до нуля, после чего снова начинает возрастать. Наконец, на рис.5в
(соответствует карте ветра на рис 4е) показаны профили для случая
максимальной интенсивности инфразвукового сигнала. И здесь мы снова
видим уменьшение скорости ветра (на расстоянии 40 – 70 км вдоль трассы)
и значительное (150 - 160°), хотя и более плавное, изменение направления
ветра.
На рис.7 показаны аналогичные профили скорости и направления
ветра для случая регистрации инфразвука в 2016-м году. Профили на
рис.7а соответствуют началу приема инфразвукового сигнала (карта ветра
на рис.6б), а профили, приведенные на рис.7б соответствуют примерно
середине временного периода приема инфразвукового сигнала (карта ветра
на рис.6г). Увеличение скоростей ветра на расстояниях 120 – 230 км (рис
7а) или 60 – 220 км (рис. 7б) от пункта регистрации соответствуют
пересечению трассой прихода атмосферного вихря. Изменение
направления ветра наблюдается, как перед вихрем, так и после его
11

прохождения (рис. 7а). Однако, по мере приближения вихря к побережью
Крыма, передний фронт вихря размывается и, хотя некоторое усиление
ветра еще присутствует, но изменение направления практически не
заметно (рис.7б). Зато отчетливо заметен поворот ветра в тылу вихря
(примерно в 300 км от пункта приема инфразвука). Кроме того на
расстояниях от 300 до 350 км от пункта приема присутствует “мёртвая
зона”, где скорость ветра приближается к нулю. К анализу профилей
скорости и направления ветра мы вернемся при обсуждении результатов
нашего исследования, но прежде исследуем условия распространения
инфразвука в период его регистрации.
5. Условия распространения инфразвука.
На рисунке 8а (2011 г) и 8б (2016 г) показаны профили Ceff,
соответствующие направлениям распространения инфразвука (0° в 2011 г и
90° в 2016 г) и, рассчитанные по этим профилям методом параболического
уравнения поля акустического давления в направлении источник –
приемные микрофоны. Расчет проводился для частоты сигнала источника 5
Гц. В 2011 г (рис. 8а) приповерхностный акустический волновод
захватывает область в 40-ка км к югу от пункта регистрации до приемных
микрофонов, в 2016 г (рис. 8б) имеется волновод для акустических волн на
расстоянии примерно 350 км от приемников. Данный волновод частично
присутствует и для волн частотой 0,2 Гц (рис. 8в), однако на 0.2 Гц длина
волны порядка 1.5 км, поэтому в приповерхностный волновод попадает
12

только слабая по амплитуде первая волноводная мода. Мы рассчитали
ослабление амплитуды сигнала вдоль трассы волновода для частот 0,2 и 5
Гц. Разница в уровнях поля для 5 Гц и 0,2 Гц составляет на расстоянии 350
км примерно 23 дБ (14 раз по давлению). При этом захват звуковой энергии
приводным акустическим волноводным каналом на частоте 0.2 Гц слабый,
поскольку ширина канала не велика, меньше длины волны на частоте 0,2
Гц. Та часть звукового поля, которая отражается на высотах стратопаузы на
частоте 0.2 Гц, оказывается, по уровню намного ниже, чем звуковое поле в
приводном канале на частоте 5 Гц. Кроме того, необходимо учесть влияние
ветровых помех в точке приёма, которые значительно возрастают с
уменьшением частоты (по грубым прикидкам уровень ветровых помех на
частоте 0,2 Гц увеличивается на 26 дБ, по отношению к помехе на частоте
5 Гц).
6. Обсуждение результатов.
Прежде всего отметим некоторые общие черты, характерные для
ветровой обстановки в акватории Черного моря во время регистрации
инфразвукового сигнала или непосредственно перед ней.
Во-первых, в обоих случаях отсутствуют значительные (более 10
м/с) ветра. Так, на картах ветра за 2011 г (рис. 5), значительные ветра
отмечены лишь в юго-западной части моря, в направлении отличном от
направления на источник инфразвука. Также, во время измерений 2016
года значительные ветра отсутствовали во всей акватории Черного моря
13

