Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

Государственный океанографический институт им. Н.Н.ЗУБОВА

Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях

Издание третье, переработанное и дополненное

г. Москва, 2016 г.

Оглавление

Предисловие к третьему изданию.............................................................................. 9

Предисловие ко второму изданию.............................................................................. 11

Предисловие к первому изданию............................................................................... 12

Введение............................................................................................................. 13

Часть I. ОРГАНИЗАЦИЯ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ

Г.idea 1. Общие сведения об океанографических работах в океанах и морях..................... 15

1.1.    Задачи и средства океанографических работ............................................................ 15

1.2.    Научно-исследовательские суда........................................................................... 15

1.3.    Океанографические буи...................................................................................... 17

1.4.    Сеть буев-профилемеров АРГО............................................................................ 20

1.5.    Наблюдения с попутных судов............................................................................. 22

1.6.    Виды океанографических наблюдений и работ......................................................... 23

1.7.    Требования к техническому оснащению и проведению океанографических

наблюдений и работ................................................................................................ 26

1.8.    Единицы величин, применяемые в практике океанографических измерений.................... 30

1.9.    Особенности гидрологических, гидрохимических и гидробиологических

работ в открытом море............................................................................................. 33

1.10.    Расположение стандартных и вековых океанографических разрезов............................. 33

1.11.    Состав работ и наблюдений на океанографических разрезах....................................... 35

1.12.    Выполнение работ на океанографических съемках................................................... 36

1.13.    Специализированные океанографические наблюдения.............................................. 36

1.14.    Наблюдения на многочасовых станциях................................................................ 36

1.15.    Океанографические наблюдения на полигонах........................................................ 37

1.16.    Основные требования к техническому оснащению океанографических

наблюдений......................................................................................................... 40

1.17.    Состав стандартного океанографического оборудования и приборов........................... 41

1.18.    Требования к расположению океанографических приборов на НИС............................. 41

1.19. Размещение океанографического оборудования на судне.......................................... 41

1.20.    Общие требования к техническим средствам для проведения

океанографических наблюдений и работ...................................................................... 42

1.21.    Выполнение наблюдений при отсутствии на судне автоматизированного

измерительного комплекса....................................................................................... 43

1.22.    Специальные требования по организации и проведению океанографических

работ группами судов.............................................................................................. 43

1.23.    Метрологическое обеспечение океанографических наблюдений на судах...................... 43

1.24.    Системы судовой навигации.............................................................................. 44

Г.шва 2. Состав наблюдении и работ. Стандартные гори шиты.................................. 52

2.1.    Наблюдения на глубоководных океанографических станциях....................................... 52

2.2.    Судовые гидрометеорологические наблюдения......................................................... 53

2.3.    Стандартные горизонты наблюдений..................................................................... 54

2.4.    Коды для оперативных передач океанографических данных........................................ 55

Глава 3. Участие в глобальных системах океанографических

наб. подсини и работ............................................................................................... 55

3.1. Участие в глобальной системе наблюдений, сбора, анализа и

распространения информации (ВМО-МОК).................................................................. 55

2

Предисловие ко второму шлянию

В Руководстве излагаются вопросы организации экспедиционных работ в открытом океане и методы наблюдений на поверхности и в толще воды за температурой, соленостью, прозрачностью и цветом морской волы, морскими течениями, волнами, подводной освещенностью, выполняемые с экспедиционных судов и самолетов. Описываются необходимые для наблюдений приборы, аппаратура, вспомогательное оборудование и другие устройства, применяемые современными океанографическими судами, в частности описываются постановки автономных буйковых станций. Излагаются также методы первичной обработки наблюдений, в том числе с использованием ЭВМ и даются стандартные формы отчетной документации.

Второе издание существенно отличается от первого большей полнотой и современным уровнем применяемых технических средств. Руководство предназначено для широкого круга спецналнстов-оксанографов, планирующих, контролирующих, участвующих и выполняющих экспедиционные работы на морях и океанах Оно может быть также использовано в вузах и техникумах в качестве учебного пособия по практической океанографии

Второе издание Руководства, сохраняя преемственность, все же существенно отличается от первого большей полнотой и новизной излагаемых вопросов

В него вошли новые разделы, относящиеся к описанию методов определения радиоактивности воздуха, воды и донных отложений, турбулентного взаимодействия воздуха и воды, методов автоматизированной обработки океанографической информации с использованием ЭВМ; приводится подробная схема составления научно-технического отчета об экспедиции т.н. рейсового донесения, даются представления об авиационных методах наблюдений за течениями, волнением и температурой поверхности моря В Руководстве описываются новые приборы и автоматические станции, в частности; батометры большого и малого объема, батитермограф разового действия, термогалинозонд-батометр. новые волнографы, автоматические станции «Скат», ГМ-33 и др.

Руководство составлено в Государственном океанографическом институте под руководством и редакцией кандидата технических наук Г.С. Иванова

