WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«М ЕТО ДЫ И СРЕДСТВА И ССЛЕДОВАНИ Я М И РО ВО ГО ОКЕАНА С Б О Р Н И К НА УЧ Н ЫХ Т Р У Д О В ( ме ждуве домс тве нный) В ы п у с к 87 Л ЕН И Н ГРА Д СК И И О РД ЕН А ЛЕНИ Н А ...»

М инистерство высшего и среднего специального образования РСФ СР

Л Е Н И Н Г Р А Д С К И Й Г И Д Р О М Е Т Е О Р О Л О Г И Ч Е С К И Й И Н СТИ ТУТ

М ЕТО ДЫ И СРЕДСТВА

И ССЛЕДОВАНИ Я М И РО ВО ГО ОКЕАНА

С Б О Р Н И К НА УЧ Н ЫХ Т Р У Д О В

( ме ждуве домс тве нный) В ы п у с к 87

Л ЕН И Н ГРА Д СК И И О РД ЕН А ЛЕНИ Н А

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Л ЕН И Н ГРА Д

имени М. И. К А Л И Н И Н А 1984 УДК 551 .

М етоды и средства исследования М ирового океана. Сборник научных т р у ­ дов (междуведомственны й) — Л., изд., Л П И, 1984, вып. 87, с. 130. (Л Г М И ) .

В сборнике помещены, статьи; посвященйЩ /различным аспектам океанологи­ ческих исследований, как теоретическим, так и экспериментальным. Описываются математические модели различий* явлении в океане, вопросы океанологического приборостроения, анализ результатов обработки экспериментальных данных .

Сборник рассчитай на научных работников, инженеров-океанологов, а также студентов старш их курсов гидрометинститутов и географических факультетоя ^ университетов .

к w сл л!

РЕДА К Ц И О Н Н А Я К О Л Л Е ГИ Я :

проф. Н. П. С м ирнов — ответственный р ед ак тор — (Л Г М И ), проф. Ю. П. Д о р о ­ нин (Л Г М И ), проф. В. Р. Ф укс ( Л Г У ), доц. Б. Ф. Чередилов (О Г М И ), проф, Б. Н. Беляев (Л Г М И ), ст. преп. Е. И. Ч верткин — ответственный секретарь — (Л Г М И ), проф. Б. А. К о га н (Л О И О А Н ) .

Ленинградский гидрометеорологический институт (Л Г М И ), 1984.............. „ - — - г - * — !

Лс.^нгрз.докий j, - г ч ~теосолсп;чсск"Л ин-т i УДК 551.465.4/5+627.223.2 А. С. АВЕРКИЕВ, М. И. МАСЛОВСКИЙ (ЛГМИ)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ «ОБРАТНОГО МЕТОДА»

Д ЛЯ ОП РЕ ДЕ ЛЕ НИ Я АБСОЛЮТНОЙ СКОРОСТИ

И РАСХОДА АНТАРКТИЧЕСКОГО ЦИРКУМПОЛЯРНОГО

ТЕЧЕНИЯ Расчет абсолютных значений скорости течений то известному полю плотности морской воды остается одной из актуальных задач океанологии. Несмотря на успехи, достигнутые с помощью диагно­ стических моделей океанских течений [3 ], эти модели обладают рядом недостатков, связанных с заданием граничных условий, не­ согласованностью между собой полей плотности и рельефа и т. д .

В то же время динамический метод позволяет рассчитать лишь относительную скорость течения. Для (перехода от относительной к абсолютной скорости вводится предположение об отсутствии ско-, рости на некоторой отсчетной поверхности, положение которой считается заданным. Однако все предложенные методы определе­ ния положения отсчетной поверхности — нулевой динамической поверхности — обладают существенными недостатками [5 ]. Более того, само существование нулевой динамической поверхности, на которой обе составляющие скорости одновременно обращаются в нуль, представляется маловероятным [2 ]. Этих недостатков ли­ шен так называемый «обратный метод» [9] определения скорости 1на отсче'тиом уровне. .

Целью настоящей работы является испытание этого метода и использование его для определения абсолютных скоростей и рас­ ходов основных течений в Южном океане, где бароклинные фак­ торы из-за слабой стратифицйршанности океана не играют столь большой.роли, как в Северной Атлантике .





Сущность «обратного метода»

Следуя [9 ], рассмотрим замкнутый бассейн, границами кото­ рого являются гидрологические разрезы, содержащие N пар стан­ ций. Используя соотношения «тёрмического ветра», для каждой пары ставший можно определить нормальную к разрезу составляю­ щую скорости v R, рассчитанную относительно некоторого отсчетного уровня. Скорость на отсчетном уровне Ь, различная для каж ­ дой пары станций, считается неизвестной. Потребуем выполнения закона сохранения общей массы воды в рассматриваемом объеме, т. е .

–  –  –

где U — матрица упорядоченных собственных векторов матри­ цы АЛ7, значок «т» означает транспонированную 'матрицу; V — матрица упорядоченных собственных векторов матрицы АТ L — А;

диагональная матрица, элементы которой А представляют собой * сингулярные значения матрицы Использование сингулярного разложения позволяет йз беско­ нечного множества решений недоопределенной системы опреде­ лить единственное, соответствующее минимуму нормы, т. е. реше­ ние, для которого величина b^b — минимальная. Физически это условие определяет такую скорость на отсчетном уровне, при кото­ рой кинетическая энергия ка данном уровне минимальна. В силу недостаточного (ранга матрицы А, из-за.неточностей в определении местоположения станций (Дх) и в определении глубин и плот­ ности, а также по многим другим причинам, система (5) удовлет­ воряется не точно. Уровень шума системы можно оценить следую­ щим образом:

(7) A b + T = R .

Подробное изложение всех возможностей этого метода можно найти в [7, 8, 10] .

Таким образом,- обратный метод позволяет рассчитать абсолют­ ную скорость и расходы через границы замкнутых бассейнов и оценить погрешность их определения. Кроме того, любая допол­ нительная информация по рассматриваемым бассейнам легко включаемся ib систему (-5), понижая -степень ее неопределенности, или может быть использована для контроля правильности вычис­ лений. Такими дополнительными условиями могут быть как непо­ средственные измерения, так и определенные другими методами некоторые соотношения (например, поток тепла через бассейн) .

Обсуждение результатов расчета

Для оценки применимости метода был выбран район между Австралией и Антарктидой, который достаточно надежно обеспе­ чен данными наблюдений. Имеются также результаты диагности­ ческих расчетов'для этого района, проведенные по климатическим данным [1]. Для расчетов использовались климатические данные о поле плотности воды в узлах регулярной сетки с шагами 2,5° по широте и 2,5° т о,ме'ридиа1ну, подготовленные в отделе ПОЛЭКС Арктического и Антарктического НИИ. Исследуемая область океа­ на ограничена меридианами 120° в. д. (разрез 1), 147,5° в. д. (раз­ рез 2 ), параллелью 40° ю. ш. (разрез 3) и побережьем Антарктиды .

По глубине вся толща разбита на шесть слоев, в каждом из кото­ рых по определению выполняется уравнение сохранения массы (3) .

Это дает семь уравнений, включая условия сохранения массы во всей толще. Граничные изопнкны слоев и примерные глубины их залегания приведены в табл. 1 .

–  –  –

На каждом из разрезов 1, 2, 3 содержится по 12 станций, сле­ довательно, имеется 33 пары станций, для каждой из которых определяется относительная скорость течения и 33 неизвестных скорости bj на отчетном уровне .

Расчет,производится для двух отсчетных уровней 2000 м и 4000 м (условное название — модель I и модель II соответствен­ но). Для проверки был выполнен эксперимент, при котором на разрезе 1, 2, 3 было оставлено по три станции, т. е. для тех же семи слоев матрица А имела размерность 7 x 6. Эти эксперименты названы соответственно модель 1а и Па. Как омечалось, матри­ ца А практически всегда представляет собой матрицу недостаточ­ ного ранга, т. е. часть уравнений системы будут линейно зависи­ мыми. Ранг матрицы равен количеству сингулярных значений этой матрицы, отличных от нуля. В наших экспериментах ранг матри­ цы А оказался равным четырем .

§ Йа рис. 1 приведены относительные скорости на разрезе !, рассчитанные динамическим методом, а сверху приведены скорости на отсчетном уровне, которые должны быть добавлены к относи­ тельным. Видно, что структура приблизительно соответствует

–  –  –

рельефу дна, так как скорость на отсчетном уровне подбирается так, чтобы устранить разбаланс в слоях. В результате при малых глубинах (малых площадях ( А х, А р ц) для устранения разбаланса требуются большие скорости- .

Рис. й демонстрирует полученные абсолютные скорости на том же разрезе 1. Качественно отличия незначительны, но небольшие изменения скорости, особенно в глубинных слоях, приводят к зна­ чительным изменениям расходов .

–  –  –

В табл. 2 приведены «разбалансы» массы по слоям в свердрупах (1 ив — Ю6-103 кг/'с), раюсчлтаиные по относительной скорости (Г,- нач.) « после применения обратного метода .

Из табл. 2 видно, что начальный разбаланс массы во всей толще бассейна во всех экспериментах сводится к минимуму. Про­ межуточные слои в экспериментах при отсчетном уровне на 4000 м .

(II и Па) также хорошо приведены в соответствие условию сохра­ нения массы. В экспериментах I и 1а разбаланс массы в слоях 5 и 6 увеличивается при сведении к минимуму общего разбаланса .

Это косвенно подтверждает заключение об отсутствии в Южном полярном бассейне глубинного противотечения, так как задавая отчетный уровень на глубине 2000 м, мы фактически моделируем противотечение. В этом случае для ликвидации разбалансов в слоях 5 и 6 требуются дополнительные мощные источники массы вод данного типа, существование которых маловероятно. Экспери­ менты II и Па показывают, что в случае отсутствия противотечения обратный метод позволяет получать картину течений, согла­ сующуюся со сложившимися ранее представлениями [6] .

Из табл. 2 также можно оценить уровень шума системьг, т. е .

в данном случае — это точность определения расхода; она равна 2— 3 св .

Таблица 2

Разбаланс массы Г,- (ев) до применения обратного метода:

и после при ранге матрицы р А = 4

–  –  –

Эксперимент II позволяет оценить абсолютную величину кли­ матического расхода Антарктического циркумполярного течения в Австрало-Антарктическом секторе в 200 св, что согласуется с оценками ряда авторов [4] .

–  –  –

. На примере Аметр ало-Ант арктического сектора Южного океана, т. е. 'в условиях сла1бо1стратафицирован1ного потока, испытан «обратный метод» расчета абсолютной скорости геострофического течения. Расчеты произведены по климатическим данным о поле плотности, что еще более усложнило условия испытания. Р езуль­ таты расчетов продемонстрировали возможность применения ме­ тода для таких слабостратифицированных бассейнов, как Южный океан. Метод позволил уточнить величины абсолютных скоростей Антарктического циркумполярного течения и получить оценку его расхода в рассматриваемом секторе, которые согласуются с ранее полученными результатами .

ЛИТЕРАТУРА ;

–  –  –

У Д К 551.466.326 .

Л. И. Л О П А Т У Х И И, В. А. Р О Ж К О В, С. А. Р У М Я Н Ц Е В А (Л О Г О И Н )

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ГЛАВНЫХ КОМПОНЕНТ

ДЛЯ РАЙОНИРОВАНИЯ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ

ПО РЕЖИМНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ВЕТРА И ВОЛН

В существующих справочниках режимные характеристики вет­ ра и волнения приводятся или по квадратам [11, 12], или по круп­ ным районам с учетом естественных региональных различий, или с произвольно заданными границами [10]. При таком подходе к райдаврова'нию отчетливо проявляются две крайности: дробле­ ние информации на мелкие градации (когда закономерности гео­ графического распределения тонут в широких доверительных ин­ тервалах выборочной изменчивости оценок режимных характе­ ристик) ; осреднение натурных данных по укрупненным градациям (когда возможно появление многовершинных распределений, я в ­ ляющихся смесью разнородных выборочных совокупностей, или получение оценок моментов этих распределений, смещенных в сто­ рону завышения или занижения по сравнению с аналогичными оценками однородных выборок) .

Устранить названные противоположные тенденции можно при условии нахождения однородных районов и уточнения их границ .

Такая задача является типичной задачей автоматической классификации [2, 9 ]. Качество классификации в значительной степей'и зависит от того, насколько удачно выбрана форма представления класса и составлено описание объекта классификации, т. е. сколь существенны характеризующие его признаки .

При изучении режима ветра и волнения наиболее часто исполь­ зуются следующие величины:

— скорость ветра (с модулем V и направлением a v) ;

— высота h, период т и направление распространения волн (с возможной детализацией волнения по параметрам h, т, а ветро­ вого волнения и систем зыби, выделяемых при визуальных наблю­ дениях) .

Эта многомерная исходная информация, рассматриваемая как система случайных величин rj, обобщается при заданном ком­ плексе условий W до получения функции распределения вероят­ ностей зависящей от параметра 0. В комплекс условий в первую очередь включаются параметры, характеризующие учас­ ток пространства (район) и промежуток времени (сезон, месяц) .

При изменении W могут изменяться как параметры 0 распределе­ ния, так и сам закон распределения F n (B). Поскольку закономер­ ности режима волнения и ветра формулируются в терминах функ­ ции распределения, то и признаки, через которые описывается объект классификации, должны быть также связаны с функ­ цией F W (•) .

.В наиболее общем случае, тогда в зависимости oit W меняется вид распределения и его параметры, в качестве признаков класси­ фикации могут быть взяты величины а&(-),фЛ-) разложения .

Функции распределения в ряд по ортонормированному базису [7] ^ (я,0 ) = (б )я р (Х ). (1 ) k Во многих практических приложениях постановку зад&чи классификации можно упростить за счет включения в систему случайных величин лишь трех компонентов ( V, h, т ), рассмотрение «х маргинальных (а не совместных) распределений и допущение (достаточно хорошо обоснованного в работах [4, 6 ] ), что распре­ деления аппроксимируются логарифмически нормальным (для h и т) Вейбулловским (для V) законом оо

–  –  –

где Яо,5, s, Fo,5, k — параметры распределений, x * — x/xo,s. При сделанных предположениях в качестве признаков для описания объекта классификации уместно.принять названные параметры распределений *, т. е. классификация Должна выполняться ъ 6-при­ знанном дростраяствё .

Рассмотрим,не1 ото.рые вопросы классификации на примере к Атлантического океана, для которого в работе [4] было выделено 35 районов (для удобства будем считать, что каждый из районов является однородным). Эти районы определены по особенностям атмосферной циркуляции над океанами. Диапазон изменения параметров маргинальных распределений скоростей ветра, высот волн 3%-ной обеспеченности и средних периодов приведены в ра­ боте [4 ]. Параметры формы эмпирических распределений опреде­ лялись по моментным или квантильным соотношениям (пара­ метры Sh и s z — квартилям). Значения медианы снимались с гра­ фиков эмпирических распределений, спрямленных на соответ­ ствующих функциональных сетках .

В работе [5] сопоставлены ареалы значений различных пара­ метров и Показано, что каждый из признаков классификация имеет свое пространственное распределение, т. е. визуально не представляется возможным выделить ареалы значений многомер­ ного признака. Существенным является также вопрос о взаимо­ связи признаков, положенных в основу классификации. В табл. 1 приведена корреляционная матрица, в которой показана зависи­ мость между различными параметрами маргинальных распределе­ ний. Из табл. 1 видно, что пренебрегать зависимостью между параметрами, как правило, нельзя .

Таблица 1

–  –  –

* Учитывая результаты работы [6, 7], при небходимости к числу призна­ ков могли бы быть добавлены параметры условных распределений высот и периоды волн, высот волн и скоростей ветра; следовательно, гипотеза неза­ висимости компонент (V, h, т) позволяет в первом приближении понизить р аз­ мерность призначного пространства .

