Волновой хаос в подводной акустике

Abstract

The problem of long-range sound propagation in an oceanic waveguide is considered. Even a weak range- dependent sound-speed perturbation is sufficient to cause chaotic dynamics in the ray limit. In the real ocean, an important role in the ray instability is played by small-scale depth oscillations of the sound- speed perturbation. Those small-scale oscillations should violate ray-wave correspondence. We carry out a comparative analysis of ray- and wave-based patterns in phase space and track how their discrepancies grow with decreasing the depth scale of a sound-speed perturbation. It is shown that the semiclassical theory can reproduce qualitative peculiarities of wave behavior even with small perturbations scales. A strong conflict occurs only with very low acoustic frequencies.

Рассматривается задача о дальнем распространении звука в океаническом волноводе. Слабая горизонтальная неоднородность скорости звука порождает хаотическую динамику в лучевом пределе. В реальном океане важную роль в возникновении неустойчивости играют мелкомасштабные глубинные осцилляции возмущения скорости звука. Эти мелкомасштабные осцилляции способны нарушить лучеволновое соответствие. Мы проводим сравнительный анализ лучевой и волновой картин в фазовом пространстве и отслеживаем, как противоречия между ними нарастают с уменьшением масштаба глубинных осцилляций возмущения. Показано, что полуклассическая теория может воспроизводить качественные особенности волновой динамики даже при малых масштабах осцилляций возмущения. Сильный конфликт возникает только на очень низких акустических частотах.