Коллектив авторов - Океанография и морской лед

Ряд статей посвящен исследованию Баренцева моря. Показана изменчивость термохалинного состояния моря за последние полвека (В.В. Денисов и др.), исследованы особенности водообмена с Арктическим бассейном и взаимодействие атлантических вод с арктическими (А.Г. Трофимов и др.), а также рассмотрено влияние придонных вод Баренцева моря на гидрохимический режим Арктического бассейна (А.П. Недашковский и др.).

Изменчивость гидрохимического режима моря Лаптевых рассмотрена в статье А.Е. Новихина и др.

В статьях И.М. Ашика и В.И. Дымова и др. рассмотрены особенности колебания уровня и ветрового волнения в арктических морях в период МПГ.

И, наконец, в третьем разделе книги рассмотрены особенности развития ледовых условий Северного Ледовитого и Южного океанов в период МПГ и их сравнение с историческими данными.

В статьях показано, что ледовитость СЛО летом 2007 года достигла своего минимума (В.М. Смоляницкий, А.В. Юлин), а дрейф льда стал более интенсивным (Ю.А. Горбунов и др.). Существенно уменьшились количество и толщина многолетних льдов в СЛО, что отмечено в статьях Л.П. Бобылева, О.М. Йоханнесена и др., С.В. Фролова и др.

На основе анализа полученных в период МПГ данных приведены отдельные параметры морского льда и характеристики ледового режима: распространение айсбергов (Ю.П. Гудошников, Г.К. Зубакин и др.), интенсивность процессов нарастания льда и накопления снежного покрова в Центральной Арктике (В.Т. Соколов, А.А. Висневский и др.), морфометрические характеристики и внутреннее строение торосистых образований (В.В. Харитонов), химический состав арктического морского льда (А.П. Недашковский), а также физико-механические процессы в морских дрейфующих льдах (В.Н. Смирнов).

Завершается книга (раздел 3) статьей И.Е. Фролова, А.И. Короткова, В.М. Смоляницкого, в которой авторами проанализирована за весь период наблюдений изменчивость распространения морского льда в Южном океане и приведено сравнение с изменениями площадей льда в СЛО. Сделан вывод, что в последние десятилетия среднегодовые площади морского льда в Южной и Северной полярных областях имеют противоположные тренды, а площадь антарктического морского льда в период МПГ достигла своего исторического максимума.

К основным достижениям МПГ 2007/2008 в области океанографии и морских льдов можно отнести следующее:

1. Получен опыт проведения и координации широкомасштабных исследований океана и морских льдов с применением современных контактных и бесконтактных средств измерений, что позволит уже в ближайшие годы создать международные системы оперативного и климатического мониторинга полярных районов.

2. Получена достаточно полная картина состояния вод и морских льдов полярных областей, которая при сравнении с историческими данными приведет нас к более полному пониманию причин и следствий происходящих в гидросфере изменений.

3. Приведенные экспериментальные гидрологические и ледовые исследования направлены на совершенствование процедур дешифрования данных ИСЗ и развитие численных моделей океана и морских льдов.

Полученные в период МПГ 2007/2008 результаты океанографических исследований вполне однозначно свидетельствуют о необходимости продолжения мониторинга природной среды и морских экспедиций в полярных районах Земли и следует приветствовать идею проведения Международного Полярного десятилетия как логического продолжения Международного Полярного года, высказанную на 60-й сессии Исполнительного Совета Всемирной Метеорологической Организации.

1. Современные средства исследования океана и ледяного покрова

1.1 Современные средства зондирования и исследования океана

С.Б. Кузьмин[2], А.Ю. Ипатов[3]

Современные приборы и технологии наблюдения за гидрологическими условиями в Северном Ледовитом океане

Описаны современные приборы, применяющиеся при океанологических исследованиях в Северном Ледовитом океане. Подробно даны технические характеристики профилографов, измерителей и зондов. Приведены количественные оценки, показывающие рост современной приборной базы, используемой при исследованиях в полярных регионах, а также увеличение объемов полученных измерений океанологических параметров за последнее десятилетие. Современные технологии проведения наблюдений за океанологическими параметрами описаны на примерах экспедиций, организованных Арктическим и антарктическим научно-исследовательским институтом (ААНИИ), выполненных в Северном Ледовитом океане в последнее десятилетие, в том числе в период Международного полярного года (МПГ 2007/08).