На основе вышеизложенного возникают следующие задачи:

— учета в наиболее удобной и сж атой форме всей 6-мерной призначной информации;

— перехода к системе независимых признаков .

Следуя рекомендациям, приведенным в работах [1, 2, 3 ], при­ меним к решению названных задач метод главных компонент, позволяющий одновременно понизить размерность призначного пространства и перейти к системе независимых признаков. В со­ ответствии с указанным методом к аж д а я главная компонента yi = 2 а ц Xj (4) j является линейной комбинацией исходных признаков X j. Все у, коррелированы и упорядочены в порядке убывания их диспер­ сий Dy .

Расчет главных компонент (по алгоритму и программе из ра­ боты [ 1]) по системе признаков (Fo.s, Ао,5, то,5, k, Sn, s x) для 35 районов Атлантического океана показал, что первые две компо­ ненты у\ и у 2 учитывают около 9 4% общей дисперсии (табл. 2) .

–  –  –

В результате этой операции устанавливается соответствие для каждого района м еж ду значениями х { в исходном 6-призначном пространстве и значениями у,- в обобщенном ириэнач'ном простран­ стве главных компонент. Отметим, что исходное пространство удобно геометрически рассматривать как пространство пучков из трех прямых линий — маргинальных распределений, спрямлен­ ных на функциональных сетках (2), (3 ), причем к аж д ая прямая описана двумя параметрами — медианой и наклоном. Простран­ ство главных компонент может быть одномерным (уi) или д ву ­ мерным (у 1, уц).

З адача автоматической классификации обычно ставится в одной из двух формулировок:

— типизация, т- е. разбиение исследуемой совокупности эл е­ ментов на сравнительно небольшое число областей (аналогов интервалов группировки при обработке данных наблюдений) так, чтобы элементы одной области леж али по возможности на не­ большом расстоянии;

— естественное расслоение совокупности на кластеры (таксоны, образы), лежащие друг от друга на некотором расстоянии, но не разделяющиеся на столь ж е удаленные друг от друга части. Из двух формулировок вторая предпочтительнее, но далеко не всегда данные естественным образом кластеризуются; задача типизации разрешима всегда, так как всегда можно обосновать требуемое число разбиений .

В связи с тем, что медианы рассматриваемых рапределений вносят основной вклад компоненты у\ и у 2, были проведены рас­ четы этих компонент не только по шести, но и по трем параметрам (Vo,5, h0 to,5 На рис. 1 приведены диаграммы значений компо­,5, )ненты у \, определяемой для различных районов по шести и трем параметрам .

Из рисунка видно, что д а ж е по - одной компоненте м о ж ­ но 'выделить скопления точек, причем они почти одни и те же, независимо от количества параметров, принятых для расчета .

Выделение скоплений точек по медианным значениям скоростей ветра и элементов волн (рис. 1,6 ), хотя в принципе и возможно, не столь очевидно и приводит к неоднозначным выводам. На рис. 1,о четко выделяется семь скоплений и пять точек, которые трудно отнести к какому-либо скоплению точек. Эти семь скопле­ ний в принципе характеризуют основные климатические зоны, показанные на рис. 3. Например, районы 1— 6 относятся к поляр­ ной и умеренной зонам.северного полушария, 7— 1 0 — к субтропи­ ческой зоне. Тропическая зона северного полушария и эквато­ риальные зоны (районы 11— 22) подразделялись на два крупных района (11, 12, 14) и (17, 18, 2 0 — 2 2 ), а так ж е на четыре изоли­ рованных района, совпадающие с районами рис. 3. В южном по­ лушарии скопления точек еще более четко выражены. Данные рис. 1 показывают, что районирование по одной компоненте в принципе отражает климатическое районирование, принятое в [4] .

Однако классификация по одной компоненте позволяет выде­ лять самые общие закономерности, которые, в основном, опреде­ ляются генеральной схемой циркуляции атмосферы. Д л я более тщательного.районирования необходимо использование хотя бы еще одной компоненты — у 2. На рис. 2 в плоскости (уи у 2) при­ ведены значения первых двух компонент, определенных по шести и трем значениям параметров маргинальных распределений. Из рис. 2 так же, как из рис. 1, видно, что компоненты, определенные по шести и трем параметрам, имеют различные абсолютные зна­ чения. На рис. 2 показано три способа выделения районов, кото­ рые можно выполнить визуально (несмотря на весь субъективизм такого способа). Штрих-пунктиром разделены три крупных скоп­ ления точек, при этом районы на рис. 2, а и 2, 6 полностью совпа­ дают. Эти три района фактически выделили три климатические зоны северной и южной частей Атлантического океана — умерен­ ную, субтропическую и экваториальную. Это грубое подразделе­ ние океана можно несколько детализировать, расчленив его на пять районов (оконтурены сплошными линиями). В этом случае субтропические зоны подразделяются на два района и выделяется 5)

–  –  –

рис. 1. Значения компоненты у i, рассчитанной по шести (точки) и трем (крес­ тики параметрам маргинальных распределений (а), и значения медиан для, этих распределений и различных районов (б) .

Оконтурены скопления точек. Сезон сентябрь—ноябрь умеренная зона южной части Атлантического океана. Заметим, что и в этом случае принципиальные выводы, получаемые из рис. 2, а и 2,6, идентичны, а районирование подобно подразделе­ нию на климатические зоны. Более детальное районирование по­ казано на рис. 2.путем выделения штриховой линией более мелких Рис. 2.

Значения компонент у\ и у2 для различ­ ных районов (показаны цифрами):

а) расчет по шести параметрам; б) расчет по трем параметрам районов. В этом случае м еж ду praic..2, а и 2, 6 имеются различия как в количестве выделенных районов, так,и в номерах райо­ нов, относящихся к определенному скоплению точек, и в компакт­ ности их расположения. Это означает, что на карте Атлантиче­ ского океана конфигурация районов, выделенных по двумя пер­ вым компонентам, рассчитанным по шести и трем параметрам, будут различны. Эти расхождения достаточно наглядно прослежи­ ваются на рис. 3. Очевидно, расчет компонент у\ и у 2 по шести, а не по трем параметрам распределений позволяет более полно учесть особенности ветро-волновых, условий,на акватории океана .

Рис. 3. Районы Атлантического океана, выделенные по данным рис. 2 а) расчет у\ и уг по шести параметрам, б) то же по трем параметрам .

Цифры — номера районов по [4]. Сезон сентябрь—ноябрь Компромисс между детализацией и ' генерализацией опреде­ ляется практическими задачами. Например, если речь идет о трансатлантических перевозках, то подразделения на крупные районы вполне достаточно. Если необходимо определить ограни­ чения для эксплуатации-судов различного класса, то детализация должна быть максимально возможной, то ж е необходимо при районировании шельфа морей для учета специфики эксплуатации средств океанотехники, В заключение отметим, что здесь мы привели примеры только для осеннего (сентябрь— ноябрь) сезона. Д ля других сезонов все выводы сохраняются, хотя количество выделенных районов и их конфигурация будут различными. В статье не затронуты вопросы выборочной изменчивости параметров распределений и, следо ва­ тельно, компонент у\ и у 2. У малых выборок доверительные интер­ валы для параметров будут велики (см., например, [ 8 ] ) и не всегда расхождения в компонентах будут означать принадлеж­ ность к различным кластерам .

Таким образом, (несмотря на ограниченность использованных в работе натурных данных (океан с группировкой данных по 35 районам) и упрощенную постановку задачи классификации, приведенные выше результаты позволяют считать, что:

— метод главных компонент позволяет дать более объективное районирование морских акваторий по режимным характеристикам ветра и волнения, чем эмпирическое районирование по отдельным факторам или признакам;

— в первом приближении выбор шести параметров маргиналь­ ных распределений дает возможность учесть основные региональ­ ные различия ветроволнового режима .

В качестве очередных задач при классификации различных акваторий по вероятностным характеристикам ветра и -волн необ­ ходимо:

— определить степень влияния отбора признаков при переходе из пространства наблюдений в призначное пространство;

— изучить влияние нормировок разного вида (по теории р аз­ мерностей [4] или на среднее значение параметро© и их стандарт) на устойчивость кластеров в пространстве главных компонент;

— сопоставить результаты классификации, полученные по м е­ тоду главных компонент и по факторному анализу, менее чувстви­ тельному к операциям над параметрами разнофизической размер­ ности;

— учесть выборочную изменчивость признаков, положенных в основу классификации;

— применить количественные критерии кластерного анализа разбиения обобщенного призначного пространства на области сгущения с учетом доверительных границ оценок признаков .

ЛИТЕРАТУРА

1. Алгоритмическое и программное обеспечения прикладного статистического анализа. — М.: Наука, 1980 .

2. А л е к с а н д р о в В. В., Г о р с к и й-Н. Д., П о л я к о в А. О. Структурный метод упорядочения и классификации экспериментальных данных. — Л., Препринт ФТИ им. А. Ф. Иоффе АН СССР, 1978 .

3. Б о ц е н ю к К - Л., П а в е л к о В. Л., М а т в е е в А. А., Л е о н т ь е в а Л. И .

О снижении размерности пространства гидрохимического поля путем вве­ дения обобщенных показателей. Гидрохимические материалы, т.

78.— Л.:

Гидрометеоиздат, 1981 .

4. Ветер и волны в океанах и морях. Справочные данные. Под ред. И. Н. Давидана, Л. И. Лопатухина, В. А. Рожкова. — Л.: Транспорт, 1974 .

5. Д а в и д а н И. Н., Л о п а т у х и н Л. И. Закономерности распределения ветра и волн в океанах и морях. — Труды ГОИН, 1974, вып. 122, с. 108— 123 .

6. Д а в и д а н И. Н., Л оп а т у х и н Л. И., Р о ж к о в В. А. Ветровое волне­ ние как вероятностный гидродинамический процесс.— Л.: Гидрометео" издат, 1978 .

7. Д а в и д а и И. Н., Л о п а т у х и н Л. И., М и к у л и н с к а я С. М., Р о жk о в В. А., Ш а т о в Б. Н. Совместные распределения элементов волн й скоростей ветра.— Труды ГОИН, 1980, вып. 152, с. 113—128,

8. Л о п а т у х и н Л. И., О л ю н и н Ю. В., Р о ж к о в В. А. О параметрах ре­ жимных распределений скоростей ветра и элементов волн. — Научнотехнический сб. Регистра СССР, 1978, вып. 8, с. 129—146 .

9. И г о л к и н В. Н., К о в р и г и н А. П., С т а р ш и н о в А. И., Х о х л о в В. А .

Статистическая классификация, основанная на выборочных распределе­ ниях. Л., ЛГУ, 1978 .

10. Справочные данные по режиму ветров и волнения на морях, омывающих берега СССР. — Л.: Морской транспорт, 1962 .

11. A climatic resume of the Mediterranian sea. USA, Naval Weather Service Command. Navair 50—1C—64, 1975 .

12. Oceanographical Atlas of the North Atlantic ocean. Section IV, Sea and Swell. Washington D. C. U. S. Naval Oceanographical Office, 1963 .

УДК 551.465.4 П. А. В А И Н О В С К И И (Л Г М И )

О ФАКТОРНОМ А Н А Л И З Е В Е Р Т И К А Л Ь Н О Г О

Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Я ПЛОТНОСТИ ВОДЫ

Изучение особенностей пространственной структуры поля плот­ ности морской воды и формирующих его факторов является в а ж ­ ным аспектом современных исследований термодинамических про­ цессов в океанеВ данной работе ставилась задача статистического выделения главных факторов, определяющих формирование вертикально го распределения плотности, на основе объективного анализа резуль­ татов одноразовой гидрологической съемки .

Структурный анализ поля плотности проводился в рамках ф ак­ торной модели [ 4 ], которая в матричных обозначениях имеет вид X = F - A ' + z, (1) 2* 19 где X — исходная матрица плотности размерностью я Х т ; п — число станций; т. — число горизонтов наблюдений; F — матрица значений выделенных факторов размерностью nXk', k — число факторов; А — матрица коэффициентов корреляции между факто­ рами и исходными объектами, именуемая в многомерном ана­ лизе матрицей факторных нагрузок размерностью m X i ; е — матрица остатков размерностью п Х т, характеризующая вклад случайных ошибок и неучтенных факторов © структуру матри­ цы X .

В работе решалась факторная модель в классической п о ста­ новке, которая предполагает ортогональность факторов и взаимонезависимость факторов и остатков [3 ]. Конкретный вид. матриц А и F оценивался из принципа простой структуры [4 ], по кото­ рому каждый фактор должен быть связан устойчивыми корреля­ ционными зависимостями с малым числом объектов. Выделенные в рассматриваемой модели главные факторы характеризуют наи­ более устойчивые корреляционные взаимосвязи внутри исходной матрицы .

В целом задача была реализована на Э В М ЕС -1022. Конкрет­ ные процедуры расчетов подробно описаны в литературе по ф ак­ торному анализу [ 3, 4 ] .

Район исследований размерами 1 0 0 X 2 5 0 км с координатами центра,с = 54° с. ш., К = 35° з. д. расположен над Срединно-океа­ р ническим поднятием в Северной Атлантике. Средняя глубина в данном районе составила 2,500 м. Использовались материалы гидрологической съемки, выполненной НИС «Аякс» в 1976 г .

Характерная океанологическая особенность района исследова­ ний— наличие хорошо выраженного потока Северо-Атлантиче­ ского течения .

В результате проведенных расчетов выделено три главных фактора, описывающих поле плотности с точностью 96% - О став­ шиеся 4 % информации классифицированы в данной факторной модели как случайные ошибки и неучтенные специфические фак­ торы. Относительный вклад выделенных факторов в формирова­ ние результирующего поля плотности показан на рисунке, где цифрами 1, 2, 3 помечены вклады соответствующих факторов, цифрой 4 — (вклад случайных ошибок .

Анализируя полученные факторы, не трудно выделить гене­ ральный фактор 1, вносящий основной вклад в поле плотности — 63%. Значимость фактора 1 заметно уменьшается в деятельном и придонных слоях. Одновременно в деятельном слое растет вклад фактора 3, а в придонном тысячеметровом слое увеличи­ вается роль фактора 2.

Отмеченные особенности вертикального распределения факторов дают возможность интерпретировать факторы следующим образом:

фактор 1 — фактор общей циркуляции, характеризующий — влияние потока Северо-Атлантического течения и а формирование поля плотности;

— фактор i — топогенный фактор, определяющий изменчи­ вость поля плотности при обтекании потоком неровностей релье­ фа дна;

— фактор 3 — фактор деятельного слоя, описывающий вклад процессов теплового и динамического взаимодействия с атмосфе­ рой в формирование плотности,- Тогда структура плотности воды

–  –  –

в слое 500—1500 м определяется исключительно потоком СевероАтлантического течения. Плотность в слое 0—500 м определяется совместным влиянием общего потока (61%) и взаимодей­ ствием с атмосферой (27%). Такой баланс главных факто­ ров Для деятельного слоя согласуется с данными наблюдений [1] .

Плотность в слое 1500—2500 м находится под влиянием ведущего потока (54%) и процессов динамического взаимодействия потока с рельефом дна (33%). Значительное влияние топографии дна на формирование поля плотности в придонном слое толщиной 1000 м уже отмечалось в результатах теоретических исследований [2, 5], авторы которых указывали на возможность существования слож­ ной меандровой структуры гидрофизических полей в придонном слое толщиной, соизмеримой с высотой обтекаемого препятствия .

Уровень выделенных в данной модели ошибок невелик (около 4%), однако, в слоях 0:— 300—500, 2250—2500 м имеет место 20, увеличение модельнйх погрешностей до 9—16%. Видимо, отме­ ченная особенность подтверждает известный факт о том, что поле плотности в указанных слоях формируется,под влиянием большого числа разномасштабных факторов. В результате, факторная мо­ дель, не отражая здесь полностью всю сложную структуру ано­ малий плотности в этих слоях, показывает их значительную спе­ цифичность .

