Наземні та морські виміри
Мережа морських гідрометеорологічних буйкових станцій та підводних апаратів
Ця мережа складається із стаціонарних якірних та рухомих буїв та апаратів, розміщених на акваторії моря. Встановлення та експлуатація буїв та підводних апаратів проводяться з урахуванням вимог безпеки морського судноплавства, тому потрібне надання інформації про їхнє місцезнаходження. Буї та апарати автоматично проводять вимірювання метеорологічних та океанографічних (поверхневих та глибоководних) параметрів, накопичення даних, їх кодування та передачу інформації до центрів збору. З морських буїв в автоматичному режимі з певною дискретністю надходить така інформація: атмосферний тиск біля поверхні моря, температура і вологість повітря в приводному шарі, напрям і швидкість вітру, температура та електропровідність води біля поверхні моря та на глибинних горизонтах, напрям і швидкість течії (з якірного буя) або параметри дрейфу (з буя, що дрейфує).
Мережа пунктів спостережень за забрудненням морських вод
Дана мережа розташовується на узбережжях морів, морських заток, бухт, гаваней, у прибережній зоні та на акваторіях морів та океанів. Отримана в результаті функціонування морської спостережної мережі інформація про стан природного середовища морів України у вигляді гідрометеорологічних, льодових, океанографічних та інших даних використовується в обслуговуванні інформаційних потреб галузей економіки, військово-морського флоту, морського транспорту, рибного промислу, розвідки та експлуатації морських родовищ нафти та газу, проектування та будівництва морських гідротехнічних споруд.
Морська спостережна мережа є базою експериментальних спостережень, дослідної експлуатації нових технічних засобів.вимірювань, апробації нових методик спостережень, підготовки фахівців з морської гідрометеорології та океанографії
Дистанційний моніторинг
Для моніторингу морів України застосовуються також літальні та космічні апарати.
Літальні апарати застосовуються для океанографічних спостережень та робіт при необхідності швидкого отримання даних про розподіл на великих акваторіях температури поверхні моря (за допомогою радіометрів) та морських льодів (за допомогою радіолокаторів), для аерофотозйомок хвилювання, дослідження циркуляції та динаміки вод, профілів водної поверхні у прибережній зоні моря (із застосуванням лазерного профілографа), для встановлення ознак забруднення вод.
Космічні апарати знаходять широке застосування в практичній океанографії для отримання інформації про розподіл температури поверхні моря, морських льодів, циркуляційних структур, суспензій, фітопланктону, нафтового забруднення та ін. Використання методу супутникової геодезії на основі глобальної системи позиціонування GPS дозволяє при спостереженнях рівня моря враховувати вертикальні рухи земної кори та забезпечувати прив'язку рівнів спостережень до єдиної висотної основи.
Нині, на жаль, спостереження у системі комплексного фонового моніторингу природного середовища морів України значно скоротилися чи припинилися повністю за умов різкого скорочення державного фінансування. Авіаційні та космічні засоби практично не використовуються через відсутність сучасних спеціально обладнаних літаків та вітчизняних природно-ресурсних супутників, призначених дляВивчення Землі.
Температура та солоність
Температура, солоність, щільність, швидкість та напрямок течій, рівень поверхні моря є основними фізичними параметрами Світового океану. До середини минулого століття вони вимірювалися традиційними контактними методами. З розвитком приладобудування з'явилися дистанційні методи зондування поверхні океану як із борту літака, і зі штучних супутників Землі (ІСЗ). Таким чином, дані про стан океану умовно можна поділити на два типи: контактні та дистанційні.
Наземні та морські виміри
Основними джерелами океанографічної інформації, одержуваної контактними методами, є попутні суднові виміри, океанографічні станції, різні зонди і батитермографи, спеціалізовані платформи, рівні пости, різні буї та інших. Кожен їх дає свій спектр інформації про стан океану. Стисло зупинимося на кожному з них. Більш детально вони описані у роботі (Воуег е! а1., 2006).
Супутні суднові виміри
Супутні суднові виміри почалися зі спостережень за погодою та станом поверхні океану, які проводилися з початку активного мореплавання. Перші попутні суднові вимірювання температури поверхні океану (ТПО), які можна знайти в базі даних "Світовий океан 2005" відносяться до 1867 р. Ці вимірювання проводили норвезькі судна під час робіт у Північному та Норвезькому морях та Північній Атлантиці біля о. Ісландія.
Крім традиційних спостережень за основними метеорологічними величинами (температурою повітря, швидкістю та напрямом вітру тощо) при попутних суднових вимірах збирається інформація про характеристики океанічної поверхні. Спочатку це були лише вимірювання ТПО та висоти морських хвиль,пізніше деякі рибальські судна стали проводити вимірювання вмісту С02 та хлорофілу в поверхневому шарі океану. Число подібних вимірів на сьогодні значно збільшилося
При попутних корабельних вимірах точність виміру ТП5) [1]. Про (ртутними термометрами) становить трохи більше 0,001°З, а солоності — 0,02%о .
Історія проведення вимірювань океанографічних параметрів океанографічними або гідрографічними станціями починається з експедиції англійського військового корабля "Challenger" у 1872-1876 роках. Це була перша комплексна експедиція з вивчення Світового океану, організована з ініціативи Британського адміралтейства та Королівського товариства.
Було пройдено близько 69 тис. морських миль (більше трьох кіл екватора), перетнуті з півночі на південь і із заходу на схід Атлантичний і Тихий океани, проведено спостереження на 362 океанографічних станціях. Вперше було взято проби морської води з різних глибин (горизонтів) та виміряно її фізичні властивості, хімічний та біологічний склад. Таким чином, дані океанографічних станцій містять комплексну інформацію не тільки про приповерхневі води океану, але про всю його товщі. Їх ще називають профілями океанографічних параметрів.