(рис. 7). Отсутствие значительных ветров во время регистрации
инфразвука подвергает сомнению упомянутый в работах [9,10] механизм
возникновения инфразвука за счет обтекания волновых гребней и впадин
сильным ветром (более 10 м/c) в периоды возникновения штормов.
Возможно, эти теории и имеют определенные основания, но не в данных
случаях.
Во-вторых, отметим наличие в обоих случаях в акватории Черного
моря локальных ветровых вихрей, направление на которые совпадало с
направлением прихода инфразвуковых сигналов (рис 4а - 4б, рис. 6а - 6д).
Кроме того, отметим наличие определенной временной задержки между
образованием вихрей и началом регистрации инфразвука. Также и
окончание инфразвукового сигнала определенно запаздывает по
отношению к времени расформирования отмеченных вихревых структур
(рис.4в - 4е, рис.6е).
Отмеченные выше черты привели нас к предположению (впервые
высказанному в [1]), что источником инфразвука в данных случаях
является не генерация вихрей при обтекании волн ветром, а
взаимодействие разнонаправленных поверхностных волн, генерируемых
при повороте скорости ветра в атмосферном вихре, наблюдавшимся над
морем. В 2011-м году такие волны, генерировались в ходе столкновения
двух разнонаправленных атмосферных вихрей (рис 4а - 4б), в 2016-м –
происходило взаимодействие волн, генерируемых вихрем в западной части
акватории Черного моря и фоновыми волнами, генерируемыми
14

превалирующим ветром вдали от области вихря.
Анализируя профили скорости и направления ветра вдоль трассы
инфразвуковой волны, можно приблизительно определить зону генерации
инфразвука. Так, для случая приходов инфразвука, зафиксированных в
2011-м году, эта зона была расположена в 40-50-ти км к югу от пункта
измерений (рис 5а, 5в). Аналогичный анализ для случаев регистрации
инфразвука в 2016-м году (рис. 7б) определяет в качестве наиболее
вероятной зоны генерации инфразвука (область поворота ветра и
минимальных значений скорости ветра), зону в 300-350-ти км к западу от
пункта регистрации. Обоим, отмеченным зонам соответствуют волноводы
на картах акустического давления (рис.8), объясняющие возможность
дальнего распространения инфразвука.
Нелинейный механизм генерации инфразвука стоячими
поверхностными волнами обычно приписывается микробаромам [2-6],
основной спектральный пик, которых соответствует частоте 0,2 Гц, т.е.
удвоенной частоте поверхностных волн 0.1 Гц. Согласно полученной в [5]
связи между спектром источников инфразвука и спектром морского
волнения, интенсивность спектральных составляющих с частотами 1-10 Гц
в регистрируемом сигнале должна быть мала по сравнению с
интенсивностью основного пика микробаром на 0.2 Гц.
На практике, однако, известны случаи регистрации микробаром на
“нестандартных” для них частотах. Например, в работе [11] описан случай
регистрации микробаром с нестандартной центральной частотой 0,6 Гц,
пришедших из района восточного средиземноморья. Также в работе [15],
15

посвященной мониторингу инфразвука в антарктической области
приведены случаи одновременной регистрации микробаром и более
высокочастотного сигнала частотой до нескольких десятков герц.
Появление столь «высокочастотных» микробаром может быть связано с
взаимодействием ветровых волн и зыби, которое может приводить к
появлению вторичного спектрального максимума в спектре морского
волнения [16]. Также, возможно, вклад в генерацию высокочастотных
гармоник микробаром, вносит нелинейность их распространения в самой
атмосфере. Однако эффективность механизма генерации высокочастотного
инфразвука стоячими поверхностными волнами требует дальнейшего
изучения.
Хотя, в ходе экспериментов в Кацивели микробаромы обнаружены
не были, мы приводим в приложении отдельные результаты анализа
инфразвука моря, полученные нами на побережье Охотского моря в
сентябре 2017 года. В ходе этого эксперимента нам впервые удалось
одновременно зарегистрировать акустические волны типа микробаром
(0,275 Гц) и более высокочастотные сигналы на частоте ≈5,5 Гц
приходящие с одного и того же направления, что может быть связано с
одним и тем же источником генерации микробаром и высокочастотного
инфразвука. Соответствующие результаты показаны на рис. 9 и 10.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №№ 15-05-03461
(раздел 3), 16-05-00438 (раздел 4), РФФИ №№ 18-05-00576 (разделы 1-2,5).
Авторы выражают благодарность Jelle, любезно предоставившему
нам профили ветра и температуры над Крымом, по данным европейского
16