В его составлении приняли участие; Государственный океанографический институт -А.Н.Овсянников (гл.15,17,18), Н Т Филатов (гл.8 и 11), И Ф Кириллов и Ю.С. Токуев (гл. 12), Б А. Максимов (разделы 13.3-13.7), В.В Виноградов (разделы 10.1-10.3, 13.9, 13.10, гл.19), И В. Киреев (13.8), Г.С. Иванов, Л.А. Зайцев (гл.1,2), Г.С. Иванов (13.1,13.2); Л.Н Добровольская (гл.26); Дальневосточный гидрометеорологический институт ГУГМС - В П. Тунеголовец, В В Покудов. Л К. Конопкнн и К О Вяльяотс (гл.3,4,5,6,7); Морской гидрофизический ннсгппут АН УССР -Г.ГНеуймин и В И. Маньковский (гл. 14), А Е. Ерошко, В С. Назаров (гл.21), В И Забурдаев (гл.22), В В.Ефимов и А.А.Сизов (гл.23); Институт экспериментальной метеорологии ГУГМС -С М Вакуловский, Е Н.Давыдов, В Б. Чумнчев и Ю.В. Краснопевцев (гл.24); Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных -ДМ. Филиппов (гл.25, п.3.9), Ю.И.Беляев (3.8); Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт ГУГМС - Г А. Баскаков, Н.Ф Кудрявцев, О Н. Красиков (20.4, 20.7, 20.8), Ю К Алексеев (11.3,15.2,15.3), М.В. Извеков (гл.9); Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн - В В Новыш (гл. 16); Институт океанологии АН СССР - КТ. Богданов и В.А Ширей, а также В.А. Головастое (ДВ НИГМИ), (гл.20.1-20.3, 20.5, 20.6,20.9,20.10).

II

Предисловие к* первому шлянию

В Руководстве излагаются вопросы организации экспедиционных работ в открытом океане и методы наблюдений на поверхности и в толще воды за температурой, соленостью, прозрачностью и цветом морской воды, за морскими течениями, волнами и подводной освещенностью, выполняемых с экспедиционных судов. Описываются необходимые для наблюдений приборы, аппаратура, вспомогательное оборудование и другие устройства, применяемые современными океанографическими судами; в частности, описываются постановки автоматических буйковых станций. В Руководстве излагаются также методы первичной обработки наблюдений и даются стандартные формы отчетной документации.

Описанные методы наблюдений и обработки следует рассматривать как рекомендуемые для применения всем организациям СССР, ведущим экспедиционные океанографические исследования. В настоящем Руководстве отражена преемственность по отношению к изданному более 12 лет назад «Руководству по производству работ на стандартных гидрологических разрезах и морских гидрологических съемках» (1954г.), однако оно существенно отличается от последнего большей полнотой и современным уровнем применяемых технических средств

Наблюдения над уровнем открытого моря, ледовыми явлениями, акустическими, электрическими и гидрохимическими характеристиками океанических и морских вод в Руководстве не рассматриваются. При выполнении этих наблюдений следует руководствоваться специальными пособиями

В составлении Руководства принимали участие океанографические научные учреждения Главного управления Гндрометслужбы СССР, Академии наук СССР, Академии наук УССР, Министерства высшего и среднего специального образования СССР.

При окончательном редактировании Руководства были учтены замечания и предложения, внесенные многими научно-исследовательскими институтами (ААНИИ. ДВНИГМИ. ИО АН СССР, МГИ АН УССР), обсерваториями (Мурманской, Черного и Азовского морей), высшими учебными заведениями (ЛГМИ, ЛГУ, МГУ), Гидрографическим управлением Министерства обороны и другими.

Руководство составлено в Государственном океанографическом институте Л.С. Боришанским Отдельные параграфы составили: Я.Г. Виленский (ГОИН) - §53, 75 и 92; В.В. Новыш (ИЗМИРАН) и А.Г. Понсов §54; А Г Понсов (ГОИН) - §55, 56 и 98; В В Дремлюг (ЛВИМУ) - §57, 59 и 99; Б.Л.Лагутин (ГОИН), НФ Кудрявцев (ААНИИ) и В А. Ширей (ИОАН) - §67-72; Г Г Неуймин (МГИ АН УССР) - §77, 79 и 104 Редактор Руководства И М.Соскин.

12

ВВЕДЕНИЕ

Одной из первоочередных задач современной науки является проблема изучения и освоения Мирового океана, который при средней глубине около 4000 м занимает 70,8 % поверхности земного шара. Мировой океан обладает колоссальными энергетическими, пищевыми и минеральными ресурсами, и поэтому человечество должно направить свои усилия на их освоение Человек использует ресурсы океана с древнейших времен, но только в настоящее время исследования в этой области получают поистине глобальный характер. Проблема исследования и освоения океана обусловливает развитие современной океанологии — совокупности научных дисциплин, изучающих различные аспекты природы Мирового океана: физические, химические, биологические, геологические.

Материалы океанологических исследований используются в самых различных областях человеческой деятельности, таких, как обеспечение безопасности мореплавания; создание простой надежной рабочей модели гидрологических и метеорологических прогнозов, организация и проведение рыболовства и рыбоводства, т е. поиск и прогнозирование бнопродуктивных районов; проектирование и строительство различных прибрежных сооружений; добыча разнообразного сырья из вод океана и полезных ископаемых с его дна; исследование и прогнозирование экологической обстановки, а также в интересах собственно науки, изучающей мир океана

В результате исследований Мирового океана в последние годы была открыта сложная и тонкая динамика этого огромного естественного водоема, установлено определяющее влияние океана на климат нашей планеты. Открытие сложной системы течений, вихревых образований, тонкой термохалинной структуры знач1ггсльно усложнило задачу разработки общей теоретической модели динамики океана, поскольку для создания такой модели и особенно ее практической проверки требуется огромный экспериментальный материал о пространственно-временной изменчивости гидрофизических параметров.

Океанологические измерения, ведущиеся в динамически неустойчивой стратифицированной среде, физико-химические параметры которой изменяются как во времени, так и в пространстве, выдвигают жесткие требования к организации, методике и технике производства наблюдений Пренебрежение может привести к ошибочной интерпретации результатов измерений. На основе существующих представлений об особенностях изменчивости океанологических условий решается обширный круг задач, касающихся определения продолжительности и пространственно-временной дискретности измерений, их репрезентативности, выбора аппаратуры с оптимальной постоянной времени и чувствительностью, определения скорости перемещения измер1гтельной аппаратуры в исследуемой среде.

