ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2014, том 50, № 1, с. 16-29
УДК 551.465
ПОДСПУТНИКОВЫЙ ПОЛИГОН ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ШЕЛЬФОВО-СКЛОНОВОЙ ЗОНЕ ЧЕРНОГО МОРЯ
© 2014 г. А. Г. Зацепин1, А. Г. Островский1, В. В. Кременецкий1, С. C. Низов1, В. Б. Пиотух1, В. А. Соловьев1, Д. А. Швоев1, А. Л. Цибульский1, С. Б. Куклев2, О. Н. Куклева2, Л. В. Москаленко2, О. И. Подымов2, В. И. Баранов3, А. А. Кондратов3, А. О. Корж3, А. А. Кубряков4, Д. М. Соловьев4, С. В. Станичный4
1ФГУБН Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский проспект, 36 2Южное отделение ФГУБНИнститута океанологии им. П.П. Ширшова РАН 353467Геленджик, Просторная, 1г 3Атлантическое отделение ФГУБН Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН 236022 Калининград, проспект Мира, 1 4Морской гидрофизический институт НАНУкраины 99011 Севастополь, Капитанская, 2 E-mail: zatsepin@ocean.ru Поступила в редакцию 18.01.2013 г., после доработки 22.03.2013 г.
Представлены первые результаты по созданию и планы работы по поддержанию и развитию подспутникового полигона на шельфе и континентальном склоне Черного моря в районе г. Геленджик, предназначенного для перманентного мониторинга состояния водной среды и биоты. Размещаемые на полигоне автономные измерительные системы в составе донных станций с акустическими доплеровскими профилографами скорости течения (ADCP) автоматических зондов-профилогра-фов "Аквалог" и термокос на заякоренных буйковых станциях должны обеспечивать регулярное получение гидрофизических, гидрохимических и биооптических данных с высоким пространствен-но-временнь'ш разрешением и их оперативную передачу в береговой центр. Эти натурные данные необходимы для исследования характеристик и механизмов формирования изменчивости морской среды и биоты, водообменных процессов в системе "шельф—глубоководный бассейн", взаимодействия океан—атмосфера и многих других. Они востребованы для калибрации спутниковых измерений, верификации результатов численного моделирования циркуляции вод. Их предполагается использовать в целях предупреждения об опасных природных явлениях, а также для контроля экологического состояния морской среды и его изменения под влиянием антропогенных и природных факторов, включая климатические тренды. Планируется распространение методов и средств полигонного подспутникового мониторинга водной среды на другие прибрежные акватории, в том числе на другие сектора Черного моря с целью создания единой системы мониторинга шельфово-скло-новой зоны Черного моря.
Ключевые слова: Черное море, полигон, водная среда, предварительные результаты.
Б01: 10.7868/80002351513060163
ВВЕДЕНИЕ
Изучение пространственно-временной изменчивости гидрофизической структуры и динамики вод российской части шельфа — континентального склона Черного моря является одной из важных задач экологии региона, представляющего большое рекреационное и хозяйственное значение. По существующим представлением [1—3] пространственно-временная изменчивость гидрофизической структуры и динамики вод на масштабах 100—102 км и 100—102 часов имеет тесную
взаимосвязь с водообменными процессами в системе шельф—глубокое море, которые ответственны за обновление вод шельфа и их очистку от загрязнений. Актуальность исследования этих процессов обусловлена необходимостью получения адекватных оценок способности прибрежно-шельфовой экосистемы выдерживать все увеличивающуюся антропогенную нагрузку.
Оценка текущего и прогнозируемого состояния параметров морской природной среды на основе использования системы комплексного опе-
Рис. 1. Бот промысловый моторный (БПМ) — 74 "Ашамба". Водоизмещение — 27 тонн, двухбарабанная лебедка, кормовая П-рама, стрела, два члена экипажа и шесть сотрудников.
ративного мониторинга является важной задачей современной океанологии. В настоящее время такая система только формируется в черноморском бассейне. Наблюдательная компонента этой системы, в поддержании которой участвуют все причерноморские страны, включает спутниковые наблюдения, измерения со стационарных и дрейфующих платформ и данные, получаемые в рейсах научно-исследовательских судов.