центра прогноза погоды, а также сотрудникам Морского гидрофизического
института, обеспечившие нас данными ветрового волнения в акватории
Черного моря во время измерений.
Приложение: Некоторые результаты измерения инфразвука на
побережье Охотского моря в сентябре 2017 года.
Измерения проводились на побережье Охотского моря в сентябре
2017 г. Главными отличиями организации наблюдений от экспериментов
2011 и 2016 годов в Кацивели были, во-первых, существенно большая
апертура треугольной антенны, здесь она составляла от 50-ти до 100 м
(сравните с антенной размерами 10 – 15 м, использовавшейся в Кацивели).
Кроме того для регистрации акустических сигналов использовались новые
микрофоны № 4964 фирмы Bruel&Kjaer, имеющие нижний предел
регистрации акустического давления 0,02 Гц. Это позволило осуществлять
фильтрацию записей в двух частотных диапазонах, а именно, в диапазоне
частот от 0,05 до 0,5 Гц (микробаромы) и в стандартном диапазоне от 1-го
до 10-ти Гц. В остальном обработка была вполне аналогична обработке
данных экспериментов в Кацивели.
На рисунках 9 (частотный диапазон 0,05 – 0,5 Гц) и 10 (частотный
диапазон 1 – 10 Гц) приведены результаты обработки записей микрофонов
треугольной антенны, полученные ночью 12-го сентября 2017-го года. В
это время к побережью приближался тайфун (достиг места измерений
примерно в 14-15 часов), затишье перед тайфуном обеспечивало
практически идеальные условия для регистрации инфразвука, кроме того
17

мы полагали, что данные атмосферные условия весьма благоприятны для
генерации микробаром.
Действительно, мы видим на рисунке 9а (частотный диапазон 0,05 –
0,5 Гц) большое число приходов акустических сигналов с восточных
направлений весьма похожих на микробаромы (средняя частота 0,276 Гц).
Заметим, что большая часть этих приходов (≈85%) находятся в
азимутальном секторе 60 - 120°. Одновременно, на рисунке 10а (частотный
диапазон 1 – 10 Гц) также присутствуют приходы с этого азимутального
сектора. Их, конечно, гораздо меньше, поскольку большая часть приходов в
этом частотном диапазоне маскируется приходами с западных и юго-
западных направлений (имеющих, по-видимому, антропогенную природу).
Мы сравнили основные параметры приходов в азимутальном
секторе 60 – 120° для частотного диапазона 0,05 – 0,5 Гц (рис 9б) и для
частотного диапазона 1 – 10 Гц (рис 10б). Несмотря на то, что в последнем
случае, в этом диапазоне зарегистрировано мало приходов (около 7-ми
процентов), но они более-менее равномерно распределены по всему
временному отрезку, что свидетельствует о постоянном характере данного
сигнала за всё время данной серии измерений. Основные осредненные
параметры сигнала, приходящего из азимутального сектора 60 - 120° для
низких частот (0,05 – 0,5 Гц): фазовая скорость 338 ± 47 м/c, азимут 101 ±
11 градусов, частота 0,275 ± 0,129 Гц, амплитуда 0,0037 ± 0,001 Па; для
высоких частот (1 – 10 Гц): фазовая скорость 318 ± 16 м/c, азимут 99 ± 9
градусов, частота 5,43 ± 2,56 Гц, амплитуда 0,0008 ± 0,0002 Па.
18

