Исследование Южного океана (стр. 7 из 10)
В случае гидрографической работы условия получаются много более трудные. Гидрограф имеет в своем распоряжении только некоторое число точек глубин и по ним должен провести линии равных глубин. Действительный рельеф дна для него сокрыт и перед его глазами ничего нет, кроме отдельных точек глубин. Очевидно, в таком виде задача становится очень трудной, и ошибки в выражении подводного рельефа должны случаться много чаще и быть серьезнее по своему, значению.
Положение океанографа при решении такой задачи подобно гидрографу, но только еще труднее. Океанограф имеет в своем распоряжении малое число глубин, места их недостаточно точно известны, да и точность их различная. Он, как и гидрограф, не видит перед собой рельефа дна, который он изображает.
Потому-то на батиметрических картах океана, несмотря на их относительно мелкий масштаб, очень многие места Мирового океана имеют совершенно неточное выражение подводного рельефа, совершенно независимо от желания строивших карту ученых.
Способы построения батиметрических карт океана могут быть различны. Например, в одном случае составитель руководится исключительно данными одних промеров, тщательно проверенными. В другом случае автор будущей батиметрической карты принимает во внимание и другие океанографические сведения, например распределение в придонном слое температуры (потенциальной), и в случае недостаточности указаний рельефа непосредственно одними глубинами проводит изобаты, руководствуясь своими соображениями, основанными на косвенных данных.
Картина обследования рельефа дна океана имеет большое значение, потому что она рисует в значительной степени и вообще современное состояние наших сведений о физической природе Мирового океана.
Современная океанология уже располагает хорошими картами рельефа дна Южного океана, отражающими характер донных осадков, физические поля и глубинное строение земной коры. [33]
ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ И ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА
Для изучения климатических особенностей и гидрологического режима существует два типа методов исследования: контактные и бесконтактные. К контактным методам относятся традиционные способы получения данных при непосредственном проведении измерений человеком в Южном океане. [6] Однако, из-за тяжелых условий для нахождения человека в акватории данного океана, на сегодняшний момент для сбора данных в основном используются неконтактные методы исследования.
С помощью таких исследований производится сбор данных по следующим направлениям:
· Рельеф дна
· Температура поверхности океана
· Соленость на поверхности океана
· Морские течения и динамика водных масс
· Уровень моря
· Состояние поверхности моря, волнение
· Приводный ветер
· Цвет воды,
· Биопродуктивность
· Морские льды[25]
Информативность спутниковых систем исследования Земли намного выше традиционных контактных методов. Определение, например, температуры поверхности Мирового океана с использованием только одного океанологического ИСЗ эквивалентно синхронным измерениям на 20 000 научно-исследовательских станциях.
Методика визуальных исследований Южного океана из космоса проста и не отличается существенно от методики обычных аэровизуальных наблюдений. Цветовые оттенки суши, облаков и акваторий приблизительно те же, что и при наблюдениях Земли с высоты 10 км. Хорошо различимы оттенки различных цветов, однако тестовые измерения зрения космонавтов показали, что контрастная чувствительность зрения космонавтов во время полета снижается, как правило, на 10–20 %. В условиях космического полета на 20−25 % также снижается по сравнению с земными условиями восприятие яркости цветов. [5]
Дистанционное зондирование в видимом диапазоне основано на наблюдении яркости рассеянного и отраженного океаном солнечного света. Такую съемку ведут с помощью оптических камер и сканеров: из российских – это многозональные сканеры МСУ-М, МСУ-СК и МСУ-Э на спутниках «Ресурс-О» и «Метеор», «Океан»; из зарубежных – сканеры спутников NOAA, Landsat, Spot, IRS и многих других, а также специально созданные для изучения цвета океана системы CZCS (CoastalZoneColorScaner) спутников Nimbus и SeaWiFS (SeaviewingWideFieldSensor — сканер цвета моря) спутника SeaStar.
Зондирование в тепловом инфракрасном диапазоне для определения температуры поверхности океана основано на измерении собственного теплового излучения поверхности океана. Наиболее известен сканирующий радиометр AVHRR (AdvancedVeryHighResolutionRadiometer) на спутниках серии NOAA — его данные получили повсеместное признание и используются во всем мире; другой известный аналог — радиометр серии ATSR (AlongTrackScanningRadiometer) на европейских спутниках ERS и Envisat.
