На Полигоне используются следующие основные методики исследований:
- с использованием заякоренных и донных автоматизированных станций наблюдений;
- с использованием донной он-лайн станции наблюдений;
- с использованием метеостанции на заякоренном морском буе;
- с использованием радиолокаторов КВ и СВЧ диапазонов спектра ЭМВ;
- мультидисциплинарные судовые экспедиционные исследования.
Методика проведения исследований с использованием заякоренных и донных автоматизированных станций наблюдений
Заякоренные и донные автоматизированные станции используются для получения круглогодичных квазинепрерывных рядов измеряемых параметров морской среды в точках постановках приборных комплексов. Перерывы в наблюдениях связаны с необходимостью замены элементов питания, проведения профилактических работ. На станциях устанавливаются: мобильный зонд-профилограф “Аквалог”, доплеровские акустические профилографы течений (ADCP), термокосы. Схема установки позволяет описать пространственную структуры и изменчивость измеряемых параметров.
Установка станций осуществляется с борта МНИС “Ашамба”, в прибрежной зоне с глубинами до 30 м – с использованием маломерных плавсредств. Координаты точек постановки фиксируются GPS навигационными системами. Приборные комплексы устанавливаются на тросовую линию заякоренной буйковой станции или на дно с использованием якорных систем. При глубоководных постановках используются размыкатели, которые позволяют по сигналу, подаваемому с борта судна, отсоединить приборы от якорной системы. Всплытие станции осуществляется за счет подповерхностной плавучести.
При отсутствии размыкателя или, при его не срабатывании, поиск станций в дальней шельфовой зоне осуществляется тралением отводного поискового конца. В ближней шельфовой зоне установка и поиск станций осуществляется водолазным способом.
Режим измерений ограничивается запасом электропитания станции. Частота измерений, количество циклов записей данных выбирается (обычно) с расчетом 3-4 месяцев автономной работы измерительных комплексов.
Методика проведения исследований на он-лайн станции наблюдений
На он-лайн станции результаты измерений по подводному оптоволоконному кабелю в режиме реального времени передаются на береговой сервер, который имеет выход в сеть интернет. Пользователь, имеющий коды доступа к серверу, может наблюдать и управлять ходом измерений удаленно. По оптоволоконному кабелю обеспечивается также и электропитание приборного комплекса.
Коммутация приборных комплексов с береговым сервером осуществляется через подводный модем (разработка ЮО ИО РАН), имеющий 8 выходов. Два выхода задействованы постоянно для проведения измерений профиля скорости течения с помощью донной станции c ADCPи профиля температуры с помощью заякоренной термокосы. Сторонним организациям, третьим лицам доступно 6 выходов. Перед постановкой приборных комплексов сторонние организации должны согласовать схему разъема для подключения к модему. ЮО ИО РАН имеет технические возможности изготовления разъема на месте.
В отличие от автономных, он-лайн станция практически не имеет ограничений по питанию. Это позволяет использовать при проведении измерений любой, даже самый энергозатратный режимй.
В один из разъемов модема можно установить еще один модем, в добавочный еще модем и т.д., что позволяет увеличить количество подключаемых измерительных комплексов многократно. Единственным ограничением в случае работы большого количества приборных комплексов является пропускная способность оптоволоконного кабеля до 1 Гб/с. Исходя из уже имеющегося опыта, оптоволоконная линия позволяет обеспечить бесперебойную коммутацию нескольких десятков приборных комплексов.
Методика автоматизированных метеорологических наблюдениий с он-лайн передачей данных
Оперативный онлайн-мониторинг погодных параметров в море необходим для множества прикладных и исследовательских задач. При этом важным является как получение актуальных текущих данных, так и накопление непрерывных массивов измерений за длительные периоды времени. Для обеспечения таких измерений был создан комплекс морского погодного мониторинга, обеспечивающий онлайн-передачу данных с установленного в море буя, накопление массивов измерений, а также средства визуализации и доступа к данным. Метеокомплекс развернут и успешно функционирует в настоящее время в акватории г. Геленджик на черноморском гидрофизическом полигоне в Южном отделении ИО РАН. При этом производятся измерения четырех параметров: скорости ветра, температуры и влажности воздуха, атмосферного давления с частотой 4 Гц, на высоте 6 м над уровнем моря. Данные измерений усредняются каждые 10 мин.