Параллельно с факторным анализом проводился расчет'главных компонент вертикального поля плотности в рассматриваемом районе. Полученные три главные компоненты также описывают около 95% дисперсии исходного поля, однако, не представляется в данном случае возможным дать им очевидное физическое толко­ вание .

С учетом результатов проведенного статистического анализа исходная матрица плотности корректировалась методом регрессии факторного анализа [4] с целью фильтрации классифицированных в данной модели ошибок. Полученная матрица отражает основ­ ные, наиболее стабильные особенности структуры поля плотности, соответствующие принятой трехфакторной модели. Сравнение ре­ зультатов расчетов геострофических течений по исходной и скор­ ректированной матрицам плотности показывает, что фильтрация плотности с помощью факторного анализа позволяет сгладить сложную картину течений в приповерхностном слое, возникающую под влиянием нестационарных маломасштабных динамических процессов на границе раздела океан—атмосфера .

Кратко резюмируем.

Проведение статистического факторного анализа поля плотности в рассматриваемом районе показало:

1) вертикальная структура поля плотности может быть с за­ данной точностью описана малым числом факторов;

2 ) особенности пространственной локализации выделенных факторов дают возможность найти им физическую интерпретацию;

3) скорректированная по результатам факторного анализа от­ ражает основные особенности, присущие полю плотности в дан­ ном районе .

Л И ТЕРАТУРА

1. Б ы ш е в В. М., С к о п к о в В. Г. О роли синоптических возмущений в из­ менчивость гидрологических условий в океане. — М., Океанология, 1980, № 6, с. 988—996 .

2. З ы р я н о в В. Н. Особенности морских течений в районах подводных хреб­ тов и изолированных поднятий дна. — В сб.: Условия среды и биопродук­ тивность моря. М., Легкая промышленность, 1982, с. 98—108 .

3. Л о у л и Д., М а к с в е л л А. Факторный анализ как статистический ме­ тод.— М.: Мир, 1967. — 144 с .

4. Х а р м а н Г. Современный факторный анализ.— М.: Статистика. 1973 — 486 с .

5. M c C a r t n e y М, S. The interaction of zonal currents with topoqraphy with applications to the Southern Ocean. — D e e p -S e a Res., 1976, v. 23, p. 413— 427 .

У Д К 551.46.07/08 И. П. КАРПОВА, Е. В. КАСЬЯНЕМКО (Л Г Mil)

ОБ ОЦЕН КЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Сложность океанических процессов, в формировании которых участвуют различные физические механизмы, привела к появле­ нию значительного Числа моделей для их расчета. По мере увели­ чения количества моделей становится все сложнее оценивать их качество, так как в океанологии пока нет общепринятых количе­ ственных критериев для подобных оценок. Сравнение результатов расчетов с натурными данными чаще всего носит чисто качествен­ ный характер, реже приводятся величины наибольших расхожде­ ний либо значения средних абсолютных или квадратических оши­ бок расчета. Это свидетельствует о целесообразности рассмотре­ ния существующих методов оценки точности расчетов и согласо­ ванности полей или рядов рассчитанных и измеренных величин, При этом (следует «им в виду, что оценки должны быть количе­ еть ственными, позволяющими составить, по возможности, объектив­ ное'заключение об успешности расчетов по модели, о преимущест­ вах данного варианта моделирования одного и того же процесса или одной модели по сравнению с другими, о возможных путях дальнейшего усовершенствования моделей .

Отсутствие океанологии общепринятых методов оценок точ­ в ности и согласованности рассчитанных и натурных данных, исклю­ чая морские прогнозы, заставило обратиться к смежным наукам, в частности к математической статистике и метеорологии [6, 7, 8] .

Использование критериев Стьюдента и Фишера (для оценки соот­ ветственно математических ожиданий и дисперсий), средней квадратической ошибки, коэффициентов парной и ранговой корре­ ляции рассмотрено в работе [2]. Получено, что наименее пригод­ ными для решения вышеуказанных задач являются критерии Стьюдента и Фишера. В данной работе для оценки успешности расчетов помимо критериев, использованных в работе [2] (исклю­ чая критерии Стьюдента и Фишера), дополнительно были исполь­ зованы следующие: средняя абсолютная ошибка расчета (б), параметр согласованности по знаку (р), коэффициент аналогич­ ности по Козыреву (К) и параметр качества расчета ( ). е Задача нахождения критериев успешности расчетов или мо­ делирования реализована на ЭЦВМ М-222. Рассчитаны следую­ щие характеристики .

1. Средняя абсолютная ошибка расчета (б): _ ^ t = J.|

–  –  –

где п+ — число членов ряда (Моля), у которых ан-омалии факти­ ческих и рассчитанных значений рассматриваемого элемента сов­ падают по знаку; п_ — число членов ряда (поля), у которых ана­ логичные аномалии не совпадают по знаку; п0 — число членов ряда (поля), у которых любая из аномалий имеет нулевое зна­ чение. Величина п0 формально влияет на р, так как отбрасывание его или перенесение из знаменателя в числитель скажется на абсолютной величине р в данном расчете, но не повлияет на исйо'льзобан'йб efd ib качестве критерия сбглашва'нностй расчётов по различным моделям или при различных вариантах моделирова­ ния. Значение р может меняться от + 1 до — 1. Если р 0, то рас­ чет знака аномалий оправдался более чем в 50% случаев .

Параметр р удобно применять в тех случаях, когда имеются нормы рассчитываемых элементов и расчет ведется в аномалиях .

В океанологии обычно ряды наблюдений явно недостаточны для нахождения объективных средних многолетних величин. В этом случае при использовании критерия р аномалии рассчитанных и натурных данных целесообразно находить как отклонение от математического ожидания характеристик натурного ряда, обеепечивающего единый объективный уровень для расчета в к аж ­ дом жойкретном случае .

7. Обеспеченность (Р ) того, что ошибка.не превышает задан­ ную величину d:

— Р= •100%,

•где п — число случаев, когда |b — a \ i d .

В качестве d можно задавать средние квадратические откло­ нения натурных данных (ста, 0,8 ста или 0,67 а а), величину допус­ тимой погрешности, определяемую потребителем, и т. д. Следует иметь в виду, что если расчеты выполняются для обширных райо­ нов океана, где изменения океанологических характеристик ве­ лики, то использование оа в качестве d нецелесообразно, ибо о б е с­ печенность будет заведомо равна 100% .

8. Коэффициент ранговой корреляции (т) и оценка уровня его статистичеокой значимости ( а ). Подробное описание метода ран­ говой корреляции скалярных величин дано Кенделом [ 4 ], а при­ менение метода для оценки согласованности векторных величин изложено в работе [2 ] .

9. Параметр качества расчета (е) [ 7 ] ; е = —. Чем е меньше, тем надежность метода лучше .

Вышеуказанное критерии точности и согласованности расчетов прежде всего были опробованы на материалах Атласа [ 1 ]. Пред­ ставилось интересным посмотреть, насколько согласованно проис­ ходит изменение во времени полей среднемесячной поверхностной температуры воды в Северной Атлантике и ка'к.на эти изменения будут реагировать отдельные критерии. Рассмотрена акватория от экватора до 70° с. ш.; расчетные точки расположены в центрах десятиградусных трапеций (. = 4 3 ) ; рассчитывалась согласован­ ность поля температуры воды в августе с полями температур в последующие месяцы до марта включительно. Результаты р ас­ четов для четырех месяцев представлены в табл. 1. Интересно от­ метить, что хотя критерии точности характеризуют сравнительно малые различия только в сентябре (б = 0,61° С, 5 = 0,90° С, Р И = ~ 81 %, е = 0,1 4 ), общая согласованность полей температуры про­ слеживается на протяжении семи месяцев. Так, критерии согласо­ ванности полей температуры воды в августе и марте остаются достаточно большими (г = 0,94, р = 0,58, т = 0,8 2 ) .

Оценки успешности расчетов отдельных океанологических Ха­ рактеристик выполнены по материалам работы [3 ], любезно пре­ доставленным ее авторами. В этой же работе изложены методики расчета поверхностной температуры и солености воды, а также толщины верхнего квазиоднородного слоя. В табл. 2 приведены характеристики успешности расчетов температуры воды в четырех точках Северной Атлантики за год ( N = = 1 2 ), а в табл. 3 анало­ гичные расчеты для полей температуры и солености на поверх­ ности ( N = 36). Рассчитанные климатические характеристики со­ поставлялись с данными Атласа [1 ] .

При рассмотрении табл. 2 следует обратить внимание йа раз­ личную годовую изменчивость температуры воды в расчетных точ­ ках: в низких широтах сга = 0,8 3 °С (точка 1), в умеренных оа = = 2,76° С (точка 4 ), годовая амплитуда температуры увеличи­ вается соответственно в 3,5 раза. Аналогичны вышеуказанному изменения величин абсолютной и квадратической ошибок: в низ­ ких широтах они примерно вдвое меньше, чем в умеренных. Для критериев согласованности годового хода температуры воды в це­ лом характерно увеличение с ростом широты места; качество р ас­ чета, характеризуемое параметром е, для точки 4 лучше, чем для тачки 1. В целом более успешными следует «считать расчеты для точек 2 к 4, так как несмотря на меньшую абсолютную точность расчета по сравнению с соответствующими значениями для точ­ ки 1, соотношения между средней абсолютной ошибкой и годовой амплитудой (Ь/А) для этих точек-минимальны, а при оценке точ­ ности расчета учитывается степень изменчивости рассматривае­ мых величин (например, оценка по а ) .

Расчет полей поверхностной температуры воды более успешен для февраля по сравнению с июлем (табл. 3 ), о чем свидетель­ ствуют все критерии точности и согласованности результатов р а с ­ четов. Для полей поверхностной солености характерна обратная картина: несколько более успешен расчет для летнего периода .

Оценка расчетов температуры воды Балтийского моря, выпол­ ненных студентом-дипломантом Л ГМ И С. И. Мастрюковым под руководством А. Б. Мензина, была проделана путем сопоставле­ ния с данными Ленца [9 ]. Поля температуры воды получены с по­ мощью электрической аналоговой модели [5 ]. Уравнение тепло­ проводности учитывало вертикальный и горизонтальный турбу­ лентный обмен и горизонтальную адвекцию. Шаг расчетной сетки 75 км, N — 43. Расчет выполнен для периода от сентября до фев­ раля и в целом вполне успешно. На поверхности средняя абсолют­ ная и квадратическая ошибки не превышали 0,6° С, К — = 0,01 -г- 0,05; г = 0,76 -*• 0,95; т = 0,56 -н 0,75; р = 0,72 -* 0,92;

Таблица 1

–  –  –

*РШ при 0,5°/оо d Р п = 84 -т- 97% - Состоетавлекие критериев уопешности расчетов для поверхности и горизонтов 20 и 40 м показало, что с глубиной качество расчетов ухудшается. Так, 6 становится более 0,8° С, 5 1,3 ° С, до 1,1 увеличивается К, уменьшается согласованность (г уменьшается до 0,49, т до 0,49, р до 0,44, Р п до 6 5 % ) .

Различие двух вариантов расчета температуры воды на по­ верхности Балтийского моря, выполненных для декабря, заклю ­ чалось в задании поля течений для учета адвекции тепла и коэф­ фициента вертикальной температуропроводности. В варианте J ветровые течения рассчитывались с помощью электромоделирова­ ния по среднемесячным полям атмосферного давления и зад а­ вался профиль коэффициента температуропроводности; в.варианте 2 скорости дрейфовых течений и коэффициент температуропровод­ ности задавались по данным К- С- Померанца .

Та б л и ц а 4 О е к в и н яо д л н хп р м т о н у п ш о т цн а л я и теьы а а ерв а с е нсь т м е а у ыв д в Б л и с о м р е прт р оы а т йк м о е

–  –  –

Как видно из табл. 4, абсолютно по всем показателям расчеты по варианту 1 лучше, чем по варианту 2 .

Таким образом, использование вышеописанных количествен­ ных критериев оценки результатов расчета целесообразно как в случае определения успешности метода, так и при моделирова­ нии гидрологических процессов. Проведенные расчеты подтвер­ дили выводы, полученные в работе [2 ] .

ЛИТЕРАТУРА

1 Атлас океанов. Атлантический и Индийский океаны. — JL: ГУНиО МО .

СССР, 1977. — 306 карт .

2. Де н ис ов С. И., К а р п о в а И. П. Оценка согласованности рассчитанных и натурных океанологических характеристик. — В сб.: Исследование и освоение Мирового океана, изд. ЛПИ, 1980, вып. 71, с. 121— 127 .

(ЛГМИ) .

3. К а р л и н Л. Н., К л ю й к о в Е. Ю., Пр о ' в от о р ов П. П. О математи­ ческом моделировании сезонных изменений вертикальной термохалинной структуры деятельного слоя океана. — В сб.: Исследование и освоение Мирового океана, изд. ЛПИ, 1978, вып. 66, с. 92— 105 (ЛГМИ) .

4. Ке н д э л М. Дж. Ранговые корреляции.— М.: Статистика, 1975. — 216 с .

5. М а к а р о в В. А., М е н з и н А Б. Моделирование океанологических процес­ сов. Учебное пособие. — Л., изд. ЛПИ, 1979. — 116 с .

6. М и т р о п о л ь с к и й А, К, Техника статистических вычислений. — М.: Наука, 1971. — 576 с,

7. Наставление по службе прогнозов.— Л.:. Гидрометеоиздат, раздел 3, часть III, 1975.— 135 с .

8. Х а н д о ж к о Л. А. Оценка успешности метеорологических прогнозов. Учеб­ ное пособие. — Л., изд. ЛПИ, 1977. — 67 с. (ЛГМИ) .

9. L е n z W. Monatskarten der Temperatur der Ostsee. Erganzungsheft zur Deutschen Hydrogr. Zeitsch Reihe B. (4°), № 11, Hamburg, 1971.— 148 c .

–  –  –

К ВОПРОСУ ОПРЕД ЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ

БЛАГО П РИЯ ТНЫ Х ГИДРОМ ЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ

УСЛО ВИЙ С М АЛО Й ЗАБЛАГО ВРЕМ ЕННОСТЬЮ

При гидрометеорологическом обеспечении 'народного хозяйства часто требуется определить на некоторый момент времени вероят­ ность нахождения комплекса гидрометеорологических параметров в определенном состоянии. В частности, иногда представляет ин­ терес определение вероятности нахождения комплекса гидроме­ теорологических параметров в двух состояниях: благоприятном и неблагоприятном. Использование в этом случае климатических повторяемостей представляется нецелесообразным, так как физи­ ческая связь в погодных процессах отмечается до десяти суток вперед .

Была проверена возможность применения теории марковских процессов для оценки вероятности появления благоприятных усло­ вий комплекса гидрометеорологических параметров на срок до десяти суток над Северной Атлантикой. Для этого были использо­ ваны (наблюдения на.су д н е погоды и выбран следующий комплекс погодных условий: высота нижней границы облачно­ сти ( Я ), дальность видимости (W ), скорость ветра (К ), высота волны (h ). Причем благоприятными считались условия одновре­ менного нахождения параметров в диапазонах: Я 1000 м, W 1 км, V 15 м -с-1, h 4,5 м .

Представим ход погодных условий в точке в виде чередования промежутков времени, в которых комплекс гидрометеорологиче­ ских параметров принимает благоприятные или неблагоприятные значения. Такой погодный процесс можно интерпретировать как марковский в том и только в том случае, если случайное время на­ хождения комплекса в определенном состоянии распределено по экспоненциальному закону. Теория марковских процессов позво­ ляет получить значение 'вероятности нахождения комплекса в /-том состоянии (в данном случае = 1 — благоприятные усло­ вия, / = 2 — неблагоприятные условия) в момент, времени t t 0, если известно, в каком из двух состояний находится система в на­ чальный момент времени t0 .

Расчеты показали достаточную близость выборочных распре­ делений к показательному закону. Пример оценки близости по критерию Пирсона приведен в таблице .

