книги из ГПНТБ / Океанография и морская метеорология учебник

Г ЛАВА 2

ОРГАНИЗАЦИЯ И СРЕДСТВА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

§ 5. ЦЕЛИ, СОДЕРЖАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Гидрометеорологические исследования в общем виде имеют главной целью изучение гидрологического и ме­ теорологического режима океанов и морей. Эти иссле­ дования предусматривают:

а) получение с помощью различных наблюдений в океане данных для обеспечения нужд народного хозяй­ ства и обороны страны оперативной (текущей) гидро­ метеорологической информацией;

б ) . последующую статистическую обработку этих исходных данных для получения режимной информации, содержащей сведения о средних и предельных значениях гидрометеорологических элементов, их распределении во времени и пространстве, а также их сочетании в раз­ личные сезоны;

в) установление теоретических и эмпирических за­ висимостей между процессами и явлениями, протекаю­ щими в океане и атмосфере;

г) получение на основе установленных зависимостей прогностической информации о погоде, океанских и воз­ душных течениях, структуре гидрофизических полей, условиях распространения акустической, электрической, световой и других форм энергии в океане и атмосфере.

Полнота исследований обеспечивается выполнением минимальной обязательной программы гидрометеороло­ гических наблюдений за следующими элементами:

31

“температурой, влажностью и давлением воздуха,

скоростью и направлением ветра у поверхности океана

ина определенных высотах;

—приходом-расходом радиации и тепла;

—облачностью, туманами, осадками и видимостью;

—температурой воды, соленостью, плотностью, рас­ творенными газами, оптическими и другими физико-хи­

мическими характеристиками воды;

— ледовым покровом; —>гидробиологическими явлениями;

— скоростью и направлением поверхностных и глу­ бинных течений;

— элементами поверхностных и внутренних волн. При проведении специальных съемок в программу

исследований могут быть включены и другие виды на­ блюдений.

Результаты гидрометеорологических исследований ис­ пользуются для обеспечения точного определения места, безопасности плавания кораблей и полетов самолетов на всем пространстве океанов и морей.

Требования, предъявляемые к методике гидрометео­ рологических исследований. Главным источником энер­ гии для физических, химических и биологических про­ цессов, протекающих в океане и атмосфере, является солнечное излучение, которое создает на Земле запасы потенциальной энергии. В различные сезоны года и на различных широтах солнечная радиация неодинакова, поэтому тепло поступает на Землю неравномерно, что обусловливает неравномерное распределение плотности водных и воздушных масс в поле силы тяжести и вызы­ вает их непрерывные перемещения, направленные на выравнивание плотности. При этом потенциальная энер­ гия превращается в кинетическую, которая в свою оче­ редь частично трансформируется в энергию турбулент­ ности, частично вследствие вязкости воды и воздуха превращается в тепло, излучаемое Землей в мировое пространство. После перераспределения водных и воз­ душных масс часть кинетической энергии вновь перехо­ дит в потенциальную. Завершается цикл превращения солнечного тепла в океане и атмосфере, образуются две неразрывные системы — термодинамическая и механи­ ческая. Океан и атмосфера оказываются так тесно свя­ заны между собой, что невозможно успешно изучать ка­

32

кую-либо одну среду без всестороннего рассмотрения влияния другой, без соблюдения трех основных требова­ ний, предъявляемых к методике гидрометеорологических исследований:

—совместное (в неразрывном единстве) изучение процессов и явлений, развивающихся в океанах и морях

иприлегающей к ним атмосфере;

—одновременное (синхронное) изучение процессов

иявлений в различных точках пространства;

—непрерывность или повторение наблюдений через интервалы, позволяющие с необходимой точностью вос­

становить реальный ход (изменение) исследуемых вели­ чин между измерениями.

Виды гидрометеорологических исследований. Гидро­ метеорологические исследования в океанах и морях раз­ деляются на комплексные, стационарные (долговремен­ ные), рекогносцировочные и попутные.