Для того чтобы составить правильное представление об океане и заложить основу системы оперативных наблюдений, проводятся разнообразные исследования. И хотя к настоящему времени в изучении океана достигнуты определенные успехи, следует все же заметить, что наши знания об океане еще очень недостаточны.

Океан — необыкновенно сложная система и для понимания его поведения необходимы колоссальные усилия и немалое время. Поэтому решение всех океанологических проблем возможно лишь усилиями всех стран, занимающихся исследованиями океана, путем накопления данных и последующего их анализа и обмена информацией

Для получения более качественной и полной информации о природе процессов, протекающих в Мировом океане, особенно в глобальном масштабе, осуществляются крупные международные проекты Но. как правило, все они рассчитаны максимум на 10—15 лет Масштабы же временной изменчивости многих процессов в океане выходят за рамки этих сроков Поэтому на повестку дня встает вопрос о создании автоматической измерительной системы для проведения систематических долгосрочных наблюдений в глобальном масштабе.

Подобная система должна будет проводить комплексные измерения в приводном слое, а также гидрологических, гидрохимических параметров и биологических процессов во всей толще океана. Система, по возможности, должна использовать максимально автоматизированные методы измерений Основные координационные элементы должны включать в себя численные

оперативные модели, управление данными и информацией, международную координацию и надзор. И конечно же, система должна быть эволюционной, т. е. видоизменяться по мерс увеличения наших знаний об океане и появления технических разработок, указывающих новые пути к достижению целей.

Гигантские пространства океанов и морей служат источником громадных богатств -энергоносителей, минеральных ресурсов, разнообразной флоры и фауны, рекреационного и транспортно-коммуннкационного потенциала. Океаны служат в качестве источника и резерва устойчивого развития

Для управления морской средой и морской деятельностью наряду с фундаментальными знаниями о закономерностях функционирования и динамики экосистем океанов и морей на глобальном и региональном уровнях необходимы адекватные поставленным задачам современные системы океанографических наблюдений

Настоящее Руководство как методический документ устанавливает основные современные принципы организации океанографических работ, проводимых на научно-исследовательских судах, автономных буйковых станциях, подводных обсерваториях, космических аппаратах в морях и океанах или над ними с целью получения информации о состоянии морских и океанических объектов и протекающих в них процессах, а также методические принципы выполнения основных видов измерений (наблюдений) океанографических параметров и их обработки и представления для практического использования. Традиционные судовые океанографические работы проводятся на отдельных океанографических станциях, на последовательных рядах станций - океанографических разрезах и в виде океанографических съемок, выполняемых на станциях и разрезах одним судном или группой судов с целью получения информации о пространственном распределении океанографических величин в определенный период времени в исследуемом районе моря или океана

Исследованиями Мирового океана в России занимаются многие ведомства: Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) со своими научными учреждениями, такими как Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ДАНИИ, Санкт-Петербург), Государственный океанографический институт (ГОИН. Москва) с отделениями в Санкт-Петербурге и в Севастополе, Дальневосточный региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институт (ДВНИГМИ, Владивосток) с разветвленной сетью прибрежных и островных гидрометеостанций. Российская академия наук, ведущей организацией которой в этой области является Институт океанологии (Москва), имеющий отделения в Санкт-Петербурге, Калининграде, Геленджике, Архангельске и к которой относятся Тихоокеанский океанологический институт. Акустический институт и др; Министерство обороны с Управлением навигации и океанографии (УНиО), которое имеет свои научные институты и территориальные экспедиции.

Ведущей организацией в рыбной промышленности является Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) в Москве; к территориальным относятся: Полярный институт рыбного хозяйства и океанографии (Г1ИНРО) в Мурманске и его отделением в Архангельске (СевПИНРО). Атлантический институт рыбного хозяйства и океанографии (АтлантНИРО) в Калининграде, Тихоокеанский институт рыбного хозяйства и океанографии (ТИНРО) во Владивостоке, а также бассейновые управления промысловой разведки. Исследованиями океана занимаются и некоторые другие ведомства, в частности. Министерство природных ресурсов и экологии РФ (МПР).

Руководство определяет положения по организации и проведению основных видов современных океанографических работ, по обработке и архивации результатов наблюдений для создания информации и информационной продукции о состоянии морской природной среды и ее загрязнении.

14

Часть I. ОРГАНИЗАЦИЯ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ

Глава 1. Общие сведения об океанографических работах в океанах н морях

1.1 Задачи и средства океанографических работ

Комплекс наблюдении, измерении и обработки, проводимый в океанах и морях с целью получения информации об их состоянии и протекающих в них процессах, носггг общее название «океанографические работы». Гидрологические, гидрохимические и гидробиологические работы в океанах выполняются для получения в режиме реального или задержанного времени необходимой информации о текущем состоянии морской или океанической среды и обеспечения прогнозирования их будущего состояния, а также проведения научных исследований. Эти работы должны проводиться с максимальным использованием современных стандартизированных приборов и методов, обеспечивающих сравнимость полученных результатов. Наблюденные данные должны быть представлены в электронном виде в установленных форматах, переданы в оперативные органы и заинтересованные организации в соответствии с действующими руководящими документами. По окончании океанографических экспедиционных работ должны составляться научно-технические отчеты о выполненных работах с оценками их результатов и оформленными базами данных

Океанографические работы и измерения направлены на определение и оценку состояния водной среды и протекающих физических, химических и биологических процессов на поверхности и в толще вод океанов и морей Океанографические работы позволяют получать необходимую информацию о пространственном распределении параметров, характеризующих состояние морской среды, морских биоценозов и загрязнения морских вод.

/. 2 Научпо-исс. ledoaume. iнекие суда

Научно-исследовательские суда (НИС) остаются основным средством исследования морей и океанов Основной функцией НИС является сбор и первичная обработка информации о Мировом океане, атмосфере над ним, строении дна, морской флоре и фауне.

