НИС «Малахит» рейс № 88

5. Морские научные исследования в рейсах НИС «Малахит» № 88
(руководитель С.П. Захарков).
5.1. Введение.
Экспедиции проведена в рамках выполнения тем научно-исследовательских работ ТОИ
ДВО РАН исследовательской работы по теме «Структура и изменчивость океанологических полей дальневосточных морей России и северной части Тихого океана»
(гранты РФФИ, гранты ДВО РАН)
5.2. Цели экспедиции.
Изучение внутреннего волнения в прибрежной зоне Японского моря. Исследование
ключевых физических процессов, определяющих изменчивость океанологических
полей как основы изменений климата, биопродуктивности и состояния экосистем в
северо-западной части Тихого океана и дальневосточных морях.
5.3. Задачи экспедиции.
1. Экспериментальные исследования внутреннего волнения в прибрежной зоне
Японского моря.
2. Проведение подспутниковых измерений пигментов фитопланктона.
5.4. Методы измерений и обработки данных.
1. Исследования внутреннего волнения в прибрежной зоне проводились с
использованием данных инструментальных измерений температуры с помощью семи
измерителей компании Onset. Ошибка измере-ний этим прибором не превышает 0,05°.
Измерители размещались на заякоренных буйковых станции (АБС_1,2,3), установленных
на полигоне треугольной формы, который распологался в окрестности изобаты 40 м
прибрежной зоны полуострова Гамова (Рис.1 а).
2. Непрерывные измерения гидрологических и биооптических параметров морской
воды осуществлялись с помощью системы прокачки морской воды с глубины 1 метр.
Температура и соленость морской воды получены с помощью термосолинографа SeaBird
SBE-45. Обработка данных проведена SBEDataProcessing-Win32 и MATLAB. Спектры
флуоресценции
морской
воды
измерялись
лазерным
флуориметром
ЛАФ-3
с
возбуждающим излучением на длине волны 355 и 532 нм. Обработка спектров и оценка
интенсивности флуоресценции хлорофилла-а и РОВ осуществлена в MATLAB.
3. Измерение глубинных профилей in situ гидрологических и биооптических
параметров морской воды проведено с помощью зонда SeaBird SBE-19 plus с
установленными
флуоресцентными
датчиками
концентрации
хлорофилла-а
и
растворенного органического вещества (РОВ) WetLabs, и датчиком освещенности,
доступной для фотосинтеза Licor. Первичная обработка данных осуществлена программой
SBEDataProcessing-Win32
с
последовательностью
рекомендованными фирмой-производителем зонда.
операций
и
параметрами,
5.5. Используемые технические средства и их краткая характеристика.
1. Программируемый, автономный датчик температуры компании Onset. Ошибка
измерений температуры этим прибором не превышает 0,05°С.
2. Профилограф SBE-19plus (пр-во SeaBird) с частотой измерений 4 Гц и
возможностью погружения в морскую воду до глубины 350 метров. Профилограф
включает: прокачиваемый датчик температуры морской воды, диапазон измерений -5оС
+35оС, точность 0.005оС; прокачиваемый датчик удельной электропроводности морской
воды, диапазон измерений 0-9 См/м, точность 0.0005 См/м; тензометрический датчик
давления морской воды, диапазон измерений 0-600 метров, точность 0.6 метра,
разрешение
0.012
метра; прокачиваемый
флуоресцентный
датчик
концентрации
хлорофилла-а с чувствительностью от 0.03 мкг/л, диапазон измерений 0.03 – 75 мкг/л
(про-во WetLabs); прокачиваемый флуоресцентный датчик концентрации растворенного
органического вещества с чувствительностью от 10-7 г/кг, диапазон измерений 0-10-3 г/кг,
длина
волны
возбуждения
флуоресценции
370
нм,
длина
волны
регистрации
флуоресценции 460 нм (пр-во WetLabs); сферический датчик суммарной освещенности,
доступной для фотосинтеза, LI-193, чувствительность 7 мкА на каждые 1000 мкмоль/c/м2,
точность абсолютной калибровки 5% (пр-во Licor);
3. Прокачиваемый термосолинограф SBE-45, диапазон измерений температуры
морской воды -5оС +35оС с точностью 0.002оС, диапазон измерений удельной
электропроводности 0-7 См/м с точностью 0.0003 См/м.
4.
Фильтровальные
системы
для
определения
концентрации
пигментов
фитопланктона.
5.6. Объемы выполненных работ.