–  –  –

Было принято условие однородности рассматриваемого мар­ ковского процесса внутри месяца .

Поведение однородного марковского процесса во времени опре­ деляется переходными вероятностями P ij(x ), где х — интервал времени, прошедший после начального момента времени t0. Пере­ ходные вероятности р ц (х ) представляют собой вероятность на­ хождения системы в у-том состоянии в момент времени t° ± х если известно, что в момент времени система находится в со ­ стоянии L Для нахождения значений P ij(x ) можно воспользоваться пря­ мой системой дифференциальных уравнений Колмогорова, кото­ рая в матричном виде записывается в виде (1)

–  –  –

Uij — вероятность перехода из i -того состояния в состояние / =j= 1\ | Pij (т) | матрица переходных вероятностей; Ну^И— инфинитеj [— зимальная матрица (матрица интенсивностей переходов из состоя­ ния i в состояние / ) .

Тогда в нашем случае, используя систему (1 ), можно записать

–  –  –

Здесь yi и у2 имеют величину, равную величине среднего времени нахождения комплекса в благоприятном и неблагоприятном со ­ стоянии соответственно. Таким образом, зная, в каком состоянии (1 или 2) находится комплекс в настоящий момент, вероятности состояний комплекса в будущем можно получить по уравнениям системы (2 ). Так как такой процесс удовлетворяет теореме о эргодичности [ 1 ], то через определенный промежуток времени т вероятность того, что система будет находиться в каком-то состоя­ нии /, практически не зависит от исходного состояния i .

Из системы (1) можно получить, что этот промежуток времени составляет 3 Т\ здесь Т — среднее значение времени нахождения процесса в определенном состоянии .

В нашем случае расчеты показали, что 7 » 1, 5 2 суткам .

Поэтому нужно найти какую-либо типизацию погодных условий с Т ~ 3 - г - 4 суткам .

Кроме того, время сохранения типов должно быть распреде­ лено по показательному закону. Тогда, используя систему (1 ), в конечно-разностном виде II p a ( t + А/ ) || = \\pi } {t)W- (Ё+ Hvi i l l ), (3) где Е — единичная матрица .

Можно рассчитать вероятность появления любого типа из при­ мененной классификации сроком до десяти дней. Если известны вероятности появления благоприятных гидрометеорологических условий в каждом типе в отдельности, то по формуле полной вероятности можно найти вероятность осуществления благоприят­ ных гидрометеорологических условий на любой момент времени вперед .

ЛИТЕРАТУРА П р о х о р о в В. В.. Р о з а н о в Ю. А. Теория вероятностей. Предельные теоремы. Случайные процессы. — М.: Наука, 1967. — 496 с .

УДК 551.465.5 В. И. Д ЕН И СО В

О ВОЗМ ОЖ НОСТИ О Ц ЕН КИ ГРА Н И Ц ПРИМ ЕНИМ ОСТИ

М АТЕМ АТИЧЕСКОЙ М О Д ЕЛ И

Математическое моделирование, как известно, является одним из распространенных и эффективных методов исследования океа­ нологических процессов. Важной проблемой, возникающей при моделировании, является проблема оценки границ применимости модели для описания реального процесса. Границы применимости модели при предположении, что модель адекватна процессу, мож­ но определить как зависимость вероятных погрешностей модель­ ных расчетов от тех или иных упрощений и допущений, сделанных при построении модели. К таким допущениям, в частности, отно­ сится часто принимаемое предположение о постоянстве и точном значении различных коэффициентов обмена в уравнениях, опи­ сывающих модель. Однако в реальных условиях различные коэф­ фициенты обмена не остаются, по-видимому, постоянными, во вся­ ком случае, точно не известны. Обычно мы располагаем прибли­ женными величинами их средних значений. Следовательно, и с­ пользуемые при моделировании значения коэффициентов право­ мерно рассматривать как оценки математических ожиданий неко­ торых случайных величин, рассеивание которых может быть о ха­ рактеризовано их дисперсией. Отсюда следует, что границы при­ менимости модели могут быть охарактеризованы дисперсией мо­ дельных расчетов в функции дисперсий коэффициентовПродемонстрируем описанную возможность оценки границ применимости на примере простой модели, в качестве которой используется модель дрейфовых течений Экмана. В модели Экмана произведем оценку дисперсии модуля вектора скорости тече­ ния .

Как,известно [3, 6 ], решение уравнений (модели Экмана для случая глубокого моря приводит к следующим выражениям:

–  –  –

Широту места положим равной 60°.

Коэффициент турбулент­ ной диффузии и касательное напряжение ветра для случая глу­ бокого моря описываются следующими выражениями [6 ]:

–  –  –

где *л=1[ « ] — вероятность реализации значения я-случайной ве­ личины, распределенной по нормальному закону и имитирует нулевое математическое ожидание и единичную дисперсию, рас­ чет /^ „ [ [ я ] представляет собой стандартную операцию, осуществ­ ляемую на ЭВМ с помощью генератора случайных чисел (Г С Ч ):

N — число испытаний, которое в нашем примере равно 50; о к — V задаваемое среднеквадратическое отклонение коэффициента вер­ тикальной турбулентной диффузии .

П о ф орм улам (7 ) и (8 ) и м еем ^ = ^,+^.,W -v 9) Расчеты оценок математических ожиданий модуле_й скоростей течений — m v, среднеквадратических отклонений— \av \ и коэф­ фициентов вариации— ( \ a v \ltn v) проводились для скоростей ветра 1 -т- 30 м/с через 1 м/с и глубин 0, 10, 25, 50 и 100 м для нескольких вариантов величин а к .

Расчет производился по следующей схеме .

Для определенного горизонта и скорости ветра вычислялись т по формуле (6) и Kv по (5 ), затем для заданного значения на­ ходилась величина К'т по формуле (8) с использованием ГСЧ .

По формуле (9) вычислялось полное значение K v n которое ис­ пользовалось для расчета модуля скорости дрейфового течения Vn по выражению (3 ).

После расчета 50 значений У„ находились обычным порядком величины:

m v — оценка математического ожидания модуля скорости дрейфового течения;

\av \ — оценка срёднеквадратического отклонения скорости дрейфового течения;

IG I — коэффициент вариации .

mv Расчеты повторялись для различных глубин, скоростей ветра и различных значений ак (рис. 1— 8 ). Точность расчетов оцениваг* лась по формуле [1, 4, 5]

–  –  –

Рис. 3. Графики зависимости коэффициентов вариаций дрейфовых течений Экмана от a k v Для w = 4, б, 1, 13 м/с при г = 10 м Рис. 4. Графики зависимости коэффициентов вариаций дрейфовых течений Экмана от a/lv для w = 17, 20, 25 и 30 м/с при z = 10 м

–  –  –

mv, 1б„1 c m Рис. 7. Графики зависимостей оценок математических ожиданий (m v) и оценок дисперсий (l o^l ) дрейфовых течений Экмана для iv — 20 и 30 м/с при z = Ом

–  –  –

Рис. 8. Графики зависимостей оценок математических ожиданий (m v) и оценок дисперсий ( | S I ) дрейфовых течений Экмана для w — 20 и 30 м/с при г = 10 м .

1. Дрейфовые течения Экмана на поверхности имеют макси­ мальные возможные погрешности, причем, для течений, соответ­ ствующих скоростям ветра 4, 6, 13, 17, 25, 30 м/с, в их расчетах будет наблюдаться максимальный уровень погрешностей при по­ грешности коэффициента вертикальной турбулентной диффузии а. = 5 0 % -/Св. Для скоростей течений, соответствующих ветру V скоростью 10 и 20 м/с, максимальный уровень погрешностей будет наблюдаться при а,, = 100% •. Графики коэффициентов вариаV ции, данн-ые на рис. 1— 2, наглядно показывают, что область м ак ­ симальных погрешностей скоростей течений для z — Ош соответ­ ствует области от а к — 40% -Kv До о к = 130% •K v V V •2. Для (Поверхностных течений рост погрешностей происходит скачком либо при возрастании от 3 0 % - K v до 5 0 % 'К о, либо — V ----при возрастании ак от 6 0 % -Kv до 100% -/С „. Из расчетов елеV дует, что скачкообразно возрастают как оценки математических ожиданий, так и оценки дисперсий скоростей течений .

3. Н а глубинах, например уже при г = 10 м, как видно из рис. 3, 4, 6, 8, погрешности в расчетах возрастают монотонно до уровня 100%. При больших ак (более 100% - K v ) дисперсия теV чений стабилизируется и составляет величину, равную 'примерно половине.скорости течения. Дальнейший рост погрешностей в р ас­ четах при стабильной дисперсии |% | вызван уменьшением ско* ростей течений при возрастании .

V Кроме того, зная возможные погрешности модели при опреде­ ленных погрешностях задания коэффициентов, можно установить необходимую точность задания коэффициентов, обеспечивающую заданную точность модельных расчетов. Так, например, предполо­ жив, что если максимально возможная погрешность в расчетах скорости течения на поверхности при скорости ветра 30 м/с дол­ жна составлять не более 30 %, то необходимо задавать коэффи­ циент вертикальной турбулентной диффузии Kv с погрешностью не более 25%. Если же задание коэффициента вертикальной тур­ булентной диффузии в модели Экмана допускается с погреш­ ностью 50 %, то вероятная погрешность в расчете скорости тече­ ния при том же ветре 30 м/с достигнет уровня 380% (см. рис. 2 ) .

Оценка границ применимости модели дрейфовых течений Экмана производится, таким образом, на основании учета и ан а ­ лиза вероятных (Погрешностей в расчетах модели, которые вызы­ ваются погрешностями в задании коэффициента вертикальной турбулентной диффузии .

Есть основания считать, что предложенный способ оценки границ применимости математической модели Экмана возможно использовать и для анализа других океанологических моделей .

ЛИТЕРАТУРА 1 Б у с л е н к о Н. П. и др. Метод статистических испытаний (Монте-Карло).— .

М.: Физматгиз, 1962. — 342 с .

2. Вент це ль Е. С. Теория вероятностей (изд. 4-е).— М.: Наука, 1969. — 576 с .

3. Е г о р о в Н. И. Физическая океанография (изд. 2-е). Л., Гидрометеоиздат, 1974. — 455 с .

4. Ер м а к о в С. Л. Метод Монте-Карло и смежные вопросы (изд. 2-е). — М.:

Наука, 1975. — 471 с .

5. Соболь И. М. Метод Монте-Карло (изд. 3-е). — М.: Наука, 1978. — 64 с .

6. Фе ль з е н б а у м А. И. Теоретические основы и методы расчета установив­ шихся морских течений. М., изд. АН СССР,. 1960. — 127 с .

УДК 551.46.09 Ю. П. Д О Р О Н И Н, И. И. В О Л К О В, П.П. П Р О В О Т О Р О В, В. И. С Ы Ч Е В (Л Г М И )

–  –  –

В последнее десятилетие во всем мире резко возрос интерес к изучению Мирового океана как источника энергии. Это обуслов­ лено, главным образом, необходимостью освоить новые и мощные энергоресурсы взамен истощающихся традиционных — нефти, угля и газа. В немалой степени интерес этот предопределен и тем обстоятельством, что при современных темпах потребления сжи­ гаемого топлива существует реальная опасность механического, теплового и химического загрязнения окружающей среды. Интен­ сивно возводимые ныне атомные электростанции хотя и не дают механических и газовых отходов, но по сравнению, например, с обычными ТЭЦ опасности теплового загрязнения не снижают [7 ]. Океанские электростанции, не использующие никакого топ­ лива, а утилизирую щ ие энергию естественных гидрофизических процессов, в значительной мере лишены указанных недостатков .

Наиболее перспективны для освоения запасы внутренней и.хи ­ мической энергии, часто называемые энергией температурных и соленостных градиентов, запасы энергии ветровых волн, ст а ­ ционарных течений и приливов. Каждый из них имеет свои физи­ ческие и географические особенности, а также диапазон техниче­ ских подходов к извлечению полезной энергии. Общие запасы возобновляющейся энергии [1, 12] и всё более прогрессирующая технология ее извлечения позволяют надеяться, что океан сможет сыграть заметную роль в энергетическом обеспечении человече­ ства .

Трудности в освоении энергоресурсов океана вызваны прежде всего малой плотностью энергии и вытекающими отсюда послед­ ствиями— громоздкостью технических устройств, высокой себе­ стоимостью вырабатываемой электроэнергии и т. п. В свою оче­ редь плотность потока энергии ограничена физическими свой­ ствами океанской воды как материальной среды. В данной статье на основе анализа отдельных видов энергии океана, принципов и технических способов преобразования ее в электрическую сфор­ мулированы нерешенные вопросы «энергетического» освоения океана и возможные пути их решения .

Т е п л о в а я э н е р г и я - Под ней принято понимать контрасты внутренней энергии, обусловленной разностью температуры воды .

Сведения о зап асах этой энергии, вычисленной по полю темпера­ туры во всем Мировом океане и отдельных его частях, весьма приблизительны и нередко противоречивы. Годовая ее мощность, пропорциональная разности теплосодержания в верхнем 1000-метрово'м слое.между зоной теплых ®од в полосе ± 0 0 ° от экватора и зоной холодных вод в полосе 30— 60° обоих полушарий, состав­ ляет около 1018 кВ т-ч [ 4 ] ; по данным же [1 2 ], годовой запас энергии в океане за счет температурных градиентов достигает 1015 кВт-ч. На картах-схем ах тепловых ресурсов океана [1, 24] оконтуриваются экваториальные и тропические зоны, где всл ед ­ ствие неглубокого залегания главного термоклина, контрасты тем­ ператур между поверхностными и глубинными (обычно 500 или 1000 м) горизонтами максимальны, а следовательно, в этих райо­ нах отмечается наибольшая плотность энергии. Заметим в этой связи, что запас тепла при температуре окружающей среды, т. е .

в нейтрально стратифицированном океане, вообще не имеет ника­ кой энергетической ценности, ибо согласно законам термодина­ мики из него нельзя получить сколько бы то ни было механиче­ ской работы или электрической энергии .

Приводимые в литературе оценки запасов внутренней энергии в океане следует рассматривать как предельные. В действитель­ ности, учитывая потери при различного рода преобразованиях, полезная энергия составляет не более 3— 5% от общего ее запаса .

Однажо общепризнанных методик расчета основных термодинами­ ческих характеристик океана — внутренней энергии, энтальпии, энтропии, полной потенциальной (лабильной) и доступной лабиль­ ной энергии для различного рода процессов в океане пока не р аз­ работано. Поэтому представляется важной задача получения до­ стоверных оценок и схем распределения запасов различных видов энергии, с тем чтобы в районах с максимальной ее плотностью и скоростью возобновления часть энергии можно было бы преоб­ разовать в электрическую без ущерба для состояния окружающей среды .

Идея об использовании разницы температур в океане для по­ лучения электрической энергии была выдвинута, как изйестно, еще в прошлом веке французским физиком Д ’Арсенвалем, а ее техническое решение принадлежит Г. Клоду. Разработанные им проекты электростанций, использующих для работы тепловой м а­ шины поверхностную и глубинную морскую воду (источник тепла и хо л о д а), оказались в 3 0 — 40-х гг. нашего столетия сложными и неэкономичными. Проекты океанских термальных станций полу­ чили развитие лишь в 70-х г;г. (начало энергетического кризиса) в рамках так называемой программы О ТЕК [1, И, 12, 14 и др.] .

Особые надежды на станции системы О ТЕК возлагались в при­ брежных и островных районах. Так,.по плану Министерства энер­ гетики ‘США около 20%.потребностей в электроэнергии этой страны к 2000 г. намечается покрыть за счет возобновляющихся источни­ ков энергии, в том числе океанских ТЭС, расположенных в притропической зоне .

К настоящему времени проведены всесторонние технико-эко­ номические обоснования и построено несколько опытных устано­ вок системы О ТЕК, реализующих открытые или закрытые р або­ чие тепловые циклы. В установке с открытым рабочим циклом теплая морская вода в камере разрежения доводится до кипения .

