Введение 3
1 Объект исследования 5
2 Приборы и методы исследований 7
3 Изотермы и Изопикны 9
3.1 Изотермы 9
3.2 Изопикны 10
4 Преобразование и Ряды Фурье 14
4.1 Ряд Фурье 14
4.2 Преобразование Фурье 14
4.3 Связь между рядом Фурье и преобразованием Фурье 15
4.4 Дискретное преобразование Фурье 15
5 Спектральный анализ 17
6 Частота Брента-Вяйсяля 19
Заключение 22
Список использованных источников 23
В условиях летней устойчивой температурной стратификации, когда увеличение плотности воды происходит по направлению силы тяжести, то есть от поверхности ко дну океана, в озерах возникают внутренние волны. Это волны, возникающие на поверхностях раздела плотности или в пределах слоев, где существуют вертикальные градиенты плотности. Существенная доля энергии внутренних волн рассеивается на границе с дном в прибрежной части озера. Несмотря на узкую пространственную локализацию, эти процессы крайне важны для функционирования биоты озера.
Интерес к внутренним волнам в стратифицированной жидкости возник давно, в начале 20-го века. Очень быстро стало понятно, что внутренние волны являются неотъемлемой частью динамики всех естественных водоемов (океанов, морей, озер и водохранилищ) вследствие вертикальной стратификации бассейнов по температуре, солености. Внутренние волны являются важнейшим проводником энергии открытой части моря в береговую зону, поэтому их изучение во всем многообразии их проявлений является предметом многих исследований.
При всем обилии материалов по данной тематике, данных наблюдений, теоретических исследований, исследование каждого конкретного водоема имеет свою специфику.
Одним из показателей того, что в водоеме идет внутренняя волна, является колебание изотерм, т.е. линий одинаковой температуры, либо изопикн (линий одинаковой плотности).
2. Проанализировать структуру внутренних волн на основе анализа интегральной температуры.
3. Провести спектральный анализ внутренних волн на основе быстрого преобразования Фурье.
4. На основе анализа полученных данных 2014-2015 г. сделать вывод (возможный) о влияния фактора полного перемешивания (зима 2014-2015гг) на структуру внутренних волн в озере Шира.
В ходе магистерской диссертации были исследованы и проанализированы данные измерений температуры для озера Шира. В работы были получены следующие результаты:
1. Построены изотермы для данных измерений 2013-2015 годов;
2. Построены изопикны для температурных измерений;
3. Осуществлено построение частоты Брента-Вяйсяля для озера Шира;
4. Построены интегральные температуры по данным измерениям;
5. Проведен спектральный анализ и оценка спектральной плотности мощности.
В работе были получены следующие выводы:
1. Для уточнения картины прохождения внутренних волн желательно провести измерения плотности в точке измерения температуры (хотя бы с меньшей частотой).
2. Интегральная температура является хорошим индикатором процесса весеннего нагревания и прохождения внутренних волн.
3. С использованием быстрого преобразования Фурье определены частоты колебаний изотерм для интегральной температуры и определена одна частота, которая соответствует прохождению инерционной волны.
4. В 2014-2015 году произошло впервые за 100 лет полное перемешивание воды в озере. Анализ спектральных данных показывает, что частоты самых длиннопериодных колебаний совпали, и различия наблюдаются только в коротковолновой части.