Пассивное зондирование в микроволновом радиодиапазоне, который в отечественной литературе называют СВЧ-диапазоном, основано на регистрации собственного СВЧ и радиотеплового излучения океана (системы океан-атмосфера); активное (радиолокация) зондирование — на излучении со спутника и приеме отраженного/рассеянного морской поверхностью радиосигнала. Среди данных пассивных СВЧ-радиометров накоплены значительные массивы данных радиометров SSMR спутников Nimbus и SSM/I, спутников DMSP. С помощью пассивных радиометров можно получить информацию о температуре поверхности океана, сплоченности и толщине морских льдов и даже солености, а также влагозапасе облаков, интенсивности осадков, скорости ветра. Основным средством активного зондирования стали радиолокаторы бокового обзора с реальной антенной (РЛСБО) и антенной с синтезированной апертурой (РСА или SAR). Наибольший вклад в исследование океана внесли SAR на спутниках Seasat, ERS-1, ERS-2, Radarsat и Envisat, среди российских – РЛСБО на спутниках серии «Океан» и РСА на спутнике «Алмаз». На принципе активной локации работают также радиоальтиметры (для измерения уровня океана и высоты волн) спутников Topex/Poseidon, Jason и др., и скаттерометры (для измерения поля приповерхностного ветра) NSCAT, QuikScat и др. Большинство перечисленных датчиков позволяют вести глобальный мониторинг Мирового океана и их данные доступны через Интернет практически в реальном времени. [25]
Для измерения температуры водной поверхности из космоса применяют инфракрасные радиометры, работающие на метеорологических и океанологических спутниках, по данным которых регулярно создаются глобальные и региональные карты температур морской поверхности. [5]
Съемка с помощью тепловых инфракрасных радиометров, которыми оснащены все функционирующие метеорологические спутники, открыла возможность единовременной глобальной фиксации температур поверхности океана, что невозможно судовыми или самолетными методами. Глобальные спутниковые фотокарты температур морской поверхности SST (SeaSurfaceTemperature) составляются по снимкам AVHRR/NOAA с 1981 г. с разным временным и пространственным осреднением, а с 2001 г. они создаются в реальном масштабе времени на основе многоканального алгоритма определения температур и используются в оперативных целях. На рисунке 11 представлена карта, полученная с применением данной аппаратуры. [25]
Рис.11. Температура поверхности Мирового океана в Антарктике 9 октября 2005 г. [25]
Распределение температур воды представляет основной диагностический признак для прогноза участков с наиболее вероятными рыбными скоплениями. До разработки систем глобального картографирования в Центре «Океан» ВНИРО карты температур поверхности океана составлялись регулярно на основные рыбопромысловые районы. Для обеспечения такими картами районов северо-западной Атлантики в Канаде была разработана автоматизированная система Галифакс, выполнявшая по данным спутника NOAA (с учетом поправок на основе судовых наблюдений) с дискретностью 3–4 дня карты в изолиниях температур, передаваемые на рыболовные суда.
Установленный по спутниковым снимкам характер распределения температур воды в океане существенно отличается от прежних представлений о нем. В противоположность отображаемому картами изданных атласов океанов плавному изменению температур на поверхности океана наблюдается весьма сложная и контрастная картина, обусловленная струйными течениями и вихревыми образованиями. В прибрежных районах субтропических и тропических широт фиксируются фронты между теплыми океаническими водами и более холодными прибрежными. [5]
Помимо изучения собственно температур воды, тепловая инфракрасная съемка дает материал для исследования динамических процессов в океане, течений, океанических вихрей и фронтов, апвеллингов и других явлений, при изучении которых привлекают также материалы об уровне океанической поверхности.
Морские течения — это перемещение водных масс, характеризующееся направлением и скоростью.
Основные силы (причины), вызывающие морские течения, подразделяются на внешние и внутренние. К внешним силам относятся ветер, атмосферное давление, приливообразующие силы Луны и Солнца; к внутренним — силы, возникающие вследствие неравномерного распределения по горизонтали плотности водных масс.
Кроме внешних и внутренних сил, вызывающих морские течения, сразу же после возникновения движения вод проявляются вторичные силы, к которым относятся отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса) и сила трения, замедляющая всякое движение.
На направление течения оказывают влияние также конфигурация берегов и рельеф дна. Под полем течений понимается распределение суммарного вектора скорости течения на акватории Мирового океана.
«Увидеть» течения на космических снимках оказалось возможным благодаря регистрации температур поверхности инфракрасными радиометрами — по таким снимкам определяют ширину струи, меандры, сопровождающие течение вихри (ринги), грибовидные течения. Для количественных измерений поля течений из космоса, определения направления и скорости движения воды в настоящее время применяются интерферометрические системы на основе радиолокаторов с синтезированной апертурой.