Выполнено:
постановка( 4) автоматических буйковых станций (АБС) с програмируемыми
датчиками со временем зкспозиции более 30 суток, суточная станция ( , около МЭС
«Шульц» в районе постановки АБС)
2 разреза 1) разреза по маршруту Владивосток – МЭС «Шульц», 2) разрез МЭС
«Шульц» - остров Фурунгельма,
60 станций глубинного зондирования с помощью CTD зонда (температура и соленость
морской воды, и флуоресценция растворенного органического вещества и хлорофилла-а
в морской воде, излучение доступное для фотосинтеза);
В 46 пробах определялась концентрация пигментов фитопланктона.
5.7. Предварительные научные результаты.
Для изучения поля внутренних волн был поставлен натурный эксперимент,
который проходил с 28 августа по 30 сентября в районе полуострова Гамова. Для решения
поставленной задачи использовались данные инструментальных измере-ний температуры
с помощью семи измерителей компании Onset. Ошибка измере-ний этим прибором не
превышает
0,05°.
Измерители
размещались
на
заякоренных
буйковых
станции
(АБС_1,2,3), установленных на полигоне треугольной формы, который распологался в
окрестности изобаты 40 м прибрежной зоны полуострова Гамова (Рис.1 а).
Рис. 1 а) Карта-схема гидрофизического полигона для наблюдения за полем
внутренних волн; б) среднесуточные профили красного цвета - температуры и
синего цвета - частоты плавучести на полигоне.
Регистрация температуры проводилась каждую минуту в течении месяца. Число
отсчётов составило ~ 7х42000. На каждой из АБС_1,2,3 было размещено по два
измерителя на горизонтах
z =-30, -20м, а на АБС_1 к двум был добавлен третий
измеритель на горизонте
z =-10м.
На рис. 2 представлены записи температуры на
горизонте z=-30м на АБС_1,2,3.
Рис.2. Реализации температуры на горизонте z = -30м на АБС_1, 2, 3.
Предварительный анализ натурных данных по температуре показал, что
1) в низкочастотных вариациях температуры на полигоне отчётливо прослеживаются три колебания из синоптического диапазона с периодами ~ 10 дней;
2) каждая из 3 –х синоптических вариаций заполнена колебаниями, среди которых
доминируют колебания с периодами близкими к инерционному Т=1/ fk ;
3) между инерционными колебаниями на станциях АБС_1(реализация синего цвета)
и АБС_2 (реализация розового цвета) надёжно фиксируется положительный временной
сдвиг  ~ 120 мин и небольшой неустойчивый сдвиг разных знаков между станциями
АБС_2 и АБС_3;
4) скорость распространения возмущений по трассе АБС_1-2 составляет величину
v ~ 0,5(m / c) .
В начале эксперимента (29 августа 2010 г.) в районе полигона была выполнена
суточная станция (С_ст на рис.1а), на которой зондом CTD Sea-Bird SBE19plus. с
дискретностью 30 мин было выполнено 49 вертикальных зондирова-ний, в ходе которых
измерялись гидрологические параметры: температура, гидростатическое давление и
электропроводность морской воды. Ошибки измерений зондом не превышали 0.005°С по
температуре и 0.0005 Сименс/метр по электропроводности. Расчет условной плотности и
частоты плавучести проводился по формулам UNESCO (1983 г). Результаты показаны на
рис. 1 б, где представлены среднесуточные профили температуры и частоты плавучести в
районе полигона.
С использованием среднесуточного профиля частоты плавучести численно были
рассчитаны параметры внутренних волн на полигоне. Для высокочастотных внутренних
волн с периодами из диапазона 7-10 мин групповая скорость составила величину
c  0, 45(m / c) , а длинны волн принадлежат диапазону 170-270 (м).
На рис. 3 и 4 были представлены спутниковые распределения хлорофилла а
соответственно в 2009 и 2010 гг во время проведения рейсов НИС Малахит и НИС
Импульс отрядом палеоокеанологии .
Рис. 3 Распределение хлорофилла а по спутниковым данным в исследуемом районе в
2009 г во время проведения рейсов № 67 НИС Малахит и №25 НИС Импульс .
Рис. 4 Распределение хлорофилла а по спутниковым данным в исследуемом районе в
2010 г во время проведения 88 рейса Малахита.
5.8. Выводы.
1. Выполнен продолжительный ( более 30 суток) натурный эксперимент по
изучению пространственно-временной изменчивости гидрологических полей в
прибрежной зоне Японского моря. В ходе предварительного анализа данных полученных
в эксперименте, установлено , что указанная изменчивость определяется главным образом
полем внутренних гравитационных волн.
2.Была проведена работа по выявлению суточного хода выхода флуоресценции
определяемой зондами SeaBird SBE-19 plus нормированной на концентрацию хл а
определённую стандартным экстракционным методом.
3. Зафиксированы отсутствие вихревых образований обнаруженных в прошлом году (НИС
Малахит рейс 67) на этом маршруте МЭС «Шульц» - остров Фурунгельма,