Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря

В работе представлены результаты дрифтерного эксперимента с новой модификацией термопрофилирующих дрейфующих буев, развернутых в августе 2009 г. в западной части Черного моря. Эксперимент подготовлен в Морском гидрофизическом институте НАН Украины в рамках третьей фазы международного пилотного проек...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автор:	Толстошеев, А.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2011
Назва видання:	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Теми:	Методология и технология мониторинга морских акваторий
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112548
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря / А.П. Толстошеев // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 24. — С. 273-278. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-112548
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1125482017-01-23T03:03:59Z Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря Толстошеев, А.П. Методология и технология мониторинга морских акваторий В работе представлены результаты дрифтерного эксперимента с новой модификацией термопрофилирующих дрейфующих буев, развернутых в августе 2009 г. в западной части Черного моря. Эксперимент подготовлен в Морском гидрофизическом институте НАН Украины в рамках третьей фазы международного пилотного проекта «Iridium». Получены долговременные, с интервалом 30 мин, ряды данных о распределении температуры в верхнем слое моря до глубины около 80 м. Данные поступали с запаздыванием не более 10 мин после выполнения измерений. Погрешность пространственной привязки результатов измерений по данным встроенных приемников системы глобального позиционирования – не хуже 100 м. 2011 Article Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря / А.П. Толстошеев // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 24. — С. 273-278. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1726-9903 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112548 551.46.08 ru Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Методология и технология мониторинга морских акваторий Методология и технология мониторинга морских акваторий
spellingShingle	Методология и технология мониторинга морских акваторий Методология и технология мониторинга морских акваторий Толстошеев, А.П. Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
description	В работе представлены результаты дрифтерного эксперимента с новой модификацией термопрофилирующих дрейфующих буев, развернутых в августе 2009 г. в западной части Черного моря. Эксперимент подготовлен в Морском гидрофизическом институте НАН Украины в рамках третьей фазы международного пилотного проекта «Iridium». Получены долговременные, с интервалом 30 мин, ряды данных о распределении температуры в верхнем слое моря до глубины около 80 м. Данные поступали с запаздыванием не более 10 мин после выполнения измерений. Погрешность пространственной привязки результатов измерений по данным встроенных приемников системы глобального позиционирования – не хуже 100 м.
format	Article
author	Толстошеев, А.П.
author_facet	Толстошеев, А.П.
author_sort	Толстошеев, А.П.
title	Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря
title_short	Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря
title_full	Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря
title_fullStr	Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря
title_full_unstemmed	Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря
title_sort	использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя черного моря
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Методология и технология мониторинга морских акваторий
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112548
citation_txt	Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря / А.П. Толстошеев // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 24. — С. 273-278. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
work_keys_str_mv	AT tolstošeevap ispolʹzovanietermoprofiliruûŝihdrejfuûŝihbuevdlâizučeniâverhnegosloâčernogomorâ
first_indexed	2025-07-08T04:06:19Z
last_indexed	2025-07-08T04:06:19Z
_version_	1837050186058170368