Структура комплекса образована тремя составляющими частями: морской, береговой и сетевой. Морская часть состоит из носителя (навигационного буя БМС-05 производства Ростовского ПЦКБ «Стапель»), метеостанции (AIRMAR Weather Station 200WX), радиопередатчика и системы автономного электропитания. Береговая часть состоит из радиоприемника и хранилища накопленных данных. Сетевая часть состоит из виртуального выделенного сервера, размещённого в центре сбора данных, в котором хранится полная копия принятых от метеостанции данных и выполняются программы, обеспечивающие визуализацию, доступ к данным и круглосуточный мониторинг технического состояния всех систем.
Методика проведения исследований с использованием радиолокаторов КВ диапазона спектра ЭМВ
Измерения скорости поверхностного течения в прибрежной зона моря эпизодически проводились в 2015-2018 гг. при помощи доплеровского КВ радиолокатора Sea Sonde (США). Радиолокатор имеет комплект передающих и приемных антенн и позволяет производить измерения в полосе моря шириной порядка 20 км (www.codaros.com). При выполнении работ использовались две методики измерения поля скорости течений. Первая заключается в стационарной постановке прибора в одной точке на берегу, а вектор скорости определяется на основе совместного анализа данных измерений по двум соседним лучам, имеющим разные углы по отношению к берегу, либо используются данные только одной радиальной компоненты скорости. Вторая методика заключается в последовательном перемещении (с временным лагом) радиолокатора из одной точки в другую. Перемещение локатора из одной точки в другую занимает несколько часов, поэтому данная методика обоснована только в случае квазистационарности течения в районе измерений.
Методика судовых исследований
Судовые экспедиционные исследования направлены на изучение фундаментальных вопросов взаимодействия шельфовой зоны и глубоководных районов бассейна, а также на комплексный мониторинг состояния черноморской экосистемы. Работы охватывают физическое, химическое, геологическое и биологическое направления и являются продолжением цикла многолетних исследований.
Комплексный мониторинг состояния прибрежной морской экосистемы осуществляется на стандартном судовом разрезе и является важным элементом программы черноморских исследований ИО РАН. Судовой разрез имеет общую протяженность в 9 миль и включает в себя 7 станций, выполняемых с борта малого научно-исследовательского судна МНИС БПМ-74 “Ашамба”. На всех станциях разреза выполняются CTD-зондирования зондом SBE 19 plus от поверхности и до дна, или до глубины 350 м в области континентального склона, с измерением профилей температуры, солености и плотности морской воды. На четырех станциях (с глубинами 25, 50, 100 и 500 м) производится отбор проб воды на химический анализ и определение содержания хлорофилла, на трех станциях (с глубинами 25, 50 и 500 м) выполняются сетные ловы зоопланктона. С 2012 года к списку измеряемых параметров добавились флюоресценция хлорофилла и мутность. Судовой разрез обычно выполняется раз в две недели, но не реже, чем один раз в месяц на протяжении всего года.
Оборудование МНИС БПМ-74 “Ашамба” позволяет решать широкий круг исследовательских задач.
1. Двух-барабанная лебедка (с тросом и кабель-тросом) с турачкой грузоподъемностью до 250 кг используется для спуска/подъема измерительных комплексов, осуществляющих зондирование толщи воды как в автономном режиме, так и с оперативной передачей данных измерений по кабель-тросу на регистрирующее устройство на борту судна. Тросом через П-раму осуществляется спуск/подъем донных станций.
2. Отводная стрела 5 м по левому борту с собственной лебедкой используется для работы с планктонными сетями.
3. Эхолотирующие устройства, GPS-навигация позволяют выполнять измерения на ходу судна. В этом случае измерительные комплексы могут буксироваться за судном на специально разработанных для этих целей плавсредствах или размещаться в шахтах, устроенных в днище судна.