Список литературы:
1. Перепелкин В.Г., Куличков С.Н., Чунчузов И.П., Репина И.А. Об
опыте регистрации «голоса-моря» в акватории Черного моря. Известия
АН Физика Атмосферы и Океана, 2015, 51(6), 716-728.
2.Longuet-Higgins, “A theory of the origin of microseisms,” Philos. Trans. R. Soc.
London 243, 1950, 1–35.
3.Бреховских Л.М., Об излучении океанскими волнами инфразвука в
атмосферу, Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 4, №4, 1968, 444-
450.
4.Л.М. Бреховских, В.В. Гончаров, В.М. Куртепов, К.А. Наугольных, К
вопросу об излучении инфразвука в атмосферу поверхностными волнами
в океане, Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 9, №9, 1973, 899-
907.
5.Waxler, R., and K. E. Gilbert (2006), The radiation of atmospheric microbaroms
by ocean waves, J. Acoust. Soc. Am., 119, 2006, 2651–2664.
6.Kristoffer T. Walker, Evaluating the opposing wave interaction hypothesis for
the generation of microbaroms in the eastern North Pacific, J. of Geoph. Res.,
VOL. 117, CXXXXX, doi:10.1029/2012JC008409, 2012
7.Шулейкин В.В. О голосе моря // ДАН, 1935, 3(8), №6, С. 259
8.Шулейкин В.В. Физика моря. Наука, Москва, Издание 4, 1968, 1083 с.
9.Андреев Н.Н. О голосе моря // ДАН, 1939, 23, №7, С. 625
19

10.A.G. Semenov. On “Voice of Sea” Generation Mechanism // International
Journal of Geoscience, 2013. V.4, P.116-128.
11.J. D. Assink1, R.Waxler, P. Smets and L. G. Evers, Bidirectional infrasonic
ducts associated with sudden stratospheric warming events, , J. of Geoph. Res.,
2014 V 119, 3, P: 1140-1153
12.Kallos G., Nickovic S., Papadopoulos A., Jovic D., Kakaliagou O., Misirlis N.,
Manousakis M. The regional weather forecasting system SKIRON: An
overview // Proceedings of the symposium on regional weather prediction on
parallel computer environments. 1998. V.15. P. 17
13.Cansi, Y., An automatic seismic event processing for detection and location: the
PMCC method, Geophys. Res. Lett., 22, 1021-1024, 1995.
14.A. Le Pichon, Y. Cansi PMCC Progressive Multi-Channel Correlation,
Technical documentation, CTBTO 2003-0269/POGGIO
15. Takeshi Matsushima, Takahiko Murayama, Yoshiaki Ishihara, Masaki
Kanao, Masa-yuki Yamamoto , Shigeru Toda, Infrasound observations at
Syowa Station, East Antarctica: Implications for detecting the surface
environmental variations in the polar regions. Geoscience Frontiers, 2015, v6,
i2, pp. 285-296.
16. Badulin, S. I., Korotkevich, A. O., Resio, D. & Zakharov, V. E. 2008
Wave-wave interactions in wind-driven mixed seas. In Proceedings of the
20

Rogue waves 2008 Workshop, pp. 77-85. IFREMER, Brest,
France. www.researchgate.net.
21

17. Рисунки
Рисунок 1. Расположение акустических микрофонов на карте Google maps
для случая измерений 2011 и 2016 гг. в Кацивели. Метки kac1, kac2 и kac3
на карте соответствуют расположению датчиков.
22

Рисунок 2. Сравнение результатов обработки, методом PMCC (troyka)
данных 2011 (а) и 2016 г (б), на диаграммах слева показаны (сверху вниз):
средний максимум трех парных корреляционных функций, средняя
амплитуда, consistency, азимут и фазовая скорость, справа показана
зависимость фазовой скорости (ρ) от направления прихода волны (θ).
Цифры справа вне графиков показывают граничные значения consistency,
времени, фазовой скорости и азимута, ниже выведены средние значения
скорости, азимута, частоты и амплитуды для данных условий отбора.
23

Рисунок 3. Сравнение спектров инфразвуковых сигналов,
зафиксированных в 2011 и в 2016 гг. Сверху вниз: спектральная плотность,
когерентность, спектр азимута и спектр фазовой скорости. В левом столбце
показаны результаты обработки сигнала зарегистрированного 11 октября
2011 г в 14:10:17 GMT, в правом - результаты обработки сигнала
зарегистрированного 10 октября 2016 г в 15:13:58 GMT. Внизу каждого
столбца черной жирной линией отмечен диапазон частот, на котором сумма
фаз сигналов от трех пар микрофонов близка к 0.
24

Рисунок 4. 11-12 октября 2011 г. Карты ветровой обстановки на высоте 10
м над Черным морем, непосредственно перед началом регистрации и в
период регистрации инфразвука: а) за 4 часа до начала регистрации
инфразвука, б) за 2 часа, в) начало регистрации инфразвука, г) через 2 часа
после начала регистрации, д) через 8 часов, е) через 10 часов после начала
регистрации (случай максимальной интенсивности регистрируемого
инфразвука). Черной линией показано направление прихода инфразвука
25