fulltext	273 © А .П . Толстошеев , 2011 УДК 551 .46 .08 А.П . Толстошеев Морской гидрофизический институт, г. Севастополь ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОПРОФИЛИРУЮЩИХ ДРЕЙФУЮЩИХ БУЕВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВЕРХНЕГО СЛОЯ ЧЕРНОГО МОРЯ В работе представлены результаты дрифтерного эксперимента с новой модифика- цией термопрофилирующих дрейфующих буев, развернутых в августе 2009 г. в запад- ной части Черного моря. Эксперимент подготовлен в Морском гидрофизическом ин- ституте НАН Украины в рамках третьей фазы международного пилотного проекта «Iridium». Получены долговременные, с интервалом 30 мин, ряды данных о распреде- лении температуры в верхнем слое моря до глубины около 80 м. Данные поступали с запаздыванием не более 10 мин после выполнения измерений. Погрешность простран- ственной привязки результатов измерений по данным встроенных приемников системы глобального позиционирования – не хуже 100 м. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : буй дрейфующий, буй термопрофилирующий, термоли- ния, Черное море, температура морской воды. Термопрофилирующие дрейфующие буи (термодрифтеры) с термолинией до глубины около 60 м были разработаны в Морском гидрофизическом инсти- туте НАН Украины (МГИ НАН Украины) в 2004 г. по проекту УНТЦ № 2241 и к настоящему времени остаются уникальным средством для получения долго- временной оперативной систематической информации о пространственной (вертикальной и горизонтальной) структуре поля температуры морской воды в верхнем слое моря. Информационно-измерительные возможности термодриф- теров в сочетании с их удачной конструкцией и невысокой стоимостью опре- делили интерес к ним со стороны исследователей разных стран. К 2009 г. была разработана новая модификация термодрифтера SVP-BTC80 RTC/GPS с термо- линией до глубины около 80 м. Новый термодрифтер оборудован аппаратурой связи спутниковой системы Iridium и приемником системы глобального пози- ционирования GPS. В алгоритм работы дрифтера были внесены изменения, позволившие, во-первых, синхронизировать измерения во времени; во- вторых, оценивать поправки на отклонения термолинии от вертикали и пе- редавать данные о температуре каждого датчика совместно с данными о его действительном положении (глубине). Основные показатели назначения термодрифтеров SVP-BTC80 RTC/GPS приведены в табл. 1, в которой приня- ты следующие обозначения: \|∆\| – погрешность измерения; µ – цена единицы младшего разряда выходного кода. В 2009 г. в рамках пилотного проекта «Iridium» (см. сайт «Data Buoy Cooperation Panel. Iridium Pilot Project»: http://www.jcommops.org/dbcp/ iridium-pp/) был подготовлен и выполнен широкомасштабный черноморский эксперимент с термодрифтерами SVP-BTC80 RTC/GPS. Эксперимент стал воз- можен благодаря тесному сотрудничеству МГИ НАН Украины (разработка дрифтеров и планирование эксперимента), украинской научно-производст- венной фирмы «Марлин-Юг» (изготовление и испытание дрифтеров), фран- цузской национальной метеорологической службы Meteo-France (финансовая 274 поддержка по оплате передачи данных через систему Iridium). В начале августа 2009 г. кластер из трех дрифтеров SVP-BTC80 RTC/GPS IMEI 12630380, IMEI 12638390 и IMEI 12630410 был развернут в западной части Черного моря. В табл. 2 приведены основные сведения об эксперименте, а на рис. 1 показаны траектории дрейфов буев. Таблица 1 . Основные показатели назначения термопрофилирующих дрей- фующих буев SVP-BTC80 RTC/GPS с передачей данных по каналам спутниковой связи Iridium Атмосферное давление, гПа Температура воды, °С Номинальные горизонты измерения температуры воды в верхнем слое моря, м Погрешность измерения координат, м \|∆\| µ \|∆\| µ по приемнику GPS по доплеровскому методу системы Iridium ≤ 1,0 0,1 ≤ 0,1 0,04 0,2; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65; 70; 75; 80 ≤ 100 по долготе: ≤ 10000 м по широте: ≤ 1000 м Таблица 2. Основные данные о черноморском эксперименте 2009 г. с термо- профилирующими дрейфующими буями SVP-BTC80 RTC/GPS Идентифика- ционный номер Развертывание Окончание работы Время работы, сутки дата координаты дата координаты причина IMEI 12630380/ WMO 61690 03.08. 2009 43º34'29'' с. ш. 31º59'26'' в. д. 02.10. 2009 г. 43º17'52'' с. ш. 28º09'41'' в. д. вандализм 60 IMEI 12630410/ WMO 61691 43º34'25'' с. ш. 31º59'23'' в. д. 23.11. 2009 г. 43º42'53'' с. ш. 35º40'10'' в. д. утонул 112 IMEI 12638390/ WMO 61689 43º34'24'' с. ш. 31º59'26'' в. д. 13.09. 