Результаты исследований и экспериментов
|
Скачать 0.85 Mb.
|
|
ЭКСПЕРИМЕНТ «СЕЙНЕР» В настоящее время дистанционное аэрокосмическое зондирование Земли является единственным способом обеспечения систематичности и глобальности получения информации о состоянии Мирового океана, суши и атмосферы. Опыт реализации отечественных и международных космических проектов показывает, что проведение научных исследований по развитию средств и методов наблюдений природной среды и экологического мониторинга океана с помощью космических платформ, включая пилотируемые долговременные орбитальные станции (ДОС), требует привлечения значительных ресурсов. Эффективное использование этих ресурсов в научно-прикладных исследованиях обусловлено не только конструктивно сформированной программой исследований, разработкой и изготовлением бортовой научной аппаратуры современного уровня, но и совершенством методик получения и утилизации результатов проводимых исследований. К настоящему времени наиболее широко представлен класс задач, связанных с изучением биологических ресурсов Мирового океана. Повышенное внимание пилотируемой космонавтики к этому направлению исследований объясняется актуальностью проблемы и возможностью проведения исследований с использованием относительно недорогой серийной фотоаппаратуры и других регистраторов. Решение проблемы находится в сфере постоянных интересов фундаментальной и промысловой океанологии, ориентированной в основном на традиционный способ использования биоресурсов океана – на рыболовство и промысел других видов пищевого сырья. Орбитальные средства обладают известными преимуществами по географии обзора, масштабам полей зрения и объемам получаемой информации, обеспечивают выполнение одного из важнейших требований к методике проведения исследований биопродуктивности вод Мирового океана - неразрывность во времени их проведения. Сегодня по спутниковым данным с достаточной для практики точностью определяются все основные составляющие термического режима вод океана, такие как температурный ход, продолжительность теплого и холодного сезонов, пространственно- временные характеристики ледостава. Сроки и скорость прогрева являются факторами, определяющими сроки нерестовых миграций и миграций к районам зимовки. От температурных условий зависит интенсивность конвективного перемешивания вод, обогащающего верхние слои биогенными веществами, необходимыми для развития фитопланктона. Однако в формировании океанологических условий биопродуктивности термический режим поверхностного слоя играет большую, но не определяющую роль. Необходимым условием для концентрации промысловых гидробионтов является, прежде всего, сочетание оптимальных термических условий с наличием в океане кормовой базы (кормового планктона). В свою очередь, оптимальные для вегетации фитопланктона температурные условия должны сочетаться с наличием необходимых для этого биогенных веществ, достаточным уровнем фотосинтетически активной радиации и приемлемым гидродинамическим режимом. Районы Мирового океана, где такое сочетание имеет место, отличаются интенсивным развитием фотосинтетических процессов и, как следствие, высоким уровнем биологической продуктивности вод. Положение зон активного развития морского фитопланктона, уверенно обнаруживается из космоса по признаку цвета. В условиях орбитального полета космонавты обнаруживают высокопродуктивные акватории, используя в качестве индикационного признака цветовые контрасты полей планктона с фоновыми водами. Для фитопланктона такие контрасты появляются благодаря свойству одноклеточных водорослей, содержащих хлорофилл, образовывать огромные скопления, способные придавать морской воде зеленый, бурый или даже красный цвет. Фоном таким акваториям служат малопродуктивные воды, имеющие синий цвет вод, обусловленный рассеянием солнечного излучения на молекулах воды. В рамках КЭ «Сейнер» космонавты ведут наблюдения поверхности океана в заданных координатах. В случае обнаружения цвето-контрастных образований (ЦКО) на поверхности акватории российские члены экипажа фиксируют увиденное на бортовую аппаратуру: цифровой фотоаппарат и видеокамеру. Наиболее информативные снимки оперативно, по каналам связи, передаются на Землю и после предварительной обработки (координатной привязки) пересылаются во ФГУП «ВНИРО». На рисунке 52 приведены примеры карт промысловых районов Мирового океана, приоритетных для наблюдений космонавтами в ходе реализации КЭ «Сейнер».
