АТМОСФЕ́РНАЯ АКУ́СТИКА

АТМОСФЕ́РНАЯ АКУ́СТИКА, раз­дел акус­ти­ки, в ко­то­ром изу­ча­ют­ся рас­про­стра­не­ние и ге­не­ра­ция зву­ка в ре­аль­ной зем­ной ат­мо­сфе­ре, а так­же ис­сле­ду­ют­ся свой­ст­ва ат­мо­сфе­ры аку­стич. ме­то­да­ми. А. а. мож­но рас­смат­ри­вать как раз­дел фи­зи­ки ат­мо­сфе­ры.

За­ро­ж­де­ние А. а. от­но­сит­ся к 1-й пол. 20 в., ко­гда на­ча­лись ис­сле­до­ва­ния ано­маль­ной слы­ши­мо­сти зву­ка от взры­вов и бы­ла про­из­ве­де­на оцен­ка влия­ния тур­бу­лент­но­сти на за­ми­ра­ния (фе­дин­ги) аку­стич. волн. Ус­ко­ре­ние раз­ви­тия А. а. про­изош­ло по­сле 2-й ми­ро­вой вой­ны од­но­вре­мен­но с бы­ст­рым тех­нич. про­грес­сом в элек­тро­аку­сти­ке и элек­тро­ни­ке. Совр. тео­рия аку­стич. яв­ле­ний в ат­мо­сфе­ре опи­ра­ет­ся на клас­сич. тру­ды по аку­сти­ке дви­жу­щих­ся сред и по рас­про­стра­не­нию волн в слу­чай­но-не­од­но­род­ных сре­дах.

Ха­рак­тер рас­про­стра­не­ния зву­ко­вых волн и раз­но­об­раз­ные аку­стич. яв­ле­ния в ат­мо­сфе­ре свя­за­ны с за­ви­си­мо­стью ско­ро­сти зву­ка от ско­ро­сти вет­ра и от темп-ры воз­ду­ха, с по­гло­ще­ни­ем зву­ка в воз­душ­ной сре­де, с не­ли­ней­ны­ми эф­фек­та­ми, воз­ни­каю­щи­ми при рас­про­стра­не­нии зву­ко­вых волн (см. Не­ли­ней­ная аку­сти­ка), и с аэ­ро­ди­на­мич. ге­не­ра­ци­ей зву­ка. Ско­рость зву­ка $c$ в иде­аль­ном га­зе оп­ре­де­ля­ет­ся фор­му­лой: $c=c_0·(T/273)^{1/2}$, где $c_0$ – ско­рость зву­ка при 0 °С ($c_0=$331,5 м/с), $T$ – аб­со­лют­ная темп-ра га­за. Из-за силь­ной тем­пе­ра­тур­ной за­ви­си­мо­сти ско­рость зву­ка в тро­пи­ках поч­ти на 50 м/с боль­ше, чем в Арк­ти­ке и Ан­тарк­ти­де. Из­ме­не­ние темп-ры и ско­ро­сти вет­ра с вы­со­той вы­зы­ва­ет ис­крив­ле­ние зву­ко­вых лу­чей (см. Реф­рак­ция зву­ка), по­яв­ле­ние зон мол­ча­ния (или аку­стич. те­ни). Стро­гой тео­рии по­гло­ще­ния зву­ка в ат­мо­сфе­ре не су­ще­ст­ву­ет, и для рас­чё­та ос­лаб­ле­ния зву­ко­вой вол­ны ис­поль­зу­ют эм­пи­ри­че­ские чис­лен­ные ко­эф­фи­ци­ен­ты. В сред­нем ос­лаб­ле­ние зву­ка про­пор­цио­наль­но квад­ра­ту его час­то­ты. По­это­му ульт­ра­звук в ат­мо­сфе­ре пол­но­стью за­ту­ха­ет на рас­стоя­нии не­сколь­ких мет­ров, в то вре­мя как ин­фра­звук мо­жет рас­про­стра­нять­ся на ты­ся­чи ки­ло­мет­ров. Флук­туа­ции ам­пли­ту­ды и фа­зы вол­ны, обу­слов­лен­ные ат­мо­сфер­ной тур­бу­лент­но­стью, при­во­дят к рас­сея­нию и до­пол­нит. ос­лаб­ле­нию зву­ка, за­труд­ня­ют пе­лен­га­цию зву­ко­вых ис­точ­ни­ков. При рас­про­стра­не­нии аку­стич. им­пуль­сов (напр., от взры­вов) на боль­шие вы­со­ты про­ис­хо­дит не­ли­ней­ное ис­ка­же­ние их фор­мы, свя­зан­ное с уве­ли­че­ни­ем ко­ле­ба­тель­ной ско­ро­сти в вол­не из-за умень­ше­ния плот­но­сти воз­ду­ха в верх­них сло­ях ат­мо­сфе­ры. При силь­ном вет­ре про­ис­хо­дит ге­не­ра­ция зву­ков и шу­мов, напр. инфра­зву­ко­во­го шу­ма при об­те­ка­нии вол­ни­стой мор­ской по­верх­но­сти вет­ро­вым по­то­ком – т. н. го­лос мо­ря. Воз­мож­но, имен­но по «го­ло­су мо­ря» мор­ские жи­вот­ные за­ра­нее уз­на­ют о при­бли­же­нии штор­ма. Ин­фра­зву­ко­вые вол­ны с час­то­та­ми ме­нее 1 Гц мо­гут по­ро­ж­дать­ся по­ляр­ны­ми сия­ния­ми, зем­ле­тря­се­ния­ми, из­вер­же­ния­ми вул­ка­нов и др. ес­теств. ис­точ­ни­ка­ми. К ат­мо­сфер­ным аку­стич. яв­ле­ни­ям от­но­сит­ся и об­ра­зо­ва­ние удар­ных волн са­мо­лё­та­ми и ра­ке­та­ми, дви­жу­щи­ми­ся со сверх­зву­ко­вы­ми ско­ро­стя­ми.