НИС подразделяются на универсальные и специализированные. Для исследования внутренних морей и шельфовой части океана используются специализированные суда небольшого водоизмещения, выполняющие региональные задачи. Универсальные океанические НИС предназначены для длительных исследований океана по специализированным или комплексным программам Они должны удовлетворять повышенным требованиям к мореходности, точности навигации, универсальности, маневренности, устойчивости хода по курсу, низкого уровня шума и вибраций Как правило, эти суда проводят исследования по различным программам без существенного переоборудования их между рейсами, поэтому на них существуют оснащенные аппаратурой лаборатории по всем разделам океанологии. Современные НИС оборудованы подруливающими устройствами и успокоителями качки Подруливающие устройства позволяют удерживать судно носом на волну, компенсировать дрейф судна, могут длительное время удерживаться в заданной точке океана (океанографической станции), противостоя ветровому дрейфу и морскому течению. На современных судах устанавливаются спутниковые и радионавигационные системы навигации.

В настоящее время традиционная роль НИС в исследованиях морей и океанов существенно изменилась в связи с появлением принципиально новых средств и методов исследования океана, а также накоплением новых знаний, значгггельно изменивших представления о природе океанографических процессов, механизмов и явлений. Внедрение в практику экспериментальных океанологических исследований новых систем сбора информации и создание автономных океанографических систем наблюдения в морях и океанах позволяет сократить объем рутинных измерений в рейсах НИС. Однако, значительное количество гидробиологических,

15

гидрохимических и геофизических наблюдении требуют проведения лабораторных анализов, поэтому НИС в течение определенного времени останутся одним из элементов в системе сбора экспериментальных данных и основным средством проведения специализированных и междисциплинарных экспериментальных гидробиологических, гидрохимических и геофизических исследовании. Экспедиционные исследования с использованием НИС остаются эффективным средством контроля качества работающих автономных океанографических систем и являются основным инструментом для проведения комплексных исследований акватории океанов, морей и атмосферы над ними, мониторинга состояния и загрязнения морской среды, а также целевых экспериментов на фоне данных автономных систем с целью исследования процессов, охватывающих различные частотные диапазоны изменчивости параметров гидрофизических полей в морях.

Специфика океанографических работ предъявляет к экспедиционным судам определенные требования НИС должны обладать хорошей мореходностью и выполнять во время рейса океанографические работы как во время передвижения судна на малом ходу, так и в дрейфе и при постановке на якорь при волнении до 6 баллов

Научно-исследовательские суда, в зависимости от конкретного назначения судна, оборудуются высокопроизводительным движнтельно-рулевым комплексом с подруливающими устройствами, устройствами успокоения качки, механизации забортных работ (специальными лебедками и спуско-подъемными устройствами), механизмами для буксировки аппаратуры и обслуживания глубоководных аппаратов, слиповыми устройствами для буйковых постановок Эти суда плавно изменяют скорость хода от нулевой до максимальной, разворачиваются при минимальном радиусе циркуляции, перемещаются бортом вперед при забортных работах, дрейфуют без сноса ветром или течением. Все суда имеют определенное число удобно расположенных лабораторий, снабженных энергопитанием, и в которых может быть размещена необходимая аппаратура, вестись первичная обработка результатов наблюдений, подготовка и ремонт приборов и оборудования НИС должны быть оборудованы совершенными навигационными комплексами и бортовыми вычислительными системами

В зависимости от поставленных задач и района работ могут использоваться крупные суда для комплексного исследования океана, среднетоннажные суда для тематических исследований океана, малые суда для континентального шельфа, малые суда для исследований мелководья и суда-катамараны.

Крупные НИС имеют водоизмещение 4600-6900 и более т., скорость хода 13-18 узлов, дальность плавания 8-17 тыс миль, автономность 40-100 суток. Судовая команда на этих судах состоит из 30-85 чел., а численность научного и экспедиционного состава колеблется от 15 до 80 чел.

Среднетоннажные НИС имеют водоизмещение 900-2000 т, скорость хода 12-15 узлов, дальность плавания 8-12 тыс. миль, автономность - 20-30 суток. Судовая команда на них состоит из 25-40 чел , а научный состав из 10-20 чел.

Малые суда для континентального шельфа имеют водоизмещение 250-550 т, скорость хода IQ-13 узлов, дальность плавания 4-8 тыс. миль, автономность 20-30 суток. Судовая команда состоит из 15-27, а научный состав из 4-12 человек.

Малые суда для исследования мелководий имеют водоизмещение 70-200 т, скорость хода 8-11,5 узлов, дальность плавания от 300 до 3000 миль, автономность 3-20 суток, судовую команду в составе 2-20, экспедиционный состав 2-10 чел

Суда-катамараны имеют водоизмещение от I до 4400 т, скорость 6,5-20 узлов, дальность плавания 200-10000 миль, автономность 1-50 суток, команду 2-90 чел., научный состав 2-40 чел. Катамараны вследствие большой стоимости строительства, несмотря на ряд достоинств, широкого распространения не получили, за исключением малых судов длиной менее 25 м

По архитектуре надстроек экспедиционные суда подразделяются на несколько типов:

1) суда с баком и кормовой удлиненной надстройкой и суда с носовой и средней надстройками Они имеют довольно небольшую площадь открытой части палубы, поэтому часть аппаратуры приход»гтся опускать в воду с палуб надстроек, что увеличивает опасность удара приборов о борт судна при качке;

16

3.2.    Международный опыт участия в Глобальной системе наблюдений в океане

(GOOS)............................................................................................................... 58

3.3.    Наблюдательные системы, методы и средства измерений (ГСНО-GOOS)...................... 59

3 .4. Единая система информации о состоянии Мирового океана (ЕСИМО).......................... 60

3.5.    Система заякоренных буев TAO-TRITON............................................................... 61

3.6.    Глобальная программа измерений температуры и солености (GTSSP)............................ 62

3.7.    Пространственно-временное разрешение измерений.................................................. 63

3.8.    Дистанционные (спутниковые) измерения. Альтиметрия    64

3.9 Пространственно-временное разрешение спутниковых измерений................................ 64

Г. шеи 4. Подготовки к экспедиционному рейсу.