Образующийся пар вращает турбину, затем конденсируется за счет контакта с холодной водой, поднимаемой с глубины 500— 1000 м. Более эффективными признаны станции, работающие по схеме (замкнутого цикла и иопользующие в качестве.рабочего тела жидкий аммиак или фреоны [.11, 14]. В «их теплая поверх­ ностная вода обтекает змеевик, содержащий, например, жидкий аммиак, испаряющийся при тепературе 2 0— 25° С. Пары аммиака проходят через турбину, а затем конденсируются в змеевиках, охлаждаемых водой, подаваемой насосами с глубины 500— 1000 м .

Вследствие малой пространственной изменчивости удельной концентрации (внутренней энергии сумм-арный К П Д океанских ТЭС не превосходит 2 —’3 %. Эксплуатация в течение длительного вре­ мени подобного рода систем возможна лишь при наличии течений, возобновляющих запасы тепла и восстанавливающих стратифика­ цию температуры в районах ТЭС. И х размещение наиболее эко­ номически целесообразно в тропических районах, где в слое 0— 1000 м перепады температур достигают 2 0 — 25° С. Но и в этих условиях необходимо обеспечить прохождение через установку системы О ТЕК огромных объемов воды и теплоносителя, в резуль­ тате чего океанские ТЭС должны иметь весьма внушительные р аз­ меры. Например, для обеспечения мощности в 100 М Вт при АТ = 10° С расход воды должен составить около 500 м3/с [1 4 ] .

Практический интерес представляют другие варианты исполне­ ния океанских ТЭС и способы преобразования тепловой энергии океана в электрическую.

Перспективны, например, системы для совместного использования тепловой энергии океана и солнечного излучения типа теплового насоса; проект ТЭС, по которому подъем холодной воды осуществляется с помощью эрлифта:

океанская ТЭС с термоэлектрическим принципом преобразования разницы температуры слоев воды в электрическую энергию и др .

[12, 14, 17]. Для районов высоких широт предложен полярный вариант исполнения системы ОТЕК, в котором используется теп­ ловой контраст между холбдным атмосферным воздухом и отно­ сительно теплой подледной водой [5 ] .

И з-за перемещения огромных объемов воды океанские ТЭС могут повлиять на погоду и климат не только в локальном, но и в глобальном масш табах. Возможно также значительное по­ ступление в атмосферу углекислого газа, высвобождающегося при подъеме холодной воды [14]- Определенный вред будет нано­ ситься и биологической среде. Следовательно, расценивать океан как реальный источник получения нетрадиционной энергии разумно будет лишь после комплексного изучения проблем, свя­ занных с восстановлением гидрофизической структуры и сохране­ нием окружающей среды .

Х и м и ч е с к а я э н е р г и я. Энергия, которая возникает за счет разности химических потенциалов между пресной и соленой водой, получила в литературе название энергии градиентов соле­ ности. В местах впадения рек в моря эта энергия является возоб­ новляемой. Общие ее запасы столь же велики, как и тепловой [12] .

Известны различные способы реализации энергии градиентов солености. Это использование осмотического давления между растворами с разной концентрацией солености, применение Анали­ тических батарей, использование разности давления пара над по­ верхностью воды с разной соленостью, а также теплоты кристал­ лизации воды с разной соленостью. К настоящему времени наибо­ лее изучен и проверен на практике, по крайней мере на уровне лабораторных экспериментов, способ использования осмотиче­ ского давления, возникающею при отделении полупроницаемой мембраной концентрированного раствора от более слабого. Пере­ ход жидкости через мембрану продолжается, как известно, до вы­ равнивания концентраций растворов или, при ограниченности их объемов, до тех пор пока разность гидравлических давлений АР в бассейнах по разные стороны мембраны не уравновесит осмоти­ ческое давление я. Собственно поэтому данный метод и назы­ вается «заторможенный давлением осмос» (З Д О ). Удельный по­ ток жидкости через мембрану / при этом явлении выражается формулой / = Л ( я —-Д Р ), (1) где А — константа проницаемости .

Осмотическое давление я в том случае, если одним из раство­ ров является (морская вода соленостью порядка 3 5 % 0, а другим — пресная вода, — составляет примерно 2 4 - 105 Н /м2, что эквива­ лентно гидравлическому напору столба воды высотой в 240 м [ 2 1 1. ' Второй способ получения электроэнергии основан на приме­ нении Аналитических батарей. Используя мембраны, проницаемые для катионов и анионов, которые отделяют морскую воду от реч­ ной, можно непосредственно генерировать электрический ток [1 6 ] .

Третий способ получения электроэнергии заключается в испрльЦ зовании эффекта разности давления пара над водой с высокой и низкой соленостью или над морской и пресной водой. При оди­ наковой температуре давление пара над рассолом меньше, чем над пресной водой. Поэтому поток пара, который возникает при соединении верхних частей резервуаров с рассолом и пресной во­ дой, может вращать турбину. В работе [19] утверждается, что один грамм воды переносит более девяти калорий между пресной водой и рассолом (исключая скрытую теплоту) .

Для исследования эффективности получения энергии по данному методу, называемому методом «обратного сжатия пара», была построена экспериментальная камера и небольшая модель [19] Выход энергии достигал 7 В т ic 1 м2 теплообменной поверх ноет;;

при температуре воды, равной 40° С. Трудность использования этого метода заключается в том, что пар переносит из отсека прес ной воды в отсек соленой воды скрытую теплоту конденсации .

Если эту теплоту не возвращать назад, поток пара будет умень­ шаться и затем прекратится. Чтобы пар отвести, требуется допол­ нительная энергия для создания вакуума в камере .

Наиболее перспективными методами получения электроэнер­ гии за счет градиентов солености, считают ЗДО и реверсивный электродиализ. Для получения электроэнергии по обоим этим методам необходимо создание селективных мембран, разработка которых в настоящее время находится на лабораторном уровне .

К числу других проблем, которые, должны быть исследованы, относятся:.поведение мембран в соленой воде, 'подведение и отвод потоков воды с обеих сторон мембран, а также разработка ме­ тодов предварительной обработки воды и рассола. Кроме того, предстоит решить вопросы заиления, биологического засорения и очистки устройств .

Э н е р г и я в е т р о в ы х в о л н. Для ее оценки в первом при­ ближении используется линейная теория волн. Кинетическая, по­ тенциальная и полная энергия, а также ее мощность, приходя­ щаяся на единицу длины волны, определяются по известным фор­ мулам .

Оценки энергии и мощности волн Мирового океана весьма противоречивы. Так, по данным [ 13], мощность волн Мирового океана равна 2,5-10 15 кВт, по данным же [2 5 ], эта величина со­ ставляет в среднем 6 - 1 0 15 кВт. Согласно работе [12] энергия волн Мирового океана составляет Ш20 Дж /год. Другой характеристи­ кой энергии волн является удельная мощность фронта волны, ко­ торая по данным работы [18] колеблется, в Мировом океане от 10 до 100 кВт/м .

Вопросам использования энергии волн в последние годы уде­ ляется значительное внимание. В Великобритании по данной проблеме в настоящее время работает 150 научных и конструктор­ ских групп. Основное внимание исследователей натравлено на создание преобразователей энергии морских волн. Отметим, что 'только в Великобритании, начиная с 1860 г., запатентовано более 350 преобразователей .

Достоинством использования волновой энергии является ее возобновляемость, близость «источника» энергии от берегов, воз­ можность получения максимального количества электроэнергии в осенне-зимний период, когда потребности в электроэнергии воз­ растают, а ее выработка гидростанциями снижается .

К факторам, ограничивающим использование волновой энер­ гии, следует отнести ее малую плотность, сильную изменчивости во времени, перерывы в эксплуатации в период ледостава в з а ­ мерзающих морях, трудные условия эксплуатации, особенно в периоды штормов. Однако основным сдерживающим фактором является отсутствие экономичных преобразователей .

Для снижения себестоимости электроэнергии должны быть ‘ е­ р шены следующие проблемы: разработка наиболее оптимального принципа преобразования энергии волн, который позволил бы от­ бирать, преобразовывать и передавать электроэнергию на берег с высоким К П Д; защита волновых ЭС во время шторма; разра­ ботка экономичной технологии изготовления строительных мате­ риалов, способных длительное время находиться в морской воде .

Кроме того, должны быть исследованы экологические факторы строительства волновых ЭС. При решении всего комплекса проб­ лем и надлежащем выборе участков для размещения волновых ЭС, использование энергии волн может быть экономически оправданным и конкурентоспособным относительно традицион­ ных источников энергии .

Э н е р г и я т е ч е н и й. Имеющиеся в литературе сведения об энергетическом потенциале океанских течений получены в предпо­ ложении о пропорциональности удельной энергии потока квадрату его средней скорости. Годовой поток энергии крупно- и среднемас­ штабных течений оценивается в 1018 Д ж [1 2 ]. Но эта энергия очень рассеяна, поскольку лишь отдельные сильные потоки про­ слеживаются в открытом океане, преимущественно вдоль его з а ­ падных границ. Так, энергетический потенциал Гольфстрима оце­ нивается в 2 - 10s Вт [17] при скорости 2 м/с, ширине 50 км, вер­ тикальной протяженности 120 м. Средняя кинетическая энергия течений поверхностного слоя Тихого океана, рассчитанных по ме­ тоду А. С. Саркисяна [ 3 ], составляет всего 10 Д ж /м 3. Поскольку средние течения не отражают истинной картины циркуляции вод, то подобные оценки мало что дают, особенно для понимания энер­ гетики течений мезо- и синоптического масштабов. Так, по под­ счетам [2 3 ], в поверхностном слое отношение энергии средних течений к энергии вихрей на преобладающей части акватории Мирового океана не превосходит одной десятойВвиду низких значений удельной плотности и емкости энергии течений, перспективы использования их менее привлекательны по сравнению, например, с тепловой или волновой энергией. Н еобхо­ димые для этой цели гидротурбины неконкурентоспособны по эффективности с системами преобразования тепловой энергии океана. И лишь в районах сильных постоянных потоков возможна реализация предложенных к настоящему времени немногочислен­ ных технических проектов. Например, предельный энергетический потенциал Флоридского течения JV « 0,3 ри3-А ки-Ц т-Ц е (2) оценивается в 2, 5 - Ю10 Вт [1 5 ]. Здесь А — выходная площадь ту р ­ бины; Аи — приращение скорости за счет трубы; 'ц т и це — м еха­ нический и электрический К П Д ротора и.генератора. Проведенные технико-экономические исследования по освоению энергии Фло­ ридского течения [15] подтвердили осуществимость соответствую­ щей программы. К аналогичному выводу пришли авторы [2 0 ], выполнившие подсчеты энергетического потенциала ВосточноАвстралийского течения и обсудившие варианты размещения в нем гидротурбин .

Таким образом, в узкостях, в районах сильных приливных и постоянных течений возможность преобразования 'кинетической энергии движущейся воды в электрическую вполне реальна. Но в большей степени важность детального изучения энергетики общей циркуляции океана обусловлена доминирующей ролью поля скорости течений в формировании других гидрофизических полей. Несмотря на то, что в океане отношение кинетической энергии к лабильной не превосходит нескольких процентов, иссле­ дование балансов всех форм океанской энергии возможно лишь при учете течений .

Э н е р г и я п р и л и в о в. В отличие от других океанских энер­ гоисточников история использования приливной энергии состав ­ ляет около тысячелетия. Первые установки представляли собой приливные мельницы небольшой мощности. В настоящее время з а ­ вершены или же находятся в стадии разработки проекты прилив­ ных электростанций мощностью в сотни и тысячи мегаватт. В них используется традиционный способ преобразования энергии на­ пора воды по принципу речного водотока с помощью низконапор ных установок. Кроме того, считается возможным использование колебаний уровня приливных течений и изменения давления жидкости при прохождении приливной волны .

Для оценки роли приливной энергии в мировом знергопотенциале, как и других возобновляющихся источников, приводят ве­ личину общего энергетического потенциала приливной волны, со­ ставляющую 3 •10 12 Вт [ 17]. Это значение уступает другим океанским источникам, но приливы отличаются более высокой по сравнению с ними концентрацией энергии- Подобное свойство дало основание считать, что мощность приливных энергетических установок может достигать Ю8—ТО10 Вт, превышая возможности.индивидуальных установок, использующих другие виды возоб­ новляющейся энергии океана .

Глобальные последствия, связанные с изъятием такого коли­ чества энергии приливной волны, можно оценить по диссипации энергии. Залуживающим признания может считаться объяснение ее влияния на замедление вращения Земли, а также увеличение расстояния между Луной и Землей. Тогда, считая возможным изъятие энергии, соизмеримой с величиной диссипации (2,6 — 3,0 -1 0 12 В т ), оценивают увеличение земных суток на 40 мкс, а диаметр орбиты Луны приблизительно на 6 см в год [9 ], что не может существенно повлиять на жизнь нашей планеты .

Приводимые в литературе оценки не дают точного ответа на вопрос, насколько мощным источником может служить энергия приливов. Объективный ответ могут дать расчеты возможной энергии приливов непосредственно для исследуемого бассейна на основе общих представлений или с помощью выражений, исполь­ зуемых в гидроэнергетике [2, 6 ] .

Детально изучены причины, усложняющие использование при­ ливной энергии и связанные с неравномерностью и периодич­ ностью приливов. Гораздо более трудным является выбор подхо­ дящих участков для сооружения крупных ПЭС, хотя к настоя­ щему времени практически все потенциальные участки выявлены и изучены, При экономическом обосновании необходим учет ряда естественных факторов. В первую очередь это касается оценки минимальной величины прилива, при которой целесообразно ис­ пользование его энергии. Считается, что полезное использование приливной энергии становится технически осуществимым на участках с величиной прилива, превышающей 3 М [22]'. Тем не менее известен опыт использования незначительной величины при­ лива (0,8 —1,8 м) для работы П Э С малой мощности (1 5 — 60 кВт) в Китае [2 ] .

При непосредственном проектировании приливных сооружений особое место занимает определение влияния уровня локального резонанса на характер потенциала приливной энергии. При этом существующие аномальные амплитуды приливов могут быть ре­ зультатом локаль'ных резонансов,.а явный поток энергии является видимой рециркуляцией энергии в приливном бассейне, попытка изъятия которой приведет к уменьшению амплитуды. Подобным примером может служить сооружение ПЭС на реке Ране, при ко­ тором уменьшение амплитуды привело к снижению потока энер­ гии до 80 % от величины, 'соотпветствуюшей начальной амплитуде .

В настоящее время проектирование ПЭС невозможно без про­ ведения численных экспериментов по определению вероятных ло­ кальных резонансов и связанных с ними изменений амплитуд .

Многочисленные эксперименты сопровождают проекты ПЭС в бухте Пассамакуоди залива Фанди [-8, 101. Основной проблемой при решении численных задач остается выбор модели, описываю­ щей с достаточной точностью поле главной" гармоники приливной волны. Практически не исследована возможность численного мо­ делирования для случая смешанных приливов, не определена точность аддитивного закона для получения результирующего прилива. Значительными трудностями сопровождается определенйе размеров области, в которой формируется собственный при­ лив бассейна при хорошем водообмене с соседней акваторией .

В результате.при 1 проектиро(вании ПЭС оказывается трудно предусмотреть возможные изменения приливного режима, а сле­ довательно, экологические последствия строительства. Кроме того, стоимость электроэнергии приливных установок все еще превы­ шает стоимость электроэнергии даже атомных электростанций .

Поэтому в настоящее время интенсивная разработка проектов ПЭС ведется для районов, где их сооружение экономически оправ­ дано: в заливе Фанди, в устьях рек Северн и Мезень. Но и в этом случае основная проблема заключается в трудностях покрытия начальных издержек на их сооружение. Тем не менее неоценимое преимущество приливов, как возобновляющегося источника энер­ гии, позволяет надеяться на успешную реализацию проектов использования приливной энергии уже в текущем столетии .