К о м п л е к с н ы е и с с л е д о в а н и я предназначе­ ны для всестороннего изучения структуры физических полей в океане и атмосфере. Эти исследования прово­ дятся в наиболее важных районах океана путем выпол­ нения синхронных съемок отрядами океанографических судов и длительных наблюдений с помощью автоном­ ных средств (буйковых станций).

Океанографической съемкой называется выполнение совокупности океанографических разрезов, охватываю­ щих море или какую-то, достаточно самостоятельную, часть океана. Разрез — это совокупность океанографи­ ческих станций, расположенных последовательно по одной линии. Океанографическая станция — выполнение комплекса гидрометеорологических наблюдений в дан­ ной точке океана. Океанографические станции могут быть якорными и дрейфовыми, разовыми, повторными, суточными и многосуточными. При охвате всей толщи воды до дна станция называется полной, в остальных случаях — подвесной.

При работе на океанографических станциях установ­ лены единые (стандартные) горизонты наблюдений, со­ блюдение которых обязательно для всех экспедиций. Так, при измерении температуры и взятии проб воды для гидрохимических анализов стандартными горизон­ тами являются:

33

4500, 5000 м, далее через 1000 м и на приДонном гори­

зонте;

б) для мелководных морей: 0, (5), 10, 15, 20, (25), 30, 40, 50, 60, (75), 80, 100, (125), 150, 200 м и на при­

ния гидрологических элементов, например, в слое скач­ ка (см. § 11) наблюдения должны выполняться не толь­ ко на стандартных, но и на промежуточных (дополни­ тельных) горизонтах.

Наблюдения над течениями, как правило, выполня­ ются на тех же стандартных горизонтах, но из-за слож­ ности и трудоемкости этого вида наблюдений разре­ шается ограничиваться горизонтами 0, (5), 10, 25, 50, 100, 200, 300, (400), 500, 750, 1000, 1200, 1500, далее че­ рез 500 м и у дна [2].

Строгое соблюдение горизонтов наблюдений обеспе­ чивает сравнимость результатов, полученных судами разных ведомств в различные сезоны.

Масштабы современных исследований в Мировом океане таковы, что организация крупных комплексных экспедиций оказывается не под силу отдельным ведом­ ствам, выполняющим эти исследования. Поэтому в на­ шей стране почти все океанографические исследования, кроме отдельных рейсов судов промысловой разведки Министерства рыбного хозяйства, проводятся объеди­ ненными силами заинтересованных ведомств путем ор­ ганизации межведомственных экспедиций из несколь­ ких экспедиционных судов. Каждый участник такой экспедиции решает не только свои, узковедомственные, но и общегосударственные задачи.

Более того, даже крупнейшие океанские державы не в состоянии финансировать всю работу по обследо­ ванию обширных районов океана. Оказалось выгодным осуществлять международное сотрудничество по линии Межправительственной океанографической комиссии (МОК) ЮНЕСКО, а также Научного комитета океани­ ческих исследований при Международном совете науч­ ных союзов, участниками которых являются несколько

34

десятков стран мира. Советский Союз является актив­ ным членом МОК. и уже принял участие в Индоокеан­ ской экспедиции (1961 —1964), в исследованиях течения Куро-Сио (1965—1968), в программе «Геодинамика» и др. международных экспедициях, в которых исследо­ вания выполняло до 30 экспедиционных океанографиче­ ских судов.

С т а ц и о н а р н ы е и с с л е д о в а н и я проводятся на специальных судах погоды, с помощью автономных средств, береговыми, островными гидрометеорологиче­ скими станциями, рейдовыми постами и плавучими мая­ ками, а также путем выполнения экспедиционными су­ дами в течение ряда лет повторных станций, разрезов и съемок в целях исследования многолетних, сезонных или краткопериодных изменений гидрометеорологиче­ ского режима и обеспечения флота текущей гидрометео­ рологической информацией.

Р е к о г н о с ц и р о в о ч н ы е и с с л е д о в а н и я про­ водятся для предварительного обследования малоизу­ ченных районов.