Цитирование, оргии и ищи я работ в рейсе................................................................. 68

4.1.    Подготовка к экспедиционному рейсу.................................................................... 68

4.2.    Составление программы и плана рейса................................................................... 69

4.3.    Обеспечение рейса оборудованием, приборами и расходными материалами.................... 70

4.4    Подготовка оборудования и приборов к наблюдениям................................................ 70

4.5    Пробный (испытательный) выход в море................................................................ 71

4.6.    Личный состав и организация работ....................................................................... 72

4.7.    Порядок наблюдений на океанографических станциях................................................ 72

4.8 Отчетная документация....................................................................................... 74

Глава 5. Методические рекомендации по оформлении/ данных

морских научи ых исследовании................................................................................. 74

5.1    Подготовка информации о выполнении морских научных исследований

Предварительный отчет........................................................................................... 75

5.1.1.    Описание морских научных исследований по форме ФОДЭН.................................... 75

5.1.2.    Удаленный ввод сведений о выполненных морских научных исследованиях................ 75

5.2.    Рекомендации по подготовке отчета о морских научных исследованиях и

данных наблюдений................................................................................................ 76

5.2.1.    Порядок подготовки научно-технического отчета................................................... 76

5.2.1.1. Отчет научного руководителя.......................................................................... 76

5.2.1.2.    Отчеты по отдельным видам исследований......................................................... 77

5.2.1.3.    Форма и регламент представления научно-технического отчета............................... 78

5.2.2.    Порядок подготовки данных наблюдений............................................................. 79

5.2.3.    Правила оформления файла описания данных........................................................ 79

5.2.3.1    Содержание раздела «Общие характеристики»..................................................... 80

5.2.3.2.    Содержание раздела «Дополнительные сведения»................................................ 81

5.2.3.3.    Содержание раздела «Структура файла данных»................................................... 81

5.2.4. Правила оформления структурированных данных................................................... 82

5.2.4.1.    Табличная структура данных........................................................................... 82

5.2.4.2.    Правила оформления рубрики «Данные»............................................................ 82

5.2.4.3.    Правила оформления файлов данных................................................................. 83

5.2.4.4.    Правила оформления файла координат и времени наблюдений................................ 84

5.2.4.5.    Правила именования файлов данных................................................................. 86

5.3.    Список использованных источников...................................................................... 87

5.4.    Приложение А.................................................................................................. 88

Форма описания данных экспедиционных наблюдений (ФОДЭН)...................................... 88

5.5.    Приложение Б................................................................................................... 98

Образец оформления титульного листа Научно-технического отчета

о морских научных исследованиях.............................................................................. 98

5.6.    Приложение В.................................................................................................. 100

Примеры описания данных морских научных исследований в формате обмена..................... 100

3

В. 1. Пример описания данных морских метеорологических наблюдений.............................. 100

В 1.1. Файл метаданных E8I201 Ak.Fedorov 26M06met.txt............................................... 100

В 1.2 Фрагмент файла данных морских метеорологических наблюдений Е81201

Ak.Fedorov 26М06. Csv............................................................................................. Ю1

В.2. Пример описания океанографических данных вертикального зондирования................... 102

В.2.1. Файл метаданных Е81201 Ak.Fedorov 26Н10 mct.txt................................................ Ю2

В.2.2. Фрагмент файла океанографических данных Е81201

Ak.Fedorov 26HI0 POS.csv (признаки станций зондирования)............................................ ЮЗ

В.2.3. Фрагмент файла океанографических данных Е81201

Ak.Fedorov 26Н10 DO I. csv (данные вертикального зондирования)...................................... ЮЗ

В.З Пример описания биологических данных................................................................ Ю4

В.3.1. Содержание файла метаданных E8120I Ak.Fedorov 26 В25 met.txt.............................. Ю4

В.3.2. Фрагмент файла биологических данных Е81201 Ak.Fedorov 26Н10 В25 D.csv............... Ю7

В.4 Пример описания геологических данных................................................................. Ю7

В.4.1. Содержание файла метаданных Е81201 Ak.Fedorov 26G04 met.txt.............................. Ю7

В.4.2. Фрагмент содержания файла данных    E8I202 Ak.Fedorov 26G04 POS.csv...................... Ю9

В.4.3. Фрагмент содержания файла данных    Е81202 Ak.Fedorov 26G04DSC.csv...................... Ю9

В.4.4. Фрагмент содержания файла данных    Е81202 Ak.Fedorov 26G04SMP.csv...................... Ю9

Часть II. ЛАБОРАТОРИИ, СТАЦИОНАРНОЕ И СПЕЦИАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ В ОКЕАНАХ И МОРЯХ    ПО

Глава 6. Лаборатории, рабочие помещения, лебедки, крапы и

другие технические средства проведения жспедиционных работ............................... ПО

6.1.    Универсальная и «мокрые» лаборатории................................................................ ПО

6.2.    Термостабнлизированная «чистая» лаборатория....................................................... П4

6.3.    Термостабнлизированная «охлажденная» лаборатория............................................... 114

6.4 Проточная лаборатория....................................................................................... И4