Таковы основные проблемы, связанные с освоением энергии океана. Несомненно, что дальнейшее изучение Мирового океана позволит выявить области с наибольшей плотностью энергии, а развитие техники даст возможность преобразовать ее в элек­ трическую с экономически эффективным КП Д. .

ЛИ ТЕРАТУРА 1 А к у л и ч ев В. А. Океан и энергетика. Природа, № 8, 1979, с. 29— 37 .

.

2. Б е р н шт е й н Л. Б. Приливные электростанции в современной энерге­ тике.— М.: Госэнергоиздат, 1961. — 272 с .

3. Га л е р к ин Л. И., Г р и ц е н к о А. И. Статистика поля циркуляции Тихого океана. Докл. АН СССР, т. 251, № 5, 1980, с. 1254— 1257 .

4. Л а п п о С. С. Энергетические оценки некоторых потенциалов и процессов в Мировом океане. В ' кн.: Среднемасштабные динамические процессы океана, возбуждаемые атмосферой.— М.: Наука, 1979, с. 140— 165 .

5. М а р о ч е к В. И., Со л о в ь е в С. П. Пасынки энергетики. — М., Знание, серия Техника, № 5, 1981.— 53 с .

6. Н е к р а с о в А. В. Приливные волны в окраинных морях. — Л.: Гидрометео­ издат, 1975. — 247 с .

7. С к а л к и н А. В., К а н а е в а А. А., К о п п И. 3. Энергетика и окружаю­ щая среда. — Л.: Энергоиздат, 1981. — 280 с .

8. G a r r e t t С. Tidal resonance in the Bay of Fundy and Gulf of Maine.-Nature .

vol. 238, no. 5365, 1972, p. 411— 443 .

9. G o l d r a i c h P. Tides and Earth-Moon system. Scient. Amer., 226, 5, no. 42, 1972 .

10. G r e e n b e r g D. Mathematical studies of tidal behavior in-the Bay of Fundy .

. Manuscr. Rep. Ser. no. 46, 1977, p. 127 .

11. H a 1 D. M. Electricity from seawater. Surveyor, vol. 14, no. 2, 1980, p. 20— 26 .

12. I s a a с s J. D., S c h m i t t W. R. Ocean energy: Forms and prospects. Science, v l. 2 7 n. 4 2, 1 8, p 2 5 7. ~ o 0, o 4 8 9 0. 6 -2 3

13. I s a a c s J. D., S e y m o u r R. J. The ocean as a power resource. Inf: Journ .

Environmental Studies. 1973, vol. 4, p. 201— 205 .

14 L a v i A. Ocean thermal energy conversion: A general introduction. Energy .

(U ), v l. 5 n. 6 1 8, p 4 9 4 0 K o, o, 9 0. 6 —8 .

1. L i ss am an P. B. S. The Coriolis Program. Oceanics, vol. 22, no. 4 1979 p. 23— 28 .

1. Loeb S. et al. Salinity power, potential and srocesses. Adv. Oceanogr., New York, London, 1978, p. 267— 288 .

'7. M o r a lee D. Energy from the sea. Electronics and Power, vol. 27, no. 7, 1979, p. 494— 501 .

Зак. 34 49

18. Ne wma n I. N. Power- from ocean waves. Oceanics. 1979— 1980, vol. 22, no. 4, p. 38— 45 .

19. О Is son M. et al. Salinity gradient power: utilizing vapor pressure diffe­ rence. Science, 1979, vol. 206, no. 4417, p. 452— 454 .

20. Th o ms o n K. D. The power potential of coastal currenis on Eastern and Southern Australia, vol. 5, 1980, p. 1 7 .

21. V i c k G. L. Power from salinity gradients. Energy, 1978, vol. 3, no. 1, p. 95-100 .

22. Voss A. Waves, currents, tides—- Problems and prospects. Energy, vol. 4, no. 5, 1979, p. 823— 831 .

23. W y r t k i K-, M a g a a r d L., H a g e r J. Eddy energy in the Oceans .

J. Geophys. Res., vol. 81, no. 15, 1976, p. 264il— 2646 .

24. W о 1f P. М., L e w i s L. W. Thermal resource availability. Energy (UK), vol. 5, no. 6, 1980, p. 525— 528 .

25. W o o d b r i d g e D. D. Ocean energy unlimited Energy (Technology, Washing­ ton, 1978, vol. 5, p. 664— 674 .

–  –  –

М Н О ГО Л ЕТ Н И Е К О Л ЕБА Н И Я ТЕМ П ЕРА ТУ РЫ ВОДЫ

П О ВЕРХН О С ТН О ГО СЛОЯ В С Е В Е Р Н О Й АТЛАНТИКЕ

Исследование долгопериодной изменчивости.поля температуры воды в океане и выяснение тенденций развития тепловых процес­ сов полезны при решении задачи крупномасштабного взаимодей­ ствия океана и атмосферы, а так ж е для разработки методов дол­ госрочных гидрометеорологических прогнозов .

Наряду с (комплексными э-йснедицвонным'и наследованиями по изучению причин образования аномальных условий в океане, предложено несколько моделей, объясняющих долгопериодные к о ­ лебания в тепловом режиме отдельных океанов [1 — 5; 14— 15] .

Однако причины формирования (Крупных аномалий в поле тем пе­ ратуры воды Северной Атлантики за отдельные годы не всегда удается установить и поэтому не представляется возможным прогнозировать перемещение очагов положительных или отрица­ тельных аномалий температуры воды .

Задачи данного исследования состояли в анализе межгодовых колебаний полей температуры воды поверхностного слоя, в коли­ чественной оценке аномальности полей среднемесячной тем пера­ туры воды и установлении цикличности тепловых процессов в С е­ верной Атлантике .

В предыдущих работах по изучению межгодовых изменений температуры воды данного района обычно использовались м а т е ­ риалы по квадратам Смеда и судам погоды [ 6 — 12]. Т а к по на­ блюдениям судов погоды, расположенных в системе течений Гольфстрим, установлено, что в 1955 г. прослеживалось пониже­ ние температуры воды,'достигш ее минимальной величины к на­ чалу 70-х -годов. Однако следует заметить, что в -самых северных районах (суда погоды «Л», «В ») до середины 60-х годов темпера­ тура воды повышалась, но затем также начала резко понижаться .

Особенно заметно похолодание прослеживалось в летние месяцы, так, например, ib районе судна погоды «Д » температура воды в 1951— 1955 гг. была больше на 2,4° С чем в 1966— 1970 гг. Это дало основание полагать, что в начале 70-х годов тепловое со­ стояние значительной части Северной Атлантики было близко к режиму, наблюдавшемуся в «малый ледниковый период»

(X V II—X I X и в.), [7, 13] .

Статистический анализ длительных рядов наблюдений пока­ зал, что преобладают колебания от 3 до 9 месяцев, а также 2 — 3-летние. Как известно квазидвухлетний цикл четко наблю­ дается в изменчивости стратосферных ветров в экваториальной зоне. Проявление этого цикла отмечено в атмосферной циркуля* ции тропосферы и 'изменчивости основных течений в тропических районах океанов .

В работе [8 ] указывалось, что возникновение крупных ано­ малий температуры воды в районе отдельных судов погоды свя­ зано с фазами квазидвухлетней цикличности ветра в экваториаль­ ной стратосфере. Обнаружено заметное уменьшение аномалий температуры воды поверхностного слоя в периоды смены фаз ветра в экваториальной стратосфере .

В данной работе для анализа многолетних колебаний тепло­ вых процессов в Северной Атлантике были использованы мате­ риалы о среднемесячной температуре воды поверхностного слоя с 1957 по 1979 гг. для 101 пятиградусного квадрата (рис. 1 ) .

–  –  –

наблюдалась синхронность их колебаний и только при больших величинах этих параметров она нарушалась. Кроме того, в измен­ чивости параметров р., и рА/ прослеживается 2 — 3-летняя Аw а цикличность, обусловленная действием Северо-Атлантического ко­ лебанияДля изучения пространственной изменчивости термического ре­ жима Северной Атлантики была построена карта повторяемости А / 1 ° С (рис. 2 ). Наибольшая повторяемость значительных ано­ малий температуры воды поверхностного слоя, достигающая 50— 6 0 %, прослеживается в Гольфстриме. На остальной аквато­ рии повторяемость крупных аномалий изменяется от 10 до -20% .

Средняя непрерывная продолжительность крупных аномалий температуры воды составляет около 3 месяцев, однако у побе­ режья США максимальная непрерывная продолжительность как положительных, так и отрицательных аномалий достигала 27 ме­ сяцев. Итак, крупные аномалии полей.температуры воды поверх­ ностного слоя обычно наблюдались при преобладании меридио­ нальное™ в атмосферной циркуляции над акваторией Северной Атлайтшш. Экстремальные велйчшш параметра аномальности tfenловых условий чаще всего прослеживались в летние месяцы .

С начала 50-х годов в большинстве районов Северной Атлан­ тики наблюдалось понижение теплового фонда, которое продол­ жалось до середины 70-х годов, С 1975 по 1980 гг. тепловое со­ стояние в целом всего рассматриваемого района можно отнести по параметру рд, к теплым годам. Это изменение тенденция в тепловых процессах Северной Атлантики согласуется с наметив­ шейся тенденцией с середины 70-х годов потепления климата в северном полушарии .

ЛИТЕРАТУРА

1. Д у ванин А. И. О модели взаимодействия между процессами в океане и атмосфере.— Океанология, 1968, вып. 4, с. 571— 588 .

2. М а р ч у к Г. И. Физика атмосферы и океана и проблема прогноза погоды .

Метеорология и гидрология, 1976, № 10, с. 3— 10 .

3. М а р ч у к Г. И. Моделирование изменений климата и проблема долгосроч­ ных прогнозов погоды. — Метеорология и гидрология, № 7, 1979, с. 25— 37 .

4. Н и к о л а е в Ю. В. Статистический анализ аномальных потоков тепла из океана в атмосферу (на примере Северной Атлантики). — Труды ААНИИ, 1976, т. 332, с. 114— 118 .

5. Н и к о л а е в Ю. В. Роль крупномасштабного взаимодействия атмосферы и океана в формировании аномалий погоды. — JL: Гидрометеоиздат .

1981, — 50 с .

6. К о н д р а т о в и ч К. В. Долгосрочные гидрометеорологические прогнозы в Северной Атлантике. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977. — 182 с .

7. П е р р и А. X, У о к е р Д ж. М. Система океан— атмосфера (перевод с англ.). — JL: Гидрометеоиздат, 1979. — 194 с .

8. Се р я к ов Е. И, Т и т о в Ю. Э. Формирование аномалий полей темпера­ туры воды поверхностного слоя в Северной Атлантике. — Труды ПИНРО, 1978, вып. 40, с. 84— 88 .

9. 'С е р я к о в Е. И. Долгосрочные прогнозы тепловых процессов в Северной Атлантике. — Л.: Гидрометеоиздат, 1979.— 164 с .

10. См и р н о в Н. П. К вопросу о многолетних колебаниях температуры по­ верхностных вод Северной Атлантики. — Труды ПИНРО, 1966, вып. 17, с. 108— 113 .

11. С о с к и н И. М., С м и р н о в а А. И, Ерофеева Е. С, К у з н е ц о в В. И Характер изменчивости суммарной теплоотдачи Северной Атлантики и не­ которые вопросы взаимодействия ее с температурой воды. — Труды ГОИН, 1976, вып. 131, с. 3— 28 .

12: С у х о в е й В. Ф. Изменчивость гидрологических условий Атлантического океана. — Киев, Наукова Думка, 1977. — 214 с .

13. Юр к о В. Т. Аномальность полей температуры воды в Северной Атлан­ тике. — Труды ВНИИ ГМИ, 1977, вып. 39, с. 60— 65 .

14. Rode wa Id М. Recent variations of; the. North Atlantic Sea surface tempe­ ratures and the Type tendencies of the atmospheric circulation.. JCNAF .

Res.Doc. 67/64, serial No 1854, June 1967, meeting, pp. 9— 15 .

15. Wel ch W, R. Trends of mean, monthly sea water temperatures 1950— 1966 at Boothbay Harbor Maine. JCNAF. Rec.' Dec. 67/37 serial No 1820, June 1967, meeting, pp. 7— 12 .

16. Wear e В. C. Temperature statistics of short-term climatic change. Monthly weather Revieu, 1979, vol 1.0, № 2, pp. 172-^-180 .

-57 У Д К 551.405 В. Н. ВОРОБЬЕВ, В. П. КОРОВИН, П. П. ПРОВОТОРОВ (Л ГМ И )

–  –  –

Основной целью 'Зкапедиадо.н'ных наследований в 17 рейсе НИС «Нерей», проводимых в рамках междуведомственной программы «Проект Б ал ти к а»,. являлся сбор данных о состоянии гидрологи­ ческих и гидрохимических полей в Балтийском море для изучения термохалинной структуры вод и ее изменчивости под воздействием естественных режимообразующих факторов, прежде всего водо­ обмена с Северным морем и речного стока .

–  –  –

Схема маршрута и расположения станций в период 17 рейса ИИС «Нерей» представлены на рис. 1. Трижды были повторены (с интервалом в 14 и 26 суток) два пересекающихся стандартных разреза: продольный по оси открытого моря и поперечный от о. Готланд до п. Веятш илс. Кроме того, производились наблюде­ ния на полигоне, расположенном к западу от о- Борнхольм, и з а ­ ключающиеся в выполнении двух многосуточных станций и трех­ кратных- съемок из 16 эпизодических станций. Этот комплекс позволил выявить.наиболее типичные особенности термохалинной структуры вод исследуемого региона в осенний период .

Общей особенностью вертикальной стратификации вод откры­ той Балтики является трехслойная, а в районе Готландской впа­ дины четырехслойная структура. Она характерна для данного сезона ц слагается из верхнего квазиоднородного слоя (ВК С ) толщиной 2 5 — 30 м, сезонного термоклина (СТ) с градиентами до 1° С/ м и придонного относительно теплого слоя, характеристики которого зависят от притока трансформированных (сравнительно теплых и соленых) североморских вод и удаленности океаногра­ фических станций от Д атских проливов. Н а мелководных станциях под влиянием ветрового перемешивания трех- и четырехслойные структуры вырождаются в двухслойную — поверхностную и при­ донную водные массы. Наиболее четко такая структура просле­ живается по вертикальному распределению температуры. Соленостная и плотностная 'стратификации выражены слабее. Лишь в непосредственной близости от о. Борнхольм четко выделяется придонный галоклин, существование которого можно объяснить подтоком свежих североморских вод .

Изменчивость термохалинных полей на акватории моря в те­ чение первого периода наблюдений (сентябрь»— начало октября) была незначительной. Со второй половины октября, вследствие ветрового и конвективного перемешивания, резко возросла мощ­ ность ВКС и обострился слой СТ. Характеристики придонных вод практически не претерпели изменений. К этому же времени про­ изошло общее понижение температуры верхнего слоя, составившее в среднем 5 ° С (рис. 2, а). Однако по-прежнему на всей аквато­ рии моря восточнее о. Борнхольм Г П Тдно, т. е. переход к осен­ ов не-зимнему режиму еще не произошел [2 ] .

Эволюция водных маюс хорошо прослеживается но Т, S -жривым, построенным по данным трех съемок (см- рис. 2, а ). Анализ Т, 5-кривых для станций продольного разреза позволил построить схему распределения водных масс (рис. 2, 6 ), характеристики ко­ торых приведены в табл. 1 .

Обращает на себя внимание линза пресной воды (см. рис. 2,6 ), обнаруженная в районе Готландской впадины при выполнении съемки в октябре 1981 г. и выделившаяся в отдельную водную массу. Это, очевидно, связано с тем, что распресненная вода из Рижского и Финского заливов распространяется по поверхности к северной оконечности о. Готланд, а затем опускается на юг вдоль его восточного берега .