Для валидации, классификации и океанологической привязки результатов фотографирования и визуальных наблюдений экипажей РС МКС продолжается создание базы данных о температурных условиях в основных промысловых районах Мирового океана в виде карт температуры поверхности океана (ТПО). Данные карты являются базовыми для последующего расчёта, оценок и сравнений текущих температурных условий за более длительные периоды времени. Наподобие мультипликационного фильма, они позволяют с недельной дискретностью наблюдать и оценивать температурную ситуацию в районах действия КЭ, что необходимо для установления причин появления, пространственного распределения и вариативных изменений ЦКО, их взаимосвязей с океанологическими условиями исследуемых районов. Следующий этап оценки температурных условий в районах промысла составляют карты ТПО месячной, сезонной и годовой дискретности. Данные карты позволяют вести сравнительный анализ текущего распределения полей температур относительно аналогичных полей (по временным характеристикам: месяц, сезон, год) с другими годами и климатическими данными. Таким образом, можно найти аналоги или оценить отличия гидрологических ситуаций текущего года от других лет в пределах базы данных, что позволяет расширить основы для достоверной идентификации ЦКО, наблюдаемых и фиксируемых в рамках КЭ «Сейнер» на РС МКС.
Для осуществления совместного анализа материалов, оперативно полученных в ходе реализации эксперимента «Сейнер» на РС МКС, и информационной базы данных на промысловые районы Мирового океана, фотоснимки исследуемых акваторий и карты ТПО приводятся к единому информационному формату. Анализ осуществляется на картографическом уровне. Результатом анализа являются сводные карты распределения температуры поверхности океана и цвето-контрастных образований. На рисунках 55-58 представлена последовательность этапов сравнительного анализа космических снимков. Области, где уверенно дешифрируются ЦКО, часто совпадают с общепринятыми районами промысла, а так же могут указывать на перспективные, неосвоенные для промысла акватории. Динамика обнаруженных ЦКО, полученная на основе серии снимков водной поверхности, выполненных с временной дискретностью, отображает изменения в положении гидрологических фронтов, градиентных зон и яркостных полей, что может быть использовано в перспективе, при выработке рекомендаций для планирования научно-поисковых экспедиций и оперативном информационном обеспечении работы промысловых судов. Космический эксперимент «Сейнер» ориентирован на получение экспериментальных данных, необходимых для решения основных научно-методических вопросов, определяющих повышение информационного потенциала пилотируемых орбитальных средств, используемого в интересах рыбной промышленности. Создание методики взаимодействия экипажей PC МКС с судами рыбопромысловой отрасли РФ, являющееся целью эксперимента «Сейнер», рассматривается, в связи с этим, как одно из важных практических приложений результатов выполнения программы научно-прикладных исследований на PC МКС. Одной из особенностей океанологических исследований, выполняемых с участием экипажей отечественных орбитальных станций, является широкое применение метода научных визуально-инструментальных наблюдений (ВИН) акваторий Мирового океана из космоса. В основе метода – визуальный поиск, обнаружение и идентификация изучаемых явлений в приповерхностном слое океана и атмосфере над ним. Это простейший, но один из наиболее информативных способов получения данных видимого диапазона о состоянии природной среды океана. Достоверность и научная ценность получаемых при этом сведений об океане существенно повышается за счет целевого использования специальной регистрирующей аппаратуры, а также применения бортовых инструментов, расширяющих возможности зрительного анализатора космонавта в процессе наблюдений. Методы ВИН применимы для формирования информационных ресурсов видимого диапазона ЭМВ не только в области космической океанологии, но и в других областях знаний и практической деятельности. Метод ВИН относится к классу пассивных методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Он основан на визуальном восприятии и регистрации цветовых (яркостных) контрастов в видимом диапазоне спектра ЭМВ. Канал поступления океанологической информации на борт орбитальной станции при использовании рассматриваемого метода образован оптическим трактом, основными звеньями которого являются поверхность и приповерхностный слой океана, слой атмосферы над исследуемой акваторией, остекление иллюминатора станции, оптика регистрирующих приборов и приборов, расширяющих возможности зрительного анализатора космонавта-наблюдателя (биноклей, зрительных труб, визуальных поляризационных анализаторов, колориметров и т.