6.5.    Другие лаборатории и вспомогательные помещения. Лаборатории для

комплексных исследований....................................................................................... 115

6.6.    Кабель-тросовые лебедки для научного оборудования................................................ 119

6.7.    Грузовые порталы, кран-балки и краны.................................................................. 122

6.8.    Научное оборудование и устройства современных научно-исследовательских

судов (НИС).......................................................................................................... 124

6.8.1.    Стационарные эхолоты.................................................................................... 124

6.8.2.    Гидролокаторы и профилографы........................................................................ 130

6.8.3.    Стационарные подводные аппараты..................................................................... 136

6.8.4.    Целевые подводные аппараты и оборудование для водолазных работ........................... 142

6.8.5.    Стационарное геологическое оборудование........................................................... 149

6.8.6.    Временно устанавливаемое (целевое) геологическое оборудование............................. 150

6.8.7.    Стационарное метеорологическое оборудование..................................................... 152

6.8.8.    Гидрохимическое стационарное оборудование....................................................... 165

6.8.9.    Гидрофизическое оборудование.......................................................................... 168

6.8.10.    Гндробиологическое стационарное оборудование.................................................. 168

6.8.11.    Г ндробиологическое целевое оборудование......................................................... 171

6.9. Глубоководные океанографические лебедки и устройства для вывода троса за борт..........    174

6.9.1.    Устройство и особенности эксплуатации лебедки ЛЭРОК......................................... 174

6.9.2.    Установка и размещение лебедок на палубе, уход за ними........................................ 176

6.9.3.    Устройства для вывода троса за борт................................................................... 177

6.9.4.    Тросы и другое вспомогательное оборудование...................................................... 179

6.9.5.    Растительные тросы......................................................................................... 184

4

6.9.6.    Синтетические тросы....................................................................................... 185

6.9.7.    Кабель-тросы................................................................................................. 186

6.9.8.    Такелаж........................................................................................................ 187

6.9.9.    Размыкатели груза.......................................................................................... 188

6.9.10.    Механические блок-счетчики........................................................................... 190

6.9.11.    Общие замечания по конструктивным особенностям используемого

оборудования и приборов......................................................................................... 192

Часть III. ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

В ОКЕАНАХ И МОРЯХ.......................................................................... 193

Г.шва 7. В {ятис проб воды с ра ших г. 1убин................................................................. 193

7.1.    Назначение проб воды и их необходимые объемы..................................................... 193

7.2.    Батометры Нискина и системы «Розетта»................................................................ 193

7.3.    Батометр морской модернизированный.................................................................. 199

7.4.    Морской батометр ДАНИИ................................................................................. 203

7.5.    Батометры большого объема................................................................................ 206

7.6.    Проверка батометров и уход за ними..................................................................... 209

7.7.    Хранение проб воды.......................................................................................... 210

Г.шва 8. Порядок наблюдений и отбора проб поверхностного ми крое, шя

донных осадков и гидробионтов с борта судна............................................................ 211

8.1.    Специальные термины....................................................................................... 211

8.2.    Приборы, оборудование и материалы..................................................................... 211

8.2.1.    Специальное оборудование и устройства для отбора проб

поверхностного микрослоя....................................................................................... 212

8.2.2.    Специальное оборудование и устройства для отбора проб и аэрозолей......................... 212

8.3.    Подготовка оборудования к работе........................................................................ 212

8.4 Порядок выполнения работ на судне...................................................................... 214

8.5.    Отбор проб донных отложений с помощью дночерпателей.......................................... 215

8.6.    Отбор проб поверхностного микрослоя.................................................................. 217

8.7.    Дополнительные замечания по отбору проб............................................................. 219

8.8.    Хранение проб.................................................................................................. 220

8.9.    Транспортировка проб........................................................................................ 220

8.10.    Требования к оформлению результатов отбора проб................................................ 220

8.11.    Техника безопасности работ............................................................................... 220

Г.шва 9. Аппаратурный блок мониторинга состояния океана....................................... 221

9.1.    Концепция комплексных океанологических исследований.......................................... 224

9.2.    Судовые методы и технологии измерения гидрофизических характеристик океана............ 224

9.3 Приборы и методики их применения для измерения гидрофизических

характеристик морей и океанов................................................................................. 225

9.4.    Измерение гидрофизических характеристик морской воды с помощью

дистанционных гндрозондов и свободнодрейфующнх профилемеров Проект «Арго»............. 227

9.5.    Отрывные измерительные устройства одноразового действия...................................... 241

9.6.    Буксируемые измерительные устройства................................................................. 241

9.7.    Мареографы..................................................................................................... 243

9.8.    Акустические доплеровские профнлографы течения.................................................. 246

9.9.    Другие приборы................................................................................................ 255

Глава 10. Температура морской воды и ее измерение.................................................... 262

10.1.    Требования к составу, точности и пространственно-временной дискретности морских

гидрометеорологических измерений........................................................................... 262

10.2.    Понятия и определения..................................................................................... 263

10.3.    Методы измерения температуры воды.................................................................. 270

10.4.    Датчики температуры....................................................................................... 270

10.5.    Измерение температуры поверхности моря и поверхностного слоя.............................. 274

10.6 Непрерывная регистрация температуры и солености поверхностного слоя..................... 275

10.7.    Измерение температуры воды с помощью глубоководных

опрокидывающихся термометров............................................................................... 275

10.8.    Оценка результатов наблюдений и характеристики метода........................................ 278

10.9.    Техника безопасности работ............................................................................... 279

Глава II. Определение солености и электропроводноепш морской воды ....................... 279

11.1.    Аргентометрической метод определения хлорности и солености морской воды.............. 279

11.2. Реактивы для титрования на хлор........................................................................ 281

11.3.    Ход определения хлорности. Запись результатов и вычисление солености..................... 282