2009 г. 43º17'50'' с. ш. 28º09'40'' в. д. вышел на берег 41 Дрифтеры были развернуты с борта коммерческого судна в течение одного часа. Дистанции между точками развертывания, расположенными приблизи- тельно на линии Севастополь-Стамбул, составляли около 200 м. До конца авгу- ста буи дрейфовали в западном направлении по схожим траекториям. В конце месяца в районе свала глубин дрифтеры повернули на север и в условиях коле- баний, близких к инерционным, их траектории начали расходиться. После- дующие траектории дрейфа определялись процессами переносов вод шельфо- вой зоны западной части Черного моря и ОЧТ. В начале октября 2009 г. дриф- тер IMEI 12630380 был захвачен (вандализм) неизвестным судном и доставлен на берег в районе г. Варна (Болгария). Буй IMEI 12638390 достиг в середине сентября береговой линии в районе болгаро-турецкой границы и прекратил передачу данных. Буй IMEI 12630410 дрейфовал вдоль береговой линии на юг, а затем на восток вдоль Анатолийского побережья и прекратил передачу дан- ных в конце ноября 2010 г. Предполагаемая причина прекращения работы – притапливание в результате обрастания подводного паруса. 275 Рис . 1. Траектории дрейфов термопрофилирующих буев SVP-BTC80 RTC/GPS IMEI 12630380, IMEI 12630410 и IMEI 12638390 в августе – ноябре 2009 г. Прямоугольником выделены начальные участки дрейфов. Рассмотрим некоторые результаты, полученные по данным эксперимента. За время эксперимента с июля по ноябрь 2009 г. общее время продуктив- ной работы дрифтеров составило 5 370 ч; объем переданной научной инфор- мации – 571 Кбайт при среднем уровне потерь 3 %. За время дрейфов буев по- лучено более 9 700 профилей температуры верхнего слоя моря до глубин по- рядка 80 м. Измерения проводились с периодом 30 мин, а среднее время дос- тавки сообщений пользователю не превышало 3 мин. Один из наиболее интересных результатов наблюдений вертикальной из- менчивости температуры верхнего слоя моря – ряды синхронных во времени данных о профилях температуры, полученные с дискретностью 30 мин на на- чальных участках дрейфов (см. рис. 1). На этих участках буи двигались по схожим траекториям, дистанции между которыми в первые десять суток дрей- фа не превышали 3 000 м, что дает возможность оценить пространственную изменчивость полей температуры на разных горизонтах верхнего слоя моря. На рис. 2, показан фрагмент данных по результатам измерений темпера- турных профилей в верхнем слое моря вдоль траектории дрифтера SVP-BTC80 RTC/GPS IMEI 12630380 в августе-сентябре 2009 г. По совокупным верти- кальным профилям температуры воды, которые показаны на рис. 3, интерпо- лированным по глубине с шагом 5 м, были оценены средние квадратические отклонения температуры на горизонтах от 0 до 60 м. Результаты оценивания для начального участка траектории дрифтера SVP-BTC80 RTC/GPS IMEI 12630410 представлены на рис. 4. Наибольшее значение температуры в августе зафиксировано на поверхности моря и составило около 26,5 °С, а наи- большая изменчивость температуры со средним квадратическим отклонением 4,2 °С наблюдалась на глубине около 15 м. Для участка траектории дрифтера IMEI 12630410 вдоль побережья Турции была характерна неустойчивая работа приемника системы глобального пози- ционирования GPS. Возможная причина этого – значительное притапливание поплавка дрифтера из-за биологического обрастания подводных элементов конструкции в шельфовой зоне моря. с.ш. 44° 42° 28° 30° 32° 34° 36° в.д. 12.08.2009 г. 03.08.2009 г. IMEI 12630380 IMEI 12630410 IMEI 12638390 276 Рис . 2. Распределение температуры воды в верхнем слое моря по данным дриф- тера IMEI 12630380 в августе-сентябре 2009 г. Рис . 3. Совокупность вертикальных профилей температуры воды в августе 2009 г. по данным дрифтера IMEI 12630410. Рис . 4.°Средние квадратические отклонения (СКО) температуры воды в августе 2009 г. по данным дрифтера IMEI 12630410. Г л у б и н а, м 0 10 20 30 40 50 60 70 80 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Температура, °С CT o22≥ CTC oo 2022 ≥≥ CTC oo 1420 ≥≥ CTC oo 1214 ≥≥ CTC oo 1012 ≥≥ 03.08.09 08.08.09 13.08.09 18.08.09 23.08.09 28.08.09 Дата 05:00 05:00 05:00 05:00 05:00 05:00 Время 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Г л у б и н а, м Г л у б и н а, м 0 10 20 30 40 50 60 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 СКО, °С 277 По данным канала измерения уровня заныривания дрифтера начиная с 18 сентября поплавок буя в течение более 30 % времени дрейфа находился в подводном положении и к моменту прекращения работы дрифтера 22 ноября этот показатель достиг 