Рисунок 5. 2011-й год. Изменение скорости (верхний график) и
направления (нижний график) ветра вдоль трассы прихода инфразвуковой
волны. а) За два часа до начала приема инфразвукового сигнала
(соответствует карте ветра на рис.4б), б) начало регистрации инфразвука
(рис.4в), в) случай максимальной интенсивности инфразвукового сигнала
(рис.4е).
26

Рисунок 6. 10 октября 2016 г. Карты ветровой обстановки на высоте 10 м
над Черным морем, непосредственно перед началом регистрации и в
период регистрации инфразвука: а) за 1 час до начала регистрации
инфразвука, б) через час после начала регистрации, в) через 5 часов после
начала регистрации, г) через 7 часов, д) через 9 часов, е) через 13 часов
после начала регистрации (случай максимальной интенсивности
регистрируемого инфразвука). Черной линией показано направление
прихода инфразвука.
27

Рисунок 7. 2016-й год. Изменение скорости (верхний график) и
направления (нижний график) ветра вдоль трассы прихода инфразвуковой
волны. а) Через час после начала приема инфразвукового сигнала
(соответствует карте ветра на рис.6.б), б) через 7 часов после начала
приема инфразвука (рис.8.г),
28

Рисунок 8. а) Слева: профиль эффективной скорости звука для направления
0° по данным радиозондирования от 12 октября 2011 г. на метеостанции
Самсун. Справа: акустическое поле, рассчитанное по этому профилю
методом параболического уравнения для частоты сигнала 5 Гц.
б) Слева: профиль эффективной скорости звука для направления 90°, по
данным европейского центра прогноза погоды (European Centre for
Medium-Range Weather Forecasts - http://www.ecmwf.int/). Справа
акустическое поле, рассчитанное по этому профилю методом
параболического уравнения для частоты сигнала 5 Гц.
в) Акустическое поле, рассчитанное по тому же самому профилю (рис. 8б)
методом параболического уравнения для частоты сигнала 0,2 Гц.
29
Расстояние, км
Акустическое поле, рассчитанное для частоты 5Гц
20 40 60 80 100
0
5
10
15
20
25
30
дБ
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
300 350
0
5
10
15
20
25
30
Сэфф, м/с
Высота, км
а)
Расстояние, км
Высота, км
Акустическое поле, рассчитанное для частоты 5 Гц
50 100 150 200 250 300 350
10
20
30
40
50
60
70
дБ
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
300 350
0
10
20
30
40
50
60
70
Cэфф, м/с
Высота, км
б)

Рисунок 9. Результаты обработки, методом PMCC (troyka) записей за 12
сентября 2017 г на побережье Охотского моря в частотном диапазоне от
0,05 до 0,5 Гц. а) Приходы акустических сигналов со всех направлений, б)
приходы в секторе азимутальных направлений от 60-ти до 120-ти градусов.
На диаграммах слева показаны (сверху вниз): средний максимум трех
парных корреляционных функций, средняя амплитуда, consistency, азимут
и фазовая скорость, справа зависимость фазовой скорости (ρ) от
направления прихода волны (θ). Цифры вне графиков показывают
граничные значения consistency, времени, фазовой скорости и азимута, под
ними выведены средние значения скорости, азимута, частоты и амплитуды
для данных условий отбора.
30

Рисунок 10. Результаты обработки, методом PMCC (troyka) записей за 12
сентября 2017 г на побережье Охотского моря в частотном диапазоне от 1-
го до 10-ти Гц. а) Приходы акустических сигналов со всех направлений, б)
приходы в секторе азимутальных направлений от 60-ти до 120-ти градусов.
На диаграммах слева показаны (сверху вниз): средний максимум трех
парных корреляционных функций, средняя амплитуда, consistency, азимут
и фазовая скорость, справа зависимость фазовой скорости (ρ) от
направления прихода волны (θ). Цифры вне графиков показывают
граничные значения consistency, времени, фазовой скорости и азимута, под
ними выведены средние значения скорости, азимута, частоты и амплитуды
для данных условий отбора.
31