11.4 Электромагнитный метод определения солености................................................... 287

11.5.    Обработка наблюдений за соленостью, проведенных солемером ГМ-65........................ 288

11.6.    Расчет практической солености........................................................................... 288

Глава 12. Наблюдения за течениями......................................................................... 289

12.1.    Основные понятия и определения........................................................................ 290

12.2.    Оценка выборки наблюдений над течениями по режимно-климатическим

характеристикам факторов, определяющих течения данного района.................................... 290

12.3.    Методы наблюдений за течениями....................................................................... 291

12.4.    Наблюдения за течениями на платформах.............................................................. 297

12.5.    Измерители течений......................................................................................... 300

12.6.    Дополнительные сведения об измерителях скорости течения...................................... 315

Глава 13. Наблюдения за волнением.......................................................................... 318

13.1.    Основные понятия и определения........................................................................ 319

13.2.    Визуальные наблюдения за волнами..................................................................... 320

13.3.    Инструментальные наблюдения за волнением......................................................... 320

13.4    Волнограф-мареограф ГМУ-2............................................................................. 321

13.5.    Волнограф-мареограф АМВ-1............................................................................. 333

13.6.    Автономный регистратор волнения АРВ-К............................................................ 334

Глава N. Измерение оптических характеристик морской воды и

светового поля в море............................................................................................. 336

14.1.    Введение....................................................................................................... 336

14.2.    Визуальный метод определения относ1гтельной прозрачности и цвета

морской воды с помощью белого диска (ДБ) и шкалы цветности (ШЦВ).............................. 337

14.3.    Определение относительной прозрачности морской воды.......................................... 339

14.4    Измерение гндрооптнческих характеристике помощью

измерительных автоматизированных комплексов........................................................... 340

14.5.    Новые приборы и технологии в области морской оптики........................................... 343

14.6.    Плавающий спектрометр для измерения спектральной яркости

6

восходящего излучения под поверхностью моря и поверхностной

спектральной облученности.................................................................................... 343

14.7. Измеритель вертикального распределения показателя

ослабления света (зонд-прозрачномер)........................................................................ 351

14.8 Спектрометр Сагу 100....................................................................................... 356

Г.шва 15. Судовые метеорологические станции........................................................... 358

15.1.    Перечень измеряемых параметров........................................................................ 358

15.2.    Перечень средств, применяемых на судах для регистрации метеорологических

характеристик........................................................................................................ 358

15.3.    Особенности судовых метеорологических наблюдении............................................. 360

15.4    Солнечная и лазерная спектрофотометрия атмосферы............................................... 362

Г.шеи 16. Система измерения гидрохимических параметров океанов и морей................... 387

16.1.    Общие замечания............................................................................................. 387

16.2.    Судовая гидрохимическая лаборатория, включающая систему приборов

для осуществления отбора проб морской воды и их гидрохимического анализа..................... 389

16.3.    Измеряемые гидрохимические параметры: их значение для экологии

океана и методы определения.................................................................................... 390

16.4    Судовая приборная база для проведения гидрохимических исследовании...................... 400

16.5.    Основные технические требования к гидрохимическому комплексу............................. 404

16.6.    Гидрохимические датчики................................................................................. 411

Глава 17. Океанографические наблюдения при помощи

автономных буйковых станций............................................................................... 431

17.1.    Введение....................................................................................................... 431

17.2.    Автономные станции с поверхностным буем.......................................................... 433

17.3.    Расчет нагрузок на элементы буйковых станций...................................................... 436

17.4.    Автономные буйковые станции для больших глубин................................................ 441

17.5.    Автономные буйковые станции для средних глубин................................................. 447

17.6.    Автономные буйковые станции с прнтопленным буем.............................................. 449

17.7.    Общие рекомендации по постановке буйковых станций............................................ 456

17.8    Техника безопасности при постановке и снятии автономных буйковых станций.............. 459

17.9.    Использование заякоренных и дрейфующих буйковых измерительных

комплексов для непрерывной регистрации параметров состояния морской среды в Арктике..... 459

17.9.1.    Заякоренные буйковые измерительные комплексы................................................ 459

17.9.2.    Дрейфующие буйковые измерительные комплексы............................................... 464

17.10.    Об опыте работы ААНИИ по установке притопленных буйковых станций................. 467

17.11.    Работы по установке дрейфующих буев.............................................................. 470

17.12.    Работы ААНИИ по установке дрейфующих профилографов.................................... 475

Глава 18. Спутниковые методы измерения параметров морей и океанов........................ 488

18.1.    Классификация спутниковых датчиков (сенсоров)................................................... 488

18.2.    Анализ возможностей использования данных спутниковых наблюдений для

мониторинга состояния океана и атмосферы.................................................................. 491

18.3.    Спутниковые измерения топографии поверхности, скорости и направления ветра........... 500

18.4.    Использование данных спутниковых радиолокаторов с синтезированной

апертурой (PCА).................................................................................................... 503

18.5.    Совместный анализ оптических и радиолокационных изображений.............................. 507

7

Г. шва 19. Система сопряжения судовой и спутниковой информации.............................. 510

19.1.    Комплекс аппаратуры для мониторинга состояния океана и атмосферы по данным

судовых и спутниковых наблюдении........................................................................ 510

19.2.    Конфигурации компьютеров.............................................................................. 514

19.3.    Программные средства...................................................................................... 515

19.4.    Аппаратура получения метеорологической спутниковой информации в судовых

условиях............................................................................................................ 516

19.5.    Методы проверки функционирования измерительных каналов аппаратуры ГМО-С.........    517

19.6.    Компоновка блока совместной обработки данных спутниковых и судовых наблюдений...    521

19.7.    Особенности приема спутниковой информации в морских условиях............................ 526