98 %. Следствием такого поведения буя явилось воз- никновение пропусков в определении координат дрифтера по результатам из- мерений приемника GPS, антенна которого размещена в поплавке буя. Дли- тельность пропусков постепенно увеличивалась вплоть до полной потери дан- ных о траектории буя по показаниям приемника. Наряду с этим устойчиво продолжали поступать данные о траектории, полученные по доплеровскому сдвигу частоты передатчика дрифтера. Однако возможности воспроизведения траектории дрифтера по этим данным существенно ограничены значительной неопределенностью результатов оценивания координат доплеровским методом в системе Iridium. Так, в работе [3] показано, что среднее квадратическое от- клонение этих результатов составляет около 3 500 м. Результаты траекторных измерений дрифтера IMEI 12630410 доплеровским методом системы Iridium представлены на рис. 5. В работе [4] рассмотрена возможность повышения достоверности воспроизведения траектории дрифтера по доплеровским дан- ным. Показано, что в результате фильтрации этих данных с помощью функции sgolay, реализованной в среде MATLAB, оценка среднего квадратического от- клонения может быть существенно снижена. На рис. 5 приведена также и тра- ектория (Iridium sm), полученная в результате такой фильтрации, и соответст- вующие оценки средних квадратических отклонений от координат, получен- ных по данным приемника GPS. Оценки рассчитаны для тех участков траекто- рии, где приемник сохранял работоспособность. Рис . 5. Фрагменты траекторий дрифтера IMEI 12630410. Координаты буя опре- делялись по данным системы GPS и доплеровским методом до и после фильтра- ции – Iridium и Iridium sm соответственно. Данные, полученные в черноморском эксперименте 2009 г., позволили также оценить качество работы каналов измерения атмосферного давления дрейфующих буев в реальных условиях. Как уже было сказано, на начальных участках дрейфов буи двигались по траекториям, дистанции между которыми не превышали 3 000 м. Поскольку измерения буями выполнялись синхронно с с.ш. 42,1° 41,9° 41,7° 41,5° 41,3° 41,1° 40,9° GPS Iridium (CКО – 3 090 м) Iridium sm (CКО – 890 м) Дрифтер IMEI 12630410 33,3° 35,3° 37,3° 39,3° в.д. 278 интервалом 30 мин, можно, учитывая возможную изменчивость поля атмос- ферного давления, обоснованно предположить однородность поля давления для всех трех дрифтеров. Это позволяет сопоставить данные об атмосферном давлении, полученные дрифтерами. На рис. 6 показаны шестичасовые фрагменты изменчивости давления, построенные по данным буев IMEI 12630380, IMEI 12638390 и IMEI 12630410. Средние квадратические отклонения между результатами измерений дрифтеров не превысили 0,07 гПа, что, при допустимой погрешности 1 гПа, свидетельствует о высокой стабильности воспроизведения поля атмосферного давления измерительными каналами дрифтеров в реальных условиях дрейфов. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Толстошеев А.П., Лунев Е.Г., Коротаев Г.К., Мотыжев С.В. Термопрофилирую- щий дрейфующий буй // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2004. – вып. 11. – С. 143-154. 2. Толстошеев А.П., Лунев Е.Г., Мотыжев С.В. Исследование верхнего слоя Черно- го моря с помощью термопрофилирующих дрейфующих буев // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ре- сурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2008. – вып. 16. – С. 116-123. 3. Мотыжев С.В., Лунев Е.Г., Толстошеев А.П. Основные результаты развития дриф- терных технологий и их внедрения в практику океанографических наблюдений в Черном море и Мировом океане // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2011. – вып. 24. – С. 259-272. (Настоящий сбор- ник). 4. Мотыжев С.В., Лунев Е.Г., Толстошеев А.П., Литвиненко С.Р. Результаты применения спутниковой системы связи Iridium для задач дрифтерного обеспе- чения работ в океане // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика» – 2010. – вып. 23. – С. 217-227. Материал поступил в редакцию 18 .02 .2011 г . IMEI 12630380 IMEI 12638390 IMEI 12630410 1010,6 1010,5 1010,4 1010,3 1010,2 А тм о сф ер н о е д ав л е н и е, г П а 06.08.09 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 Время Рис . 6. Результаты сопоставления данных об атмосферном давлении, полу- ченных с помощью дрифтеров IMEI 12630380, IMEI 12638390 и IMEI 12630410.

Использование термопрофилирующих дрейфующих буев для изучения верхнего слоя Черного моря

Репозитарії

Схожі ресурси