|
Данченков М.А., ДВНИГМИ, Владивосток
Проект АРГО является первой попыткой организации постоянно действующей
глобальной сети океанографических станций на основе дрейфующих
буев-измерителей. С учетом существующей сети поверхностных буев сеть
буев-измерителей составляют основу новой науки- оперативной
океанографии.
Идея создания глобальной сети океанографических станций возникла после
успешного использования в северной части Атлантического океана сети из
нескольких десятков буев-измерителей в 1997-1998 г.г. во время
глобального эксперимента по изучению циркуляции океана (WOCE).
Предложенный впервые в 1999 г., проект был одобрен Международной
океанографической комиссией, Всемирной Метеорологической организацией и
начал воплощаться в жизнь в 2000 г.
Данные, получаемые с этой сети полезны, прежде всего, для прогноза погоды и климата (поэтому проект АРГО является частью программы CLIVAR), а также прогноза состояния океана (поэтому проект АРГО является частью программы GODAE).
Большой объем расходов по проекту распределяется между странами-участницами. Каждая из них должна на свой счет закупить, разместить в океане посильное количество буев, а также принимать и распространять информацию, полученную с них. В проекте в настоящее время принимают участие все развитые и развивающиеся страны, включая США, Канаду, Австралию, Новую Зеландию, Японию, Южную Корею, Индию, страны Европейского союза совокупно и раздельно (Франция, Германия, Великобритания, Дания, Испания).
Широкое представительство государств в проекте обеспечит финансирование проекта в накоплении, обработке и анализе данных.
Целью проекта АРГО создание и поддержание глобальной сети из 3000 буев-измерителей. Задачами проекта являются :размещение в Мировом океане заданного количества буев; создание национальных центров АРГО; обеспечение свободного доступа к данным; передача в Глобальную сеть данных в течение 24 часов (требуемых на первичный контроль качества) с момента поступления.
Несмотря на то, что проект проводится совместными усилиями многих организаций многих стран, управление проектом такого масштаба впервые проводится без бюрократической надстройки. Проект управляется ежегодными собраниями Научного Комитета и Комитета по данным. Комитеты ежегодно собираются в основных странах-участницах. Научный комитет собирался в Истоне, США (1999); Саутгемптоне, Великобритания (2000); Сиднее, Канада (2001); Хобарте, Австралия (2002), Бресте, Франция (2003); Саутгемптоне (2004).
Собрания комитетов рассматривают состояние сети станций, потребности и возможности распределения буев, качество буев и данных, проблемы распространения данных.
Вместе с данными измерений температуры и солености (электропроводности) дрейфующие буи обеспечивают также и данные о течениях на двух горизонтах (заданной глубине дрейфа и поверхности). Заметим, что буи нового поколения по команде с берега могут изменять горизонт дрейфа. Вместе со спутниковыми измерениями возвышения поверхности океана, полученные данные позволяют определить характеристики течения от поверхности до горизонта дрейфа.
Данные сети постоянных океанографических станций позволяют получить следующее.
- Оперативно (в реальном времени) данные для прогноза состояния океана;
- начальные, граничные и усвояемые данные для наладки и работы моделей состояния океана и парных моделей (океан-атмосфера);
- Качественные климатические трехмерные схемы состояния Мирового океана и параметры их временной изменчивости;
- Временные ряды параметров теплового состояния океана и параметров морской воды;
- характеристики состояния промежуточной и глубинной водных масс;
- характеристики течений в 2000-метровом слое океана;
- данные для объяснения глобальных феноменов в атмосфере и океане (Эль-Ниньо);
- данные необходимые для определения абсолютного уровня Мирового океана;
Все данные измерений АРГО должны быть доступны в своих странах всем желающим: от учеников до ученых. Первичный (оперативный) поток данных поступает в глобальную метеорологическую сеть (ГСТ) после первичного контроля (в течение 24 часов после передачи на спутник).
Данные, прошедшие контроль качества (что занимает несколько месяцев), поступают от т.н. «основных» учёных в национальные центры данных АРГО, а от них- в несколько международных: региональные (в каждом океане), американский (в Монтеррее) и глобальный (в Тулузе). Доступ к данных обычно производится только через национальные центры данных..
Заметим, что буи-измерители использовались до проекта АРГО и используются также вне проекта.
Однажды созданная сеть океанографических станций будет существовать долго (до тех пор, пока будет потребность в океанографической информации). Возможны лишь непринципиальные изменения: увеличится количество буев в сложных районах, изменится количество измеряемых параметров и вид буев.
БУИ АРГО
Непосредственными предшественниками буёв-измерителей были глубинные дрейфующие буи ALACE, широко использованные в проекте WOCE в конце 80-х годов.