Одним из важных этапов работ в 17 рейсе НИС «Нерей» яв­ лялись исследования на полигоне размером 2 5 X 4 5 миль, распо­ ложенном к западу от о. Борнхольм (см. рис. 1 ), где в период с 23 сентября по 26 октября были выполнены 3 площадные съемки и 2 многосуточные станции. Работы на полигоне включали обычныи комплекс гидрологических й гидрохимических наблюдений на стандартных горизонтах 16 станций, а на многосуточных станциях, где наблюдения велись с 3-часовой дискретностью, к ним добав­ лялись наблюдения над течениями и вертикальной термической структурой .

–  –  –

В 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Г С 8 9 10 11 12 Т ’С ~--- 1---Г

–  –  –

соленость ВКС практически оставалась неизменной, то темпера­ тура его вод от первой к последней съемке вследствие осеннего выхолаживания понизилась на 4 — 5° С .

Ниже верхнего квавиоднородного слоя располагался слой термоклина. Его занимали или балтийские, или североморские воды .

При этом первые характеризуются сравнительно низкой темпера­ турой и малой соленостью,, образуя холодный термоклин (рис. 3, а), а вторые являются более теплыми и солеными по от­ ношению к выше- и нижележащим водам и образуют теплый тер­ моклин (рис. 3, 6 ). Температура воды в холодном термоклине сначала понижалась, а затем повышалась, так что он разделялся нй верхний (прямой) и нижний (обратный) слои скачка. В теплом термоклине наблюдалась обратная картина (см. рис. 3,6 ). Он был выражен значительно слабее и градиент температуры здесь не превышал 0,4° С -м-1, тогда как в холодном термоклине гра­ диент в среднем составлял 1,5° С -м-1. Изменения солености в тер­ моклине были незначительны, особенно когда этот слой занимали балтийские воды. Однако при вторжении североморских вод гр а­ диент солености в теплом термоклине достигал 0,7% о-м -1 .

Третий, придонный слой, толщина которого в течение наблю­ дений на полигоне составляла 10— 12 м, в зависимости от района и глубины могли занимать воды североморского или балтийского происхождения, или же воды трансформированные. Этот слой в глубоководной части полигона характеризуется повышенной от­ носительно вышележащих вод соленостью. Необходимо отметить, что несмотря на столь сложную вертикальную структуру, повсе­ местно в районе полигона отмечалась устойчивая плотностная стратификация, обусловленая главным образом положительными градиентами солености .

Выполненные на многосуточных станциях 1 и 2 наблюдения позволили выявить некоторые особенности эволюции термической структуры и изменчивости гидрологических -характер-вслик. Анализ батитермографных данных показал, что изменчивость вертикаль ной термической структуры на МСС-1 выражалась как в колеба­ ниях значений градиентов, так и в глубине залегания и конфигу­ рации границ термоклин ов (рис. 3, б ). При этом удалось выде­ лить три основных тира термической структуры, последовательно сменявших друг друга. Аналогичные типовые структуры в измене­ ниях температурного профиля имели место на М СС-2 (рис. 3, г), но наблюдались они на фоне теплого термоклина и были менее выражены .

Причины циклической эволюции термической структуры, повидимому, -связаны с процессами -взаимодействия холодных бал­ тийских и теплых североморских вод. Определенный вклад в изме­ нения температурного профиля мог внести эффект «двойной диф­ фузии» тепла и соли или тепла и импульса [ 1]. Из возможных механизмов образования тонкой структуры именно он наиболее вероятен применительно к условиям Балтийского моря, когда вклады градиентов температуры и солености в градиент плотности противоположны. Срабатывает этот механизм при расположении холодной и относительно пресной воды над более теплой и соле­ ной за счет разности в коэффициентах диффузии тепла и соли .

При этом наряду с конвективным потоком тепла возникает поток соли, так что для образования ступенек. необходимым условием является достижение параметром R = pAS/а Д Г значения два [ 1], где а, р — коэффициент термического расширения и соленостного сжатия .

Об участии данного механизма в формировании термохалин­ ной структуры в период работы на полигоне косвенно можно су­ дить по значениям параметра, рассчитанным нами по данным наблюдений на МСС-1 для слоя 3 0 — 40 м и на М СС-2 для слоя 2 0 — 30 м (табл. 2 ). Как можно видеть, на обеих станциях значе­ ния R р были больше двух, следовательно, эффект различия в коэффициентах диффузии тепла и соли вполне мот быть ответ­ ственным за формирование вертикальной структуры полей темпе­ ратуры и солености в районе полигона .

Таблица 2 В б р ч ы (ч р з 1 ч з а е и п р м т а с р т ыо о н е ее 2 ) нчн я а а е р т а R п д н ы н б ю е и 1 р й а Н С« е е о а н м а л дн й 7 е с И Нр й

–  –  –

1 (12, 22.10) 0,47 15,74 3,62 0,19 0,23. 2,72 0,47 5 (00, 23.10) 20,94 0,39 44,55 6,48 1,58 9 (12, 23.10) 19,90 1,90 26,26 7,45 - 57,36 1,88 13 (00, 24.10) 2,26 25,38 0,01 17 (12, 24.10) 0,08 0,02 0,02 4,00 6,67 1,56 21 (00, 25.10) 51,36 1,30 39,92 Следует отметить, что взаимные переходы выявленных типов термической структуры на полигоне происходили с цикличностью примерно в 8 — 12 ч, однако обнаружить какую-либо взаимосвязь между элементами термоструктуры, в частности, между темпера­ турой и глубиной залегания ВКС, границей раздела верхнего и нижнего термоклпнов и температурой на этих границах, не у д а ­ лось. Не привел к отысканию определенных зависимостей и взаим­ ный анализ указанных выше параметров с отдельными метеоэле­ ментами— скоростью ветра и атмосферным давлением. Очевидно, для раскрытия причин эволюции вертикальной структуры необхо­ димо располагать результатами зондирования других гидрофизи­ ческих характеристик, в том числе солености и скорости течения .

Короткий ряд наблюдений на MGC не позволяет подробно исследовать временную изменчивость полей температуры и соле­ ности. Однако проведенный анализ показал, что в изменениях температуры наблюдаются внутрвсуточные колебания с периодом около полусуток и колебания, соответствующие синоптическим масш табам. Амплитуды этих колебаний составляют 3— 4° С и до­ стигают максимальных величин в слое 2 0 — 30 мВнутрисуточные колебания четко проявляются в слое термо­ клина и мало заметны в поверхностном и придонном слоях, что указывает на их связь с внутренними волнами. Колебания тем­ пературы синоптических масштабов охватывают всю толщу вод, причем в слоях придонном и термоклина они протекают в проти­ вофазе .

Колебания солености во.времени на полигоне были менее вы­ ражены и. наибольших величин достигали в придонном слое (3 — 4°/оо). Если короткопериодные колебания температуры не об ­ наруживают видимой связи с изменениями солености, то колеба­ ния синоптического масш таба этих характеристик тесно взаимо­ связаны и протекают синфазно .

Пространственная изменчивость температуры и солености в районе полигона довольно значительна (рис. 4 ), что связано с активным взаимодействием здесь североморских и балтийских вод. Максимальные пространственные градиенты температуры и солености отмечались в слоях термоклина и придонном. Слой термоклина во время 1-ой съемки (2 9 — 30 сентября) занимали однородные по солености и относительно холодные, с резкими го­ ризонтальными градиентами по температуре, воды (см .

рис. 4. а, б. По своим свойствам они близки к промежуточной балтийской водной массе. В придонном слое располагались в основном теплые и соленые воды североморского происхожде­ ния со значительными пространственными градиентами в полях температуры и солености (см. рис. А, в, г ). Ареал этих вод был вытянут в северо-восточном направлении и прослеживался вплоть до лролийа Хамрарне, а с запада и юга блокировались холодными и опресненными водами, занимающими мелководные районы полигона. Учитывая, что первой съемке предшествовала устойчи­ вая «гало'ветрен'ная погода, можно полагать, что такая схема р ас­ пределения вод в слоях термоклина и придонном типична для .

данного района .

Перед второй.съемкой преобладала усиленная штормовая деятельность с часто повторяющимися сильными ветровыми ветрами западной четверти. Это привело к существенной пере­ стройке термохалинной структуры: возросла мощность ВК С, у си ­ лился под воздействием западных ветров приток свежих северо­ морских вод, которые.распространились практически по всему полигону, образовав свой термоклин с повышенной температурой и более высокой соленостью (см. рис. 4,д, е). Температура в слое термоклина возросла в среднем на 5° С, а соленость на 5— 6% о .

5 Зак. 34 65 При этом примерно в- два раза уменьшились градиенты в поле температур и, наоборот, резко возросли горизонтальные градиенты солености .

Рис. 4. Распределение температуры и солености на полигоне по данным первой (слева) и второй (справа) съемок В придонном слое существенных изменений не произошло, за исключением разблокировки прохода для поступления свежих североморских вод, что привело к некоторому обострению гори­ зонтальных градиентов в поле солености и выравниванию темпе­ ратуры в этом слое на всей акватории полигона (см. рис. 4,ж, з) .

Сопоставление вертикальной термохалинной структуры ©од и их пространственного распределения в первых двух съемках на поли­ гоне между о. Борнхольм и Датскими проливами позволяет сформулировать качественную схему взаимодействия балтийских и се­ вероморских вод. Типовая структура вод в этом районе соответ­ ствует структуре, наблюденной во время. 1-ой съемки. Основную толщину вод до глубин 3 0 — 35 м занимают здесь трансформиро­ ванные или собственно балтийские воды, поступающие под воз­ действием естественного стока. Верхний слой, трансформируясь под влиянием процессов ветрового перемешивания и конвекции, образует ВК С. Под ним располагаются собственно балтийские воды, не затронутые указанными выше процессами, образующие слой холодного термоклина. Придонный слой, за исключением мелководных уяастков района, занимают воды североморского происхождения как более осолоненные и плотные .

С активизацией атмосферных процессов и усилением западных переносов начинается приток североморских вод через Датские проливы. Оттесняя балтийские воды на более высокие горизонты и к востоку, они занимают слой термоклина и освежают придон­ ные воды. Перемещаясь далее в северо-восточном направлении и частично трансформируясь, североморские воды через проход между Швецией и о. Борнхольм поступают в центральную часть Балтийского моря. Поскольку поступление балтийских вод в район между Датскими проливами и о. Борнхольм имеет адвективную природу, то оно возобновляется всякий раз с ослаб­ лением западных переносов, что подтверждается результатами наблюдений, полученными по третьей съемке, выполненной в мо­ мент начала перестройки процесса взаимодействия североморских и балтийских водСопоставление наблюденных полей температуры и солености в осенний период 1981 г. с данными наблюдений для этого же периода в 1980 г. обнаруживает помимо естественных качествен­ ных различий и существенные количественные изменения. Так, в сентябре 1981 г. почти на всей акватории моря верхний слой был холоднее приблизительно на 1°С (см. табл. 1 ), чем в тот же месяц 1980 г. Эта тенденция сохранилась и в октябре, хотя меж­ годовые контрасты были заметно ослаблены по сравнению с сен­ тябрьскими. Отличия в полях солености менее выражены, однако в 1980 г. галоклин был более заметен и обычно простирался до дна. Несколько -солонее, -примерно на 1% о, /в 1980 г. были.придон­ ные воды -в районе к.востоку от о. Борнхольм. Эти и некоторые другие различия в гидрохимических показателях вод Балтийского моря позволяют заключить, что осенью 1980 г. подток северомор­ ских вод был более интенсивным, что нашло отражение в тепло­ вом состоянии балтийских вод в целом. Добавим к этому, что тем­ пература воздуха осенью 1981 г. была на 2— 3°С ниже, чем в тот же период 1980 г .

ЛИТЕРАТУРА 1 Мо н и н А. С Озмидов Р. В. Океанская турбулентность. — Л.: Гидроме­.., теоиздат, 1981, с. 56— 76 .

2. Т а м с а л у Р. Э. Моделирование динамики и структуры вод Балтийского моря. Рига, 1979.— 152 с .

5* 67 У Д К 551.463 Л. Н. К А Р Л И Н, Е. Ю. К Л Ю Й К О В, В. П. П У Т И Н Ц Е В, В. Н. С Т А С Е Н К О, О. А. Т Р О Ф И М О В ( Л Г М И )

О Н ЕК О ТО РЫ Х О С О БЕН Н О СТЯХ

ТОНКОЙ ТЕРМ О ХА Л И Н Н О Й СТРУКТУРЫ

ЯП О Н СКО ГО МОРЯ

Одной из важнейших задач физической океанологии является изучение процессов, регулирующих передачу тепла, соли и коли­ чества движения в бароклинном слое океана. Этот слой характе­ ризуется в целом устойчивой стратификацией по плотности, по­ этому перемешивание в нем имеет своеобразный характер и осу­ ществляется эпизодически, когда складываются условия для возникновения турбулентного режима. При этом на профилях температуры и солености воды формируются тонкоструктур.ные особенности, по которым коав-еино- м ожно судить о характере пере­ мешивания. В связи с этим выяснение закономерностей распро­ странения и-пространственно-временной изменчивости элементоз тонкой структуры термохалинного поля позволяет глубже понять физику процессов, происходящих в бароклинном слое океана .

В последние годы наблюдения за тонкой структурой выпол­ няются в довольно большом количестве. Однако большая их часть проводится в открытом океане. Д ля внутренних морей этих д а н ­ ных значительно меньше. В работе изложены результаты иссле­ дований тонкой термохалинной структуры верхнего (до 200 м) слоя Японского моря, проведенных в период с августа по октябрь 1979 года на полигоне в северо-западной части моря. Размеры полигона 8 0 X 6 0 миль. Преобладающие глубины в районе работ порядка 3000— 3500 м. З а время исследований выполнено три по­ следовательных съемки: 8 — 12 августа, 13— 17 сентября и 4 — 9 ок­ тября. Наблюдения проводились S T D -зондом « B isset— B erm an — 9040». Эти съемки позволим проследить характер изменчивости тонкой термохалинной структуры не только по акватории поли­ гона, но и во времени. Возможности регистрирующей аппаратуры (технические даиные ее приведены в таблице) 'позволяли фикси­ ровать элементы тонкой структуры температуры и солености с разрешением по вертикали — 1,25 м. Скорость опускания зонда 0,3— 0,5 м/с .

Технические характеристики зоида

-. «Bisset— Berman— 9040»

Параметр Диапазон Чувствительность Погрешность Инерционность Температура 2° 35° С 0,005° С ±0,02° С 0,35 с Соленость - 0,005%о 30ч-40°/оо. ±0,02%о 0,35 с Глубина 0-f-1500 м — 0;1 с ±0,25%о Полученные вертикальные профили температуры и солености были подвергнуты статистической обработке на ЭВМ М-222- В ре­ зультате машинной обработки и последующего анализа получено представление об основных закономерностях распределения эле­ ментов тонкой структуры термохалинного поля. Остановимся на некоторых из них. Предварительно следует отметить, что в периоц исследований горизонтальная изменчивость термохалинной струк­ туры на полигоне была незначительной и район можно считать однородным .

Наибольший интерес представляют особенности формирования квазиоднородных слоев на глубинах ниже верхнего перемешан­ ного слоя. Характерно, что квазиоднородные слои л о температуре и плотности в большинстве случаев совпадают, хотя и имеются участки, где вследствие изменений солености наблюдаются их различия. Квазиоднородные слои имеют, как правило, большую мощность на тех глубинах, где фоновый градиент температуры или плотности наименьший. Гистограммы распределения толщин квазиоднородных слоев имеют различный вид для температуры и солености (рис. 1, а; 2, а). Для температуры наиболее часто (более чем в половине случаев) встречаются квазиоднородные слои толщиной от 1,25 до 3,75 м. В распределении квазиоднород­ ных слоев по солености имеется три максимума: на градациях 1,25— 2,50; 5,0 — 6,25 11, 2 5 — 12,50 м. Анализ временной изменчи­ вости показывает, что развитие квазиоднородных слоев на глуби­ нах не имеет сезонного хода. Их мощность и количество практи-'' чески не меняются от месяца к месяцу .