п.). Каждое из указанных звеньев оказывает определенное влияние на перенос солнечного излучения и формирование информационного потенциала метода ВИН, но определяющая роль в функционировании этого канала принадлежит зрительному анализатору космонавта - сложной нейрорецепторной системе, своего рода биооптическому инструменту с его широкоугольной проекционной системой, селективными фотоприемниками дневного (в цвете) и ночного видения, системой «кодирования» сигнала для головного мозга, решающего задачи опознавательного процесса. Основным объектом поиска и наблюдений для космонавта-исследователя при решении методом ВИН задач этого класса являются крупномасштабные ЦКО на поверхности океана, связанные с массовым развитием фитопланктона (Рис. 59). В поле зрения экипажа ДОС, наблюдающего акватории океанов по трассе полета, постоянно присутствуют облачные образования практически всех форм и видов, предусмотренных международной классификацией. Кроме этого, в полях облачности над океаном наблюдаются облачные индикаторы тропических циклонов на разных стадиях их развития (Рис. 60), линеаменты (Рис. 61), индицирующие струйные течения, скопления кучевых облаков мощного вертикального развития над акваториями интенсивной атмосферной конвекции (Рис. 62) и другие явления, представляющие интерес для морской метеорологии, обслуживающей судоходство, авиацию и промысел морепродуктов. Особое место среди гидрометеорологических явлений, доступных изучению методом ВИН, занимают тропосферные облачные образования, характерные для запрепятственных движений воздушных масс в атмосфере островных провинций (вихревые дорожки Кармана, гравитационно-сдвиговые волны Гельмгольца и др.). Экспериментально доказана также возможность обнаружения и фоторегистрации из космоса оптически активных явлений в атмосфере, влияющих на ее передаточную функцию (терригенных пыле-песчаных потоков (Рис. 71), туманов, пепловых вулканических облаков над океаном и т.п.), а также районов с признаками интенсивной грозовой деятельности. Применительно к гидрофизическому направлению исследований океана метод ВИН обеспечивает получение документированных данных о характере местной циркуляции вод (Рис. 59), айсбергах (Рис. 64), структуре полей поверхностного волнения (Рис. 65, 66), битого льда (Рис. 63), о цвете и прозрачности вод (Рис. 59, 67-68) по изучаемым акваториям. Результаты тематического дешифрирования таких данных могут быть использованы и используются при описании важнейших элементов общей циркуляции вод океана и в задачах гидрооптики. К настоящему времени накоплен значительный по объему фактографический материал, полученный в процессе визуально-инструментальных наблюдений биотопов океана из космоса и сгруппированный по различным объектам экомониторинга. Применительно к экосистемам открытого океана наиболее широко представлены результаты наблюдений и цветных фотосъемок океана, характеризующие многообразие форм и состояние коралловых рифов (Рис. 69-70), морфологию разномасштабных полей фитопланктона и гидродинамические особенности среды его обитания (Рис. 59). Важнейшей особенностью метода визуально-инструментальных наблюдений является возможность оперативной оценки экологического состояния системы «океан-атмосфера», выявления аномальных процессов и явлений в природной среде океана, таких как пленки поверхностно-активных веществ (Рис. 72), разливы нефти и нефтепродуктов (Рис. 74), загрязнения чистых океанских вод водами поверхностного стока (Рис. 73), продуктами промывки железомарганцевых конкреций, добываемых со дна в рудных провинциях Мирового океана. Приведенные сведения позволяют считать метод ВИН, основанный на использовании зрительного анализатора подготовленного космонавта-исследователя, универсальным, надежным и эффективным способом получения первичной информации о процессах и явлениях, наблюдаемых из космоса в поверхностном слое океана и атмосфере над ним. Одним из главных результатов мониторинга экосистем океанического шельфа является оценка откликов прибрежных экосистем на антропогенные возмущения. К числу таких откликов, наблюдаемых из космоса по признаку цвета, относится, например, эвтрофирование вод, вызванного избыточным поступлением биогенных веществ со стоком рек. При этом степень эвтрофированности интегрально отражается насыщенностью зеленого цвета акваторий заливов, районов дельт и эстуариев. С поверхностным стоком в океан связано также загрязнение прибрежных вод терригенными взвесями, нефтяными углеводородами и другими поверхностно-активными веществами, пагубно влияющими на все звенья биологической цепи. Индикационные признаки таких загрязнений (цветовой тон, «выглаженные» участки в поле ветрового волнения) надежно распознаются и регистрируются в процессе ВИН прибрежных акваторий.  