За тривалістю робіт океанографічні станції поділяються на разові, багатогодинні, напівдобові, добові та багатодобові. Спостереження ведуться з судна, що лежить у дрейфі (дрейфові океанографічні станції) або стоїть на якорі (якорні океанографічні станції), а також дрейфуючого або нерухомого льоду. Глибоководні виміри на океанографічних станціях виконуються на горизонтах, прийнятих за стандартні (0, 5, 10, 20, 50, 75 м тощо).
На початку 1960-х років механічні інструменти замінилиелектронними інструментами, що вимірюють електропровідність, температуру та глибину.
Починаючи з 1970-х років у рамках різних міжнародних та національних проектів проводяться періодично повторювані виміри вертикальних профілів різних океанографічних параметрів на стандартних горизонтах вздовж розрізів акваторією всього Світового океану. Це дозволяє отримати інформацію, необхідну насамперед для дослідження та моделювання як стану Світового океану, так і мінливості його клімату. У базі даних WOD05 за період 1872-2004 років. загальна кількість даних таких вимірювань перевищила 2,2 млн.
Вимірювання батитермографами та зондами Принцип вимірювання цих датчиків заснований на фундаментальній залежності електропровідності морської води від температури та солоності (^а11асе, 1974; Рпеп, 2001). Вимірювання записуються в електронній формі або всередині інструменту під час занурення або комп'ютер, що знаходиться на кораблі. Температура зазвичай вимірюється термістором, електропровідність – за допомогою електромагнітної індукції, тиск – кварцовим кристалом.
Батитермограф – механічний пристрій, який показує профіль температури залежно від глибини на задимленому шматку скла. Цей пристрій широко використовувався для картування термічної структури вод верхньої частини океану, включаючи шар перемішування до того, як було замінено в 1970-х роках спочатку цифровими, а потім безповоротними батитермографами (ХВТ).
Неповоротний батитермограф (ХВТ) - електричний прилад, який вимірює зміну температури з глибиною, використовуючи термістор на вантажі, що вільно падає. Термістор з'єднаний з омметром на кораблі тонким мідним дротом, який розмотується з вантажу, що тоне. Зонд досягає глибини від 200 до 1830 м уЗалежно від моделі приладу.
На початку 1960-х років, окрім заміни механічних інструментів електронними інструментами, що вимірюють електропровідність, температуру та глибину, було проведено розробку спеціалізованих СТО-зондів. Вони одержали свою назву від Conductivity Temperature Depth. Результати вимірювань записуються в електронній формі або всередині інструменту під час занурення (автономна система) або комп'ютер на борту корабля (телеметрична система). Температура зазвичай вимірюється термістором, електропровідність – за допомогою електромагнітної індукції, тиск – кварцовим кристалом.
Кабельні зонди використовують кабель-трос для свого електроживлення та передачі даних у цифровому вигляді в бортовий пристрій або одразу в комп'ютер. Головною перевагою кабельних зондів є можливість спостереження зміною вимірюваних величин у реальному масштабі часу. Ця якість особливо важлива для оперативної оцінки мінливих характеристик водних мас.
Подальшим розвитком системи вимірювань основних океанографічних параметрів (температури та солоності) стало створення мережі автономних або буйкових океанографічних станцій. Буйкові виміри можна поділити на три основні групи: заякорені, дрейфуючі та профільні.
Заякорений буй - закріплений на якорі буй, на тросі якого закріплені датчики вимірювання температури, солоності (електропровідності) та тиску, а в деяких випадках - датчики швидкості течії. На самому буї розташована невелика автономна метеорологічна станція, іноді вимірник висот вітрових хвиль. Інформація, що отримується, передається по кабелю або через супутник в центр обробки даних.
Сучасний буй, що дрейфує (або дрифтер), крім передачі на борт.супутника сигналу, що дозволяє визначити його місцезнаходження, оснащений датчиками вимірювання основних метеорологічних величин (атмосферного тиску, температури повітря, швидкості вітру тощо) і океанографічних параметрів температури і солоності.
Міжнародна програма WОСЕ зажадала глобального покриття Світового океану буями, що дрейфують не тільки на поверхні, а й на глибині. Для цього були створені поплавці нейтральної плавучості нового типу. Вони дрейфували на заданому горизонті (від 200 до 1000 м), виринали на поверхню через заданий інтервал часу, передавали на супутники сигнал, що дозволяє зафіксувати їхнє положення, і знову опускалися на горизонт дрейфу.
Перші експерименти з дрейфуючими дрифтерами у Чорному морі були проведені наприкінці 1990-х років спільними зусиллями Морського гідрофізичного інституту (Севастополь, Україна) та Інституту океанології ім. Ширшова РАН (Москва). Наступним етапом розвитку буйкових вимірів основних океанографічних параметрів стало створення буїв, що профільують.
Успішне використання у північній частині Атлантичного океану мережі з кількох десятків профілюючих буїв у 1997—1998 роках. в рамках програми WОСЕ дозволило приступити до створення міжнародної системи ARGO, що є прообразом глобальної мережі автономних океанографічних станцій. Запропонований вперше у 1999 р. проект був схвалений Міжурядовою океанографічною комісією та Всесвітньою метеорологічною організацією (ВМО). Він почав втілюватися у життя 2000 р.
Інформація зі спливаючих буїв поступово стає більш затребуваною, ніж дані корабельних вимірів СТD-зондами.