Глава 20. Лвтомапииация судовых измерений............................................................ 532

20.1.    Общие замечания............................................................................................. 532

20.2.    Создание судовой локальной сети........................................................................ 533

20.3.    Функции компьютеров, входящих в сеть............................................................... 534

20.4.    Связь между компьютером и измерительным устройством......................................... 535

20.5.    Комплекс работ по созданию судовой локальной сети.............................................. 536

8

Предисловие к третьему изданию

В Морской доктрине Российской Федерации, утвержденной Президентом Российской Федерации 27.07.2001г., (Пр-1387). определено: «Информационное обеспечение морской деятельности в первую очередь предусматривает поддержание и развитие глобальных информационных систем, обеспечивающих морскую деятельность России, в том числе систем навигационно-гидрографического, гидрометеорологического и других видов обеспечения. Единой системы информации об обстановке в Мировом океане, единой государственной системы освещения надводной и подводной обстановки, создаваемых на базе сил и средств Министерства обороны Российской Федерации, Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и других заинтересованных федеральных органов исполнительной власти Российской Федерации».

Со времени второго, переработанного и исправленного издания «Руководства по гидрологическим работам в океанах и морях» прошла треть века Для океанографии это время характеризовалось невиданным прогрессом - как в области технических средств измерений, так и в том, что касается организации и методики проведения натурных экспериментов по изучению гидросферы

Развитие новых технологий наблюдений за состоянием океана, включая создание принципиально новых зондов для измерения скорости, температуры и солености морской воды в широком диапазоне пространственно-временных масштабов, проведение долговременных буйковых постановок и, особенно, полигонных экспериментов, позволили ученым выйти на качественно новый уровень понимания процессов, определяющих состояние водной оболочки нашей планеты Была выстроена стройная классификация масштабов изменчивости океана и разработаны математические модели, описывающие эту изменчивость. Сочетание непосредственных наблюдений в океане и дистанционных методов спутникового зондирования позволило поставить задачу создания систем непрерывного контроля состояния океана по типу метеорологических систем диагноза и прогноза состояния атмосферы.

Бурное развитие оперативной океанографии позволило отслеживать погоду в океане в режиме реального времени, что уже в настоящее время делает реальным среднесрочный прогноз ее сезонной эволюции.

Новый этап разв1ггия фундаментальных и прикладных исследований океана делает актуальным издание нового Руководства, в котором были бы отражены изменения в методике работ в океанах и морях, обусловленные появлением новых измерительных средств и новыми подходами к организации натурных экспериментов.

Разумеется, было бы неправильным считать опыт, накопленный за прошедшие десятилетия полностью устаревшим, и потому в новое Руководство вошли многие не утратившие свою актуальность рекомендации из второго издания. Сохранена также структура прежнего Руководства и его направленность, в первую очередь, на нужды практического обеспечения морской деятельности.

Вместе с тем, новое Руководство практически полностью отражает те изменения, которые произошли в области океанографической техники и методики проведения наблюдений. В частности, приведены сведения о современных глобальных системах океанографических наблюдений и работ GOOS, отечественной системе ЕСИМО и некоторых других.

Включена новая глава, посвященная порядку оформления данных морских научных исследований, подготовленная ВНИИГМИ-МЦД (к.ф -м.н. А А Воронцов, А. А. Кузнецов). Новая глава содержит сведения о тенденциях устройства и размещения оборудования на современных научно-исследовательских и экспедиционных судах.

Основываясь на новой концепции комплексных океанологических исследований, дается описание аппаратурного блока мониторинга состояния океана В третьей части Руководства дано описание новой океанографической аппаратуры, используемой в настоящее время в мировой практике - батометры Нискина, системы Розетта, новые измерители течений, волнения, оптических характеристик и светового поля в море.

Практически полностью переработана глава, связанная с океанографическими наблюдениями при помощи автономных буйковых станций. Приводится описание опыта работы ДАНИИ по использованию заякоренных и дрейфующих буйковых измерительных комплексов для непрерывной регистрации параметров состояния морской среды в Арктике (к.г.н. ИМ.Ашнк, к.г.н. С.А.Кириллов, кф-м.н. К В Фнльчук, С.А Юновидов). В Руководство включен новый раздел, связанный со спутниковыми методами измерения параметров морей и океанов и сопряжением судовой и спутниковой информации. И наконец, завершает Руководство глава, описывающая систему автоматизации судовых измерений.

В подготовке третьего издания Руководства большое участие приняли сотрудники ИО РАН нм. П.П.Ширшова (к.г.н. С.В.Гладышев, д.б.н. А.В.Гебрук, к.ф- м.н. Л.В. Нечволодов, к.ф- м.н. С.В.Писарев, д т.н. Н А.Римский-Корсаков, к.г.н. В.П. Терешенков, д.ф.-м.н. О.В. Копелевнч, д.ф -м.н. В Н Пелевин), ГОИН имени Н.Н.Зубова (к ф -м.н. В.А.Соколов, В.П.Лучков, к.г.н. А В Нагальский. В В. Архипов. О В Кузнецова) Составители Руководства приносят искреннюю благодарность за помощь в работе сотрудникам Северного УГМС (г.Архангельск) О Н Балакиной, М В Шунину и А.С.Соломатову, а также сотрудникам Морского гидрофизического института РАН, ВНИРО, Северо-Западного УГМС, Росгидромета, ДВНИГМИ и других организаций, взявших на себя труд просмотреть рукопись и сделать ценные замечания, которые составители постарались учесть при окончательной подготовке рукописи Общее редактирование и подготовку Руководства к изданию осуществили д.г.н. проф. В.М. Грузннов (ГОИН) и д.г.н. А В. Соков (ИО РАН)

10