Наблюдения за гидрологическими условиями подразумевают возможность измерения в различных режимах значений температуры, солености (электропроводности) морской воды, а также скорости и направления течений, колебаний уровня моря, параметров волнения. Кроме того, в качестве сопутствующих параметров можно рассматривать скорость звука в морской воде (при прямых измерениях), мутность. В ходе экспедиционных работ на подвижных платформах (судовые экспедиции, работа на дрейфующем льду) в Северном Ледовитом океане (СЛО) возможны наблюдения за всеми указанными гидрологическими параметрами, кроме колебаний уровня моря и волнения. Очевидно, что рациональная организация исследований в любой области науки, в том числе и океанологии, сопряжена с достоверностью данных, получаемых в ходе экспериментов (полевых, экспедиционных работ). Использование современной приборной базы, аналогичной используемой зарубежными коллегами, позволяет при правильной эксплуатации приборов получать результаты, не вызывающие в научном сообществе сомнений в их корректности.

Принципы измерения гидрологических параметров, используемые в описанных ниже приборах одинаковы. Измерение температуры производится термистором. Электропроводность определяется при прохождении морской воды через ячейку индуктивности (при возбуждении индуктивных токов в ячейке). При этом вода: либо протекает сквозь ячейку под действием насоса, обеспечивающего равномерный поток жидкости, либо протекает свободно. Давление измеряется кварцевым датчиком на основе пьезоэффекта, либо тензодатчиком. Мутность морской воды определяется путем оценки величин рассеяния излученного света. Скорость течения в акустических доплеровских измерителях и профилографах определяется по частотному сдвигу акустического сигнала. Направление течений определяется магнитным компасом. Время измеряется автономно запитываемыми кварцевыми часами. Имеются отличия в характеристиках датчиков, классификация которых по классу точности приведена в таблице 1.

Передача данных производится, как правило, через интерфейс типа RS232 (RS232C) со скоростью 9600 бод. При подготовке приборов обязательными элементами перед использованием являются их тестирование на работоспособность, проверка запаса питания и объема свободной памяти.

Первыми образцами современного оборудования, задействованными для получения данных о вертикальном распределении (профилей) термохалинных характеристик, в ходе высокоширотных экспедиций стали зонд SBE 9plus CTD и профилограф SBE 19plus SeaCat производства компании SeaBird Electronics (США). Приборы данных моделей успешно эксплуатируются и сейчас, причем SBE 19plus является наиболее часто используемым прибором в арктических экспедициях в силу простоты и надежности в эксплуатации, автономности и малого веса. Несколько позже в судовых высокоширотных экспедициях начали применять обрывные зонды также позволяющие получить профили термохалинных характеристик.

SBE 9plus CTD и SBE 19plus SeaCat по характеристикам установленных на них датчиков (табл. 2) относятся к высшему классу точности измерения согласно принятой классификации измерительных приборов в океанологии (табл. 1). Обрывные зонды (характеристики датчиков даны в табл. 3) относятся к ненормируемым по классу точности (табл. 1).

Таблица 1. Классификация океанологических приборов по точности установленных на них датчиков (взята из работы Левашова Д.И., 2003)

Работа с описываемыми здесь приборами с борта судна возможна в дрейфе, в случае обрывных зондов, и на ходу. При сплоченности льда более трех баллов, при сильном ветре (более 10 мс) и (или) значительном дрейфе, любые океанографические станции выполняются с подработкой подруливающими устройствами, либо с использованием главного двигателя судна.

Зонд SBE 9plus CTD предназначен для измерения в режиме непрерывной передачи данных (основной режим работы) по кабель-тросу электропроводности (солености), температуры морской воды, давления (рис. 1Г). Кроме того, имеется возможность дополнительной установки датчиков растворенного кислорода, pH, флюоресценции фитопланктона, рассеяния солнечной радиации, мутности. Зонд устанавливается в батометрическую секцию-блок крепления зонда и батометров (розетту) SBE 32 Caroucel (рис. 1А), либо отдельно, в титановой раме. Конструкция розетты позволяет закреплять на ней дополнительно автономные измерительные приборы, что значительно увеличивает объем получаемой информации. Розетта SBE 32 Caroucel рассчитана на 24 пластиковых батометра емкостью 5 л типа 1080, произведенных фирмой General Oceanics Inc. (США). С помощью батометров производится отбор проб воды для последующего анализа в лабораторных условиях на судне.