В по­след­ние де­ся­ти­ле­тия 20 в. дос­тиг­нут зна­чит. про­гресс в по­ни­ма­нии фи­зич. про­цес­сов в об­лас­ти А. а. Ис­сле­дова­ны за­ко­ны рас­про­стра­не­ния зву­ка в при­зем­ных ат­мо­сфер­ных вол­но­во­дах, раз­ра­бо­та­на и экс­пе­ри­мен­таль­но под­твер­жде­на тео­рия флук­туа­ций па­ра­мет­ров зву­ко­вых волн и их рас­сея­ния мел­ко­мас­штаб­ны­ми не­од­но­род­но­стя­ми ско­ро­сти вет­ра и темп-ры.

Ме­то­ды А. а. ис­поль­зу­ют при дис­танци­он­ном аку­стич. зон­ди­ро­ва­нии ат­мо­сфе­ры. По вре­ме­ни при­хо­да зву­ка от мес­та мощ­ных взры­вов и из­вер­же­ний вул­ка­нов оп­ре­де­ля­ют рас­пре­де­ле­ние темп-ры и вет­ра в стра­то­сфе­ре и ме­зо­сфе­ре. Зон­ди­ро­ва­ние сред­ней и верх­ней ат­мо­сфе­ры по­сред­ст­вом вы­со­ко­чув­ст­ви­тель­ных аку­стич. при­ём­ни­ков по­зво­ля­ет об­на­ру­жи­вать час­тич­ное от­ра­же­ние ин­фра­зву­ка от дол­го­жи­ву­щих ме­зо­мас­штаб­ных не­од­но­род­но­стей и ис­сле­до­вать их па­ра­мет­ры. Ме­тод ра­дио­аку­стич. зон­ди­ро­ва­ния ат­мо­сфе­ры да­ёт воз­мож­ность с по­верх­но­сти Зем­ли оп­ре­де­лять вер­ти­каль­ные про­фи­ли темп-ры в ниж­ней тро­по­сфе­ре.

В сис­те­мах кон­тро­ля эко­ло­гич. об­ста­нов­ки вбли­зи атом­ных стан­ций и в ок­ре­ст­но­стях вред­ных про­из­водств при­ме­ня­ют­ся аку­стич. ло­ка­то­ры – со­да­ры, ко­то­рые дис­тан­ци­он­но оп­ре­де­ля­ют ско­рость вет­ра, вы­со­ту рас­по­ло­же­ния ин­вер­си­он­ных сло­ёв и ин­тен­сив­ность тур­бу­лент­но­го пе­ре­ме­ши­ва­ния до вы­со­ты ок. 1 км, а так­же по­зво­ля­ют оце­нить ожи­дае­мые кон­цен­тра­ции вред­ных ве­ществ при тех­но­ген­ных ава­ри­ях. Ме­то­ды им­пуль­сив­ной аку­сти­че­ской то­мо­гра­фии ниж­ней ат­мо­сфе­ры слу­жат для оп­ре­деле­ния про­стран­ст­вен­но ус­ред­нён­ных зна­че­ний темп-ры и ско­ро­сти вет­ра. Для ло­каль­ных из­ме­ре­ний ха­рак­те­ри­стик мел­ко­мас­штаб­ной тур­бу­лент­но­сти при­ме­ня­ют­ся ульт­ра­зву­ко­вые тер­мо­мет­ры-ане­мо­мет­ры, об­ла­даю­щие ма­лой инерт­но­стью, вы­со­кой чув­ст­ви­тель­но­стью и не под­вер­жен­ные ра­ди­ац. по­греш­но­стям. Сре­ди др. прак­тич. за­дач, ре­шае­мых в А. а., осо­бен­но важ­на раз­ра­бот­ка ме­то­дов дис­тан­ци­он­но­го оп­ре­де­ле­ния ме­сто­по­ло­же­ния и энер­гии круп­ных взры­вов, вклю­чая ядер­ные.