ходе в район работ, при возвращении в базу, при прове­ дении экспериментальных работ) и всеми кораблями и вспомогательными судами ВМФ (при выполнении по­ ставленных задач) в объеме, предусмотренном Прави­ лами наблюдений на кораблях и судах ВМФ за гидро­ метеорологической обстановкой (ПНГМО-К—67). Целью попутных наблюдений является уточнение получаемых прогнозов погоды, обеспечение флота текущей информа­ цией о гидрометеорологической обстановке в районе плавания, а также пополнение данных о гидроме­ теорологическом режиме открытых частей океанов и морей.

Аналогичные наблюдения проводятся штурманским составом судов морского флота, рыбного хозяйства и других ведомств.

Организация гидрометеорологических исследований.

Гидрометеорологические исследования в океанах и мо­ рях связаны со значительными денежными ассигнова­ ниями, необходимостью иметь специальные экспедици­ онные суда, оснащенные современными средствами

3 5

исследований, с привлечением значительного числа квали­ фицированных специалистов, требуют большого напря­ жения физических и духовных сил участников океано­ графических экспедиций. Поэтому исследования в океа­ нах и морях должны быть организованы, а личный состав подготовлен таким образом, чтобы при минималь­ ных затратах времени и средств получать полную и ка­ чественную информацию об интересующих флот гидро­ метеорологических элементах.

Исследования проводятся в определенной последова­ тельности, по этапам:

—планирование исследований;

—подготовительные работы в базе;

—переход в подлежащий исследованию район;

—выполнение задания;

—возвращение в базу, камеральная обработка ре­ зультатов исследований, составление научно-техниче­ ских и других отчетов;

—тематическая обработка материалов для создания гидрометеорологических пособий.

Исследования океанов и морей проводятся со все­ возрастающей интенсивностью на строгой плановой основе, включающей перспективное и годовое планиро­ вание, техническое проектирование вплоть до выдачи непосредственным исполнителям технических заданий (предписаний) на производство определенных видов работ.

Перспективные планы составляются, исходя из пер­ спектив развития военного дела, науки и техники с уче­ том ассигнуемых средств.

Годовые планы разрабатываются на основе перспек­ тивных и содержат задания на данный год с указанием районов, объектов и видов исследований, сроков, испол­ нителей, выделяемых судов и денежных средств.

Технический проект представляет собой развернутое организационно-техническое решение поставленной го­ довым планом задачи. Этот документ устанавливает наиболее рациональные способы работ, позволяющие при минимальных затратах сил и средств качественно выполнить задание. В техническом проекте делается подробное обоснование способов исследований, органи­ зации и последовательности выполнения работ, к нему

36

прилагаются схемы планируемых исследований и орга­ низации экспедиции.

с наставлениями и инструкциями основными руководя­ щими документами для командиров экспедиционных подразделений (отрядов и партий) при выполнении кон­ кретных видов исследований. В техническом задании должна быть четко сформулирована цель планируемых работ, установлены районы и виды работ, их объем, указаны выделяемые силы и средства, личный состав, организация исследований, их последовательность и сроки, программа работ, технические условия их выпол­

нения, сформулированы задачи по исследованию новых методов.

На подготовительном этапе технический проект и технические задания изучаются всеми руководителями экспедиционных подразделений. Личный состав рас­ пределяется по партиям и группам, исходя из на­ правленности исследований. Выверяются и ремонтиру­ ются приборы, инструменты и вспомогательное оборудо­ вание, подбирается бланковый материал и техническая литература. Судно оборудуется для выполнения данно­ го задания, личный состав экспедиции расписывается по каютам и лабораториям. Осуществляется тренировоч­ ный выход в море для отработки организации и связи, испытаний приборов и оборудования.

С завершением подготовительного этапа экспедици­ онное океанографическое судно осуществляет переход в район предстоящих работ, выполняя попутные гидро­ метеорологические исследования.

Экспедиционный состав и экипаж судна объединя­ ются в единый коллектив под общим руководством ко­ мандира отряда. В течение похода судовой распорядок не должен нарушаться ни во время переходов судна, ни во время работ на станциях. Если программа содер­ жит помимо гидрометеорологических исследований дру­ гие виды работ, например, по промеру, геологии моря, геофизике и др., то отряд усиливается соответствующи­ ми партиями или группами.