В настоящее время производится 4 разновидности буев-измерителей, используемых в проекте АРГО. Наибольшее распространение получили два вида, производимых в Фалмуте, США (АПЕКС) и во Франции (ПРОВОР). Организации, использовавшие несколько типов (для сравнения характеристик), неизменно переходили к буям АПЕКС. Япония начало использование буёв NINJA. Буи Китая и Индии не вышли за пределы экспериментов.
Буй АПЕКС обычно комплектуется тремя датчиками (давления, температуры и электропроводности) компаний Си-берд или ФСИ. Его длина с антенной- около 2 м. Горизонт дрейфа и нижний горизонт измерений на буях нового типа можно задавать различными.
Для проекта АРГО приняты следующие установочные параметры буев: нижний горизонт измерений-2000 м, а дискретность измерений- 10 дней, время нахождения на поверхности- около 6 часов. Параметры неизменны в течение всей продолжительности дрейфа (3-4 года, если буй не будет выловлен). Предполагается, что буй стоимостью около 15 тыс.долларов должен произвести до 150 станций за весь период работы. Без учета стоимости подготовки и постановки (используются добровольные и попутные суда) стоимость одной станции составит около 100 долларов.
Наибольшую проблему составляет уменьшение точности измерений солености с увеличением времени дрейфа. Для оценки этого тестировались датчики нескольких буев, как пойманных случайно (рыбаками), так и специально (что непросто, учитывая, что буй находится на поверхности весьма непродолжительное время и трудно пеленгуется).
Предполагается, что параметры буев в будущем могут меняться по команде с берегового компьютера (по обычному каналу). Соответствующие спутники уже запущены и ведется отладка таких буев.
СВЯЗЬ И ДАННЫЕ
Данные измерений одной станции передаются (рис.1) на систему спутников (АРГОС), проходящих через место всплытия буя. Если сеанс связи пропущен (нет спутника или поверхность недоступна- лед или вода более низкой, чем предполагалось, плотности)- данные пропадают.
Рис.1. Схема связи буя измерителя с береговым центром.
Полученные через спутник данные перекодируются (с шестнадцатиричного в десятиричный код), проверяются их координаты и точность и в течение суток- передаются в глобальную метеосеть (ГСТ), т.е. доступны всем странам. После более детального контроля качества данных (занимающего несколько месяцев), они передаются в два глобальных центра АРГО.
Степень доступности к таким данным дифференцирована в зависимости от страны и группы, к которой относится пользователь. Для ученых данные доступны с разрешения того ученого(ПИ- principal investigator), кто является ответственным за проект. Так как в одной стране могут быть несколько ведомств, осуществляющих постановку, и несколько ПИ, то их интересы соблюдаются.
РОССИЙСКИЙ ОПЫТ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДРЕЙФУЮЩИХ БУЕВ
Первые буи-измерители (PALACE производства компании Webb) были поставлены российскими учеными в мае 1999 года в совместной российско (ДВНИГМИ)-японской (JAERI) экспедиции по изучению радиоактивного загрязнения Японского моря. Один из буев с самого начала остался плавать на поверхности моря и через 6 месяцев был вынесен в Тихий океан. Его дрейф происходил только на поверхности. Вторая пара буев-измерителей была выставлена в рамках той же программы и имела аналогичную судьбу (один из буев остался на поверхности и через 6 месяцев прекратил работу). Данные измерений двух буев (один из них прекратил работу в январе 2002 г.) передавались всем участникам проекта АРГО.
Траектория дрейфа действующего буя приведена на рис.2.
Рис.2. Пример дрейфа глубинного буя на горизонте 600 m (метки-месяцы).
С июля 1999 г. ДВНИГМИ использовал около 30 буев для изучения глубинной циркуляции Японского моря. Анализ их дрейфа сразу же показал интересные результаты. Оказалось, что в Японской котловине (вдоль 41 с.ш.) расположен крупномасштабный циклонический круговорот. На его северной границе проходит сильное течение, переносящее теплые и соленые воды к побережью Приморья, а в его восточной части расположен стационарный циклонический вихрь (рис.3).
Рис.3. Траектории дрейфа буев в центральной части Японского моря.
В августе 2000 г. четыре, а в августе 2001 г.- семь буев были размещены в Охотском море. Их траектории, в общем, соответствовали траектория дрейфа поверхностных буев, размещенных в ДВНИГМИ ранее (1998 г.)- рис.4.
Рис. 4. Траектория дрейфа глубинного буя в Охотском море.
С 2002 г. два буя производят станции в районе северо-восточнее Курильских островов.
Поступающие данные проходят оперативный и задержанный контроль качества в центре АРГО при ДВНИГМИ.
К сожалению, отсутствие государственной поддержки не позволяет считать участие РФ в проекте АРГО полноценным.
Спасибо Михаилу Донченкову за любезно предоставленныую статью.
|