Развертывание на шельфе и континентальном склоне Черного моря в районе г. Геленджика сети стационарных платформ для автоматизированного измерения ключевых параметров морской среды и биоты в сочетании с проведением регулярных комплексных судовых наблюдений и анализом текущей спутниковой информации является вкладом российской науки в развитие наблюдательной системы оперативного мониторинга Черного моря.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА НАБЛЮДЕНИЙ
Методы и средства наблюдений на черноморском полигоне ИОРАН включают в себя:
1) анализ текущей спутниковой информации в инфракрасном и видимом диапазонах спектра (температура и цвет морской воды), а также данных спутниковых альтиметров и их использование для расчета поверхностных геострофических течений;
2) регулярные (с апреля по ноябрь, приблизительно раз в 2 недели) судовые разрезы в области шельфа — континентального склона с регулярным выполнением СТД — станций зондирования с борта БПМ-74 "Ашамба" (рис. 1);
3) пространственные съемки поля скорости течения с помощью буксируемого за судном акустического доплеровского профилографа скорости течения (АЭСР), размещенного в обтекаемой гондоле [1, 2];
4) долговременное (на протяжении многих месяцев) измерение профилей скорости течения и
сигнала обратного акустического рассеяния с помощью донных станций с ADCP [3];
5) долговременное измерение профилей температуры, солености, плотности воды, а также скорости течения и обратного акустического рассеяния с помощью автономных зондов-профило-графов "Аквалог" на заякоренных буйковых станциях [4, 5];
6) долговременное измерение вертикальных распределений температуры с помощью автономных заякоренных термокос;
7) использование данных метеостанции г. Геленджика для оценки атмосферного воздействия на прибрежную морскую среду.
Анализ спутниковой информации производится с целью получения качественных представлений о структуре и интенсивности поверхностных течений в области моря, динамически сопряженной с районом исследований, для интерпретации данных СТД-разрезов и пространственных съемок поля горизонтальной скорости течений, а также данных гидрофизических измерений с помощью автономных комплексов "Аквалог" на заякоренных буйковых станциях и донных станций ADCP. Используются серии последовательных спутниковых изображений северо-восточной части Черного моря в поле температуры поверхности моря (ТПМ), принятых с ИСЗ серии NOAA в режиме HRPT (пространственное разрешение — 1 км) станцией Морского гидрофизического института АН Украины, а также данные съемок морской поверхности спекрорадиометрами MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) ИСЗ Terra и Aqua в оптических и ИК-диапазонах электромагнитного спектра с пространственным разрешением 500 м (рис. 2).
Для оценки сопутствующих гидрометеорологических характеристик используются данные наблюдений метеостанции г. Геленджика, которая расположена у входа в Геленджикскую бухту на Толстом мысу (44.55° N, 38.05° E). В таблицах метеопараметров представляются: даты наблюдений (месяц, день и стандартные метеорологические сроки через 3 часа по Гринвичу); направление ветра и средние и максимальные скорости ветра (порывы); температура воздуха; температура воды (по срокам через 6 часов и среднесуточная); влажность (по срокам наблюдений и среднесуточная); уровень моря (по срокам через 6 часов); суточные осадки; атмосферное давление (по срокам наблюдений и среднесуточное); соленость воды (раз в сутки — в 15 часов). Средняя скорость ветра определяется за 10 минут, максимальная скорость — максимальный порыв ветра между сроками наблюдений за 3 часа.
Гидрологические исследования с борта судна производятся на перпендикулярных берегу разрезах, а также на отдельных станциях зондирований
СТД-зондами SBE 19 plus и Idronaut 316 (электропроводность, температура, давление Ph, Eh и др.), на шельфе или над верхней частью континентального склона в северо-восточной части Черного моря. Целью СТД-зондирований является определение гидрологической структуры шельфа, ее внутри-годовой и межгодовой изменчивости (рис. 3).
Для получения квазимгновенных данных о трехмерном поле горизонтальной скорости течений в шельфовой зоне используется буксируемый за судном ADCP RDI "WorkHorse Mariner ADCP" (300 кГц). Профилограф, размещенный в специально изготовленной гондоле таким образом, чтобы ось прибора была направлена вертикально вниз, буксируется за судном на кабель-тросе, опускаемом с кормовой лебедки (рис. 4).
За короткое время (5—8 часов) выполняется от 4 до 7 перпендикулярных берегу разрезов с расстоянием 2—4 км между ними. Репрезентативные измерения (с точностью 0.02—0.03 м/c) прибор производит только в режиме "bottom tracking", т.е. когда он принимает сигнал, отраженный от дна моря. Этот режим работы реализовывается, если расстояние между прибором и дном не превышает 250 м. Соответственно надежные измерения поля скорости течений с помощью буксируемого ADCP могут быть получены только в шельфо-вой зоне моря и над верхушкой континентального склона. Наряду с измерением течений, ADCP измеряет величину обратного рассеяния звука, которая пропорциональна концентрации звукорас-сеивающих частиц. Положение и интенсивность звукорассеивающих слоев характеризует не только гидрофизические, но и биологические условия и процессы, поскольку рассеивание звука происходит и на фито-зоопланктоне.
Профили горизонтальной скорости течения, полученные на разрезах, используются для восстановления пространственной структуры поля скорости течений. На рис. 5 представлены поля горизонтальной скорости течения, рассчитанные по данным буксировки ADCP 24 июня 2012 е, осред-ненным по слою выше (рис. 5а) и ниже (рис. 5б) скачка температуры, расположенного приблизительно на глубине H = 20 м.
Из этого рисунка видно, что модуль скорости течения в верхнем квазиоднородном слое значительно больше, чем в нижележащем слое, да и структура поля течений в этих слоях разная. Так, в верхнем слое отчет
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.