Для обеспечения гидрометеорологических исследова­ ний по стандартной программе личный состав в общем

37

случае может быть распределен по партиям и группам таким образом:

а) 1-я гидрологическая партия (измерение темпера­ туры, отбор проб для последующих гидрохимических анализов, гидрооптические и другие наблюдения);

б) 2-я гидрологическая партия (наблюдения за вол­ нением и течением);

в) метеоаэрологическая партия (производство ме­ теорологических, аэрологических и актинометрических наблюдений);

г) гидрохимическая группа (определение солености, плотности, содержания растворенного кислорода, водо­ родных ионов и других гидрохимических характери­ стик) ;

д) группа камеральной обработки (при наличии ре­ зерва личного состава).

При работах на разрезах и океанографических стан­ циях длительностью более суток личный состав распре­ деляется по вахтам. При кратковременных походах, когда количество личного состава ограничено, вахты не назначаются. Длительность вахт зависит от наличия лю­ дей. Обычно практикуются 8-, 6- или 4-часовые вахты (последние совпадают с судовыми вахтами). Каждой вахтой руководит начальник вахты, ее состав зависит от программы работ, квалификации наблюдателей и дли­ тельности рейса.

Производство наблюдений на океанографической станции и их обработка. Работы на станции ведутся ,в строго установленном порядке, который зависит от про­ граммы, состава вахты, количества приборов, типа гид­ рологических лебедок и якорного устройства.

За 10—15 мин до прихода в запланированную точку экспедиционный состав по судовой трансляции опове­ щается о начале работ. Наблюдатели 1-й гидрологиче­ ской партии расчехляют гидрологические лебедки, выва­ ливают откидную площадку, выводят за борт концевой груз, осматривают батометры. Как только судно пога­ сит инерцию (если работы выполняются в дрейфе) или станет на якорь, эхолотом измеряется глубина и опре­ деляется место судна. После сообщения с мостика о глубине места и получения команды, разрешающей на­ чать работу, определяют, исходя из глубины места, пре­

3 8

дельную глубину (горизонт) наблюдений. Затем подве­ шивают и опускают за борт все батометры данной се­ рии наблюдений, начиная с нижнего, с таким расчетом, чтобы каждый прибор оказался на стандартном гори­ зонте. Производятся работы с гидрооптическими прибо­ рами по определению цвета, прозрачности и других оптических характеристик морской воды. В это лее вре­ мя с других лебедок личный состав 2-й гидрологической партии опускает приборы для измерения элементов те­ чения и волнения. Параллельно выполняются метеоро­ логические, аэрологические и актинометрические наблю­ дения. Выдержав батометры на заданных горизонтах в течение времени, необходимого для регистрации термо­ метрами температуры окружающей воды, фиксируют отсчеты термометров и закрывают батометры. Серию выбирают на борт, батометры снимают с троса и уста­ навливают в особые стойки. Отсчитывают и записывают измеренные температуры в журнал наблюдений, отби­ рают пробы воды из батометров в склянки для после­

дующих анализов в судовой гидрохимической лабора­ тории.

Сопутствующие грунтовые работы производятся, как правило, до начала или после окончания гидрологиче­ ских наблюдений. Если программой исследований пре­ дусматриваются гидробиологические наблюдения, то сбор планктона выполняется параллельно с гидрологи­ ческими работами, сбор бентоса — после окончания всех работ. Прочие забортные работы должны выполняться таким образом, чтобы избежать перепутывания гидро­ логических тросов с приборами за бортом.

За 10—15 мин до окончания работ на станции на­

чальник вахты докладывает об этом вахтенному офи­ церу.

С подъемом всех приборов повторно измеряют глу­ бину и определяют место судна, после чего дают ход и ложатся на курс к следующей станции [2].

Современные океанографические приборы по своей точности отвечают самым высоким требованиям, кото­ рые могут быть предъявлены к измерению физико-хими­ ческих характеристик вод океана на больших глубинах. Однако какой бы высокой ни была точность приборов, результаты наблюдений, выполненных с их помощью, обесцениваются, если они не будут с достаточной точно-

39