Накопленная информационная база о пространственном положении зон повышенной биологической продуктивности в Мировом океане, основанная на материалах наблюдений акваторий Мирового океана космонавтами и репрезентативных данных о биологических и температурных условиях в основных промысловых и в мало исследуемых акваториях, потенциально может служить дополнительным информационным источником при планировании и организации научно-поисковых и промысловых экспедиций в отдаленных перспективных промысловых районах Мирового океана. При отсутствии, в настоящий момент, научно-исследовательских экспедиций в отдаленных, перспективных для промысла районах Мирового океана информационная база, накопленная в процессе выполнения КЭ «Сейнер» является единственным достоверным источником информации о текущем состоянии поверхностного слоя исследуемых акваторий, о распределении гидробиологических параметров, которые влияют на промысловую остановку. |
||||||||||||||||||
Похожие:
 |
Программа модуля составлена в соответствии с Федеральными государственными... Целью данной дисциплины является сформировать у студентов способности: использовать компьютерные технологии для организации экспериментальных... |
 |
Тема современные методы системных исследований Основные направления социологических исследований. Методы, используемые в рамках социологических исследований. Методологическая стратегия... |
|
Набор для экспериментов прекрасная возможность погрузиться в удивительный... Набор для экспериментов – прекрасная возможность погрузиться в удивительный микромир. Занятия с этим набором будут интересны и детям,... |
|
Новосибирск В монографии приведены результаты теоретических и практических исследований в области контрактивной биоэлектрокинетики, позволяющие... |
|
4 класс Результаты освоения учебного предмета Личностные результаты Личностные результаты: воспитание патриотизма, чувства гордости за свою Родину, российский народ и историю России |
|
Институт ядерных исследований учёный совет Институт ядерных исследований Российской академии наук образован в 1970 году для создания экспериментальной базы и проведения фундаментальных... |
|
«здоровье» подсевшие на игру Результаты недавних исследований показывают, что в некоторых школах страны до 80% учеников всерьез «подсели» на азартные игры».... |
|
Научные разработки ниу рамн практическому здравоохранению (выпуск четвертый) Результаты научных исследований, готовые к практическому применению, обобщены Организационно-аналитическим управлением рамн по материалам,... |
|
Райнер Пацлаф "Застывший взгляд" Излагаемые им новые, подчас неожиданные результаты исследований подтверждают вывод, что воздействие телевизионных образов на физиологию... |
|
Стратегическая программа исследований Состояния и тенденции развития исследований и разработок в сфере деятельности платформы |
|
1. Результаты биоиндикационных исследований с использованием амфибий Проведена оценка пресса антропогенной нагрузки на водные экосистемы морфофизиологическими индикаторами и цитогенетическим подходом... |
|
Психология рекламы К отрасли психологической науки. В ней наиболее полно представлены основные теоретические направления, история развития психологии... |
|
В. А. Гага и др. Мотивационные элементы организационных отношений... Тношений мотивационных систем в производственных и банковских корпорациях. Представляет собою: результаты исследований В. А. Гаги... |
|
Подготовка пациента к сдаче анализов Строгое соблюдение пациентом правил подготовки к лабораторному исследованию крайне важно для получения точных результатов. Очень... |
|
Видев и увидя: жизнь и смерть нестандартных деепричастий Исаченко [1960]. Так, например, обстоит дело даже в очень подробной и представительной «Морфологии» Санкт-Петербургского университета... |
|
Результаты экспериментальных исследований влияния Мфт при помощи преобразователя частоты. Натяжение в набегающей ветви кви измерялось тензодатчиком и регистрировалось тензостанцией.... |