Проанализируем кривые равных значений совместных плот­ ностей вероятности характерных размеров слоев и градиентов температуры и солености воды в них. Из рис. 1,6 видно, что наи­ более вероятны размеры слоев около 2 — 3 м с градиентами темпе­ ратуры в них меньше — 2 - 1 0 _ 2 °С/м. Обращает на себя внимание довольно большая вероятность существования инверсий темпера­ туры, размеры которых не превышали 6 м, а градиент в них не наблюдался больше 2 •10~2 °С /с. Наблюдаемые инверсии не всегда гкомпенсированы соленостью. В этих случаях инверсии наблюда­ лись и на профилях плотности .

Иная картина для солености- Кривые двумерной плотности вероятности почти симметричны относительно нулевого градиента .

Это означает равновероятное существование положительных и от­ рицательных градиентов. Наблюдается три максимума в распре­ делении толщин слоев: 2,5 м, 6 м и 12,5 м, которые располагаются щоль нулевого градиента. Отмечается, что в слоях с большими азмерами почти не бывает отрицательных градиентов солености .

Примечательно, что подобная обработка наблюдений элеменов тонкой структуры в экваториальной части Тихого океана, выголненная.в [1, 2], дала аналогичные результаты. Двумерные плотгости вероятности толщин слоев с одинаковыми значениями тра­ хеитов температуры и солености в них имеют для обоих районов о

–  –  –

Рис. 1 Гистограмма повторяемости (а) изотер­ .

мических •слоев различной толщины и двумерная плотность вероятности (б ) толщин слоев и гра­ диентов температуры в них по измерениям на по­ лигоне. Сентябрь 1979 г .

Рис. 2. Гистограмма повторяемости- (а)’ изохалинных слоев различной толщины и двумерная плотность вероятности (б) толщин слоев и гра­ диентов солености в них по, измерениям, на поли­ гоне. Сентябрь 1.979 г .

почти одинаковый вид. Случайность ли это йлй проявление общей закономерности для различных районов Мирового океана?

Очень важно найти правильный ответ на этот вопрос. Поэтому необходимо дальнейшее расширение наблюдений за тонкой струк­ турой полей температуры и солености в различных районах Миро­ вого океана .

Л ИТЕРАТУРА

–  –  –

У Д К 551.468 .

Я. М. Т А Б А К А Ё В (Л Г М И )

ОЦЕНКА ЛИТОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

БЕРЕГОВОЙ СИСТЕМЫ ПРИ П ОМ О Щ И ЦЕПЕЙ МАРКОВА

Исследование береговой зоны с системных позиций позволяет говорить о наличии в ней таких системных свойств физического объекта как целостность, квазизамкнутость, консервативность, циклический характер изменения свойств объекта во времени .

Если первые три свойства новволяют унифицировать сбор и физи­ ческий анализ информции о береговой зоне на основе понятий «структура», «структурный уровень», «информативные признаки», то последний можно рассматривать в качестве физической основы для прогностической оценки поведения береговой зоны [1, 4 ] .

Анализ подобных цикличностей природных процессов можно про­ изводить различными математическими приемами. Однако лишь ограниченное их число дает возможность производить анализ коротких реализаций, которые чаще всего имеются по береговой зоне Мирового океана .

Процессы береговой зоны вследствие сложности причинноследственных связей имеют элементы случайности и потом у-до­ статочно полно и надежно не мЬгут быть 'выражены детермини­ стическими функциями. Анализ изменений береговой зоны и влияющих на эту изменчивость динамических причин позволяет говорить о ней как о физическом объекте с квазирегулярным х а ­ рактером своего функционирования. Таким образом, изменения береговой зоны обладают стохастическими свойствами и могут быть проанализированы и оценены конечными цепями Маркова, обладающими свойством сохранять память одного предшествующёго события — Марковская цепь 1-го порядка. Существуют Цепи более высокого порядка с.памятью до нескольких членов, однако применение этих цепей представляет определенные трудности из-за сложности вычислений [1, 3, 4 ]. Цепи подобного свойства впервые были описаны русским математиком Марковым в начале нашего века- Интерпретация геологических процессов с помощью этой модели начата еще в середине сороковых годов нашего сто­ летия советским ученым А. Б. Виетелиуеом, после чего было сд е­ лано несколько работ по изучению ритмичности осадочных фор­ маций как у нас, так и за рубежом [1, 4 ]. Однако до сих пор в литодинамике береговой зоны не было попыток анализа процес­ сов этой зоны с помощью марковских цепей .

Очнь важным при использовании цепей Маркова является их марковость, суть которой в зависимости каждого перехода от не­ посредственно предшествующего события или, если цепь более высокого порядка, от нескольких предшествующих событий (в этом случае вероятность перехода условная). Если природный процесс обладает этим свойством, то его можно отнести к стоха­ стическим марковским процессам. При этом время и состояния чаще всего дискретны .

Очень удобной формой представления марковских свойств какого-либо процесса является матричная форма. Каждый эле­ мент такой матрицы представляет собой вероятность перехода из одного состояния в другое, описывая все возможные варианты или состояния изучаемого множества. При анализе матрицы пере­ ходных вероятностей очень важно учитывать количество состоя­ ний и интервал опробования, так как не всегда используемое ко­ личество состояний.наиболее полно характеризует исследуемый процесс или явление. Это условие выполняется путем подборки таких интервалов и состояний, которые дают лучший показатель марковости процесса.

В предлагаемом расчете учитывается сле­ дующее:

1) незначительные изменения вероятности перехода в после­ довательности;

' 2) число переходов последовательности (оно должно быть таким большим, чтобы оценка статистических переходов была достоверной) .

Первое из этих условий легко проверяется при анализе вы­ борки данных на стационарность .

Рассмотрим реальную последовательность состояний береговой системы, представленную донной подсистемой и ее батиметри­ ческими и вещественными характеристиками. Из этих двух набо­ ров признаков возьмем только батиметрические, за которыми наибольший в данном случае ряд наблюдений и которые могут наилучшим образом отражать свойства подсистемы вследствие своей большей.консервативности. Для определения этих харак ­ теристик на. одном из репрезентативных участков полигона исслеДований (залцв Терпения Охотское море) было забито 20 свай по квадратной сетке со стороной 20 метров. Около них с перио­ дичностью 4 — 5 дней определялись отметки глубин и через 9 — 10 дней отбирались пробы современных рыхлых донных отложе­ ний. Для устранения случайных ошибок бралось среднеарифме­ тическое между несколькими точками по полигону. Таким обра­ зом была получена определенная дискретная последовательность

–  –  –

отметок дна- В этой последовательности было взято 4 состояния кратные 10 сантиметрам. Ш аг опробования подбирался по лучшей сходимости ряда и наиболее оптимальным оказался двухдневный интервал, который дал лучшее значение марковости явления и лучшую сходимость.в процессе перемножения матриц (рису­ нок). Состояния обозначим цифрами и получим следующую матрицу (в работе использована. программа Харбуха и БонемКартера [4 ] ) .

3 1 7 2 10'

–  –  –

Полученная матрица относится к «цепям без нестабилизированных м'ножеств состоящий». В тю же время это нестэбилизираванное множество не приводит к закрытым состояниям, что указы­ вает на возможность в конечном счете достижения цепью любого состояния через определенное количество шагов и позволяет от­ нести ее к цепям с регулярным состоянием. Этот вывод говорит о возможности проведения процесса исследований с получением новой информации до значительного времени. При этом следует заметить, что закрытые состояния относятся к новым особым свойствам марковских процессов. Попадая в это состояние, про­ цесс замыкается и из него не выходит. Если существует несколько состояний подобного рода, то может происходить несколько про­ цессов, независимых друг от друга с замкнутыми состояниями .

В то же время наша матрица имеет особенность, заключаю­ щуюся в том, что после ряда предшествующих переходов она по­ падает в два равновероятностных состояния. Это относится к со­ стоянию 1. Из него равновероятностные переходы к состояниям 1 и 2. В этом случае появляется одно полузамкнутое состояние .

Мы рассматриваем нашу матрицу при условии, что настоящее состояние только на один шаг влияет на последующие события .

Однако влияние цепи не ограничивается одним членом и может чувствоваться на много'шагов вперед. Значение матрицы на гра­ нице влияния представляет собой матрицу с одинаковыми столб­ цами- Это состояние достигается последовательным возведением в степень начальной матрицы переходных вероятностей. Несмотря на то, что в начальной матрице некоторые ч!Лейй равны нулю, при последующих операциях они приобретают вещественные зна­ чения.

Возведем нашу матрицу в степень до указанных кондиций:

0,32 0,60 0,08 0,00 0,22 0,58 0,03 0,18 0,02 0,14 0,57 0,27 0,45 0,52 0,00 0,03 0,08 0,27 0,41 0,24 0,27 0,08 0,41 0,24 0,08 0,27 0,41 0,24 0,08 0,27 0,41 0,24 Таким образом, влияние настоящего события на последующие в исследуемой матрице обрывается на 51 шаге. Если учесть, что 1 шаг равен 2 дням, то.период влияния равен 102 дням, т. е .

спустя 3,5 месяца литодинамический процесс не будет ипытывать влияния настоящей ситуации. Для представления порядка дости­ жения какого-либо состояния за несколько шагов вперед можно рассмотреть в качестве примера «дерево переходов» (см. рису­ нок). Из представленного рисунка ©идно, что одно и то же состоя­ ние может быть достигнуто различными путями. Например, со­ стояние 2 через 3 шага может быть достигнуто переходами 1—2— 1, 1— 2—3, 1 —2—2, 1— 1—2 или 1— 1. При этом наиболее вероятным будет переход 1—2— 2 с вероятностью 35%. Конечная матрица с равными столбцами имеет наибольший столбец-вектор на третьем состоянии. Из любого состояния в этом случае наибо­ лее вероятный переход в состояние 3. Значит, исходя из нашего ряда, 'батиметрическая характеристика методинамвчеакого про­ цесса нашего репрезентативного района стремится к своему чуть выше среднего значению. Такая конечная матрица указывает также вероятность появления в исходной последовательности раз­ личных состояний. Например, состояние 3 встречается в 41% слу­ чаев, а состояние 2 в 27% случаев. Из этого следует, что наиболее вероятное как в предыдущей последовательности, так и в после­ дующей состояние 3. Если учесть, что это состояние находится выше среднего, то можно сделать вывод об общей тенденции к на­ коплению материала « а фоне колебательных изменений отметок дна. Проверка на марковость нашего процесса производилась по Критерию х2. Для этого подсчитывалась величина

–  –  –

где Т — число интервалов по времени, показала примерно бли з­ кие значения этих,величин. Так % при 5% -м уровне значимости равнялась по-прежнему 16,92, а —2 In А = 17,02. Такая близость, значений позволяет в определенном смысле говорить о стацио­ нарности нашего процесса. Подобное соотношение % и —2 In X обычно соответствует случаю, когда на длительное периодическое колебание накладывается какая-то флуктуация. В случае корот­ ких ритмов со случайной компонентой — 2 1 п А х 2- Отсюда видно, что на исследуемую последовательность оказывает влияние цикли­ ческий процесс- Ввиду того, что измерения производились с перио­ дичностью, равной примерно одному естественно-синоптическому периоду, можно эти колебания отнести к волновым или межштормовым изменениям отметок дна и процесс считать марковским 1-го порядка .

До сих пор время и состояния считались дискретными и оце­ нивались только вероятности перехода. Однако некоторые авторы допускают возможность непрерывного времени и одновременно дискретного состояния и говорят о скорости перехода из одного состояния в другое [4 ]. Кажется нецелесообразным такое пред­ ставление процесса, так как в этом случае переход из состояния в состояние должен осуществляться мгновенно. Потому наиболее понятным следует, видимо, считать время ожидания того или иного состояния. Попробуем его оценить на нашем примере. Ско­ рость перехода в этом случае будем трактовать как время ожида­ ния того или иного состояния. Матрица времени ожидания суще­ ственно отличается от матрицы переходных вероятностей. Их за ­ висимость можно представить в виде

–  –  –

где qij — скорость перехода; P t — сумма недиагональных членов матрицы вероятностей перехода по строкам; M i — сумма недиаго­ нальных элементов цц. .

Д ля сравнения обе м атрицы м ожно записать в виде 0,00 0,00 0,50 0,50 0,50 0,15 0,70 0,15 0,00 0,30 0,10 0,70 0,20 0,00 0,30 0,00 0,30 0,67 0,00 0,30 0,00 0,69 0,00 0,69 — — 0,00 0,18 0,18 0,36 0,24 0,12 — 0,00 0,36 0,00 0,40 0,00 0,40 — Из матрицы видно, что ее диагональные элементы отсутствуют .

Это естественно, так как время ожидания своего же состояния не имеет смысла. Таким образом, время ожидания или время у в е­ личения мощности современных рыхлых донных отложений на на­ шем участке на 10 сантиметров составит всего 2 дня, а наиболь­ шая вероятность перехода будет из состояния 1 в состояние 2 и со­ ставит 69% из всех возможных переходов из 1-го состояния .

Ввиду того, что наша последовательность данных ориентиро­ вана только на штормовые изменения мощности соврменных рых­ лых донных отложений, а значит и на одну гармонику, анализ его ограничим цепями 1-го порядка. Такой вывод был подтверж­ ден попыткой расчета марковских цепей более высокого порядка .

Матрица вероятностного перехода в этом случае получилась не­ определенной .

Таким образом, получен способ вероятностной оценки развития части береговой системы, представленной достаточно коротким рядом наблюдений .

ЛИ ТЕРАТУРА

–  –  –

УД К 55 1.46 5.55.001.57(267 ) А. Б. МЕНЗИН, И. А. СЫРО В АТ КО (ЛГМИ)

ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ЗОН

В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ИНДИЙСКОГО ОКЕАНА

–  –  –

Здесь X — долгота; 0 — дополнение до широты; d — радиус Земли;

(о — угловая скорость вращения Земли; Н — глубина; г — коэф фициент донного трения; тое, ох составляющие тангенциального напряжения ветра;

(&)

-н где р' — отклонение давления от среднего значения; р'_н отклонение давления на. глубине Я. Начало координат расположено на возмущенной поверхности; ось z направлена вертикально вверх, система координат правая .

На границе рассматриваемой области принимаются условия:

либо г]; = const (южная, восточная, частично на севере рассматри­ ваемой области), либо dty/dti — 0, где п — нормаль к жидкой гра­ нице (западная граница, частично на севере области)- В б б л е е общем случае на границе принимаются условия с учетом предпо­ лагаемого переноса водных масс. Как показывают выполненные ранее исследования, например [7 ], выбор и задание граничных условий, таким образом, для открытых районов позволяет полу­ чить вполне удовлетворительные результаты по моделированию динамики вод. Для решения уравнения (1) использован метоц электрического моделирования [6], позволяющий во многом не только ускорить процесс решения, но и обойтись без дополнитель­ ной информации для задания граничных условий, например, зад а­ ния расходов на открытой границе, в случае рассмотрения много­ связанной области между островами (в нашей задаче имеется ряд контуров — Африка, Мадагаскар, Австралия) и ряде других случаев [7 ]. После получения решения уравнения (1) можно перейти к скоростям течений на отдельных горизонтах. Для этого был использован подход, предложенный в [4 ]. Для расчета дрей­ фовой составляющей скорости течения в верхнем пограничном слое использована полузмпирическая теория турбулентности для бароклинного океана, позволяющая в замкнутом виде сформули­ ровать задачу [2 ]. Вертикальная составляющая скорости рассчи­ тана из уравнения неразрывности .

Исходными данными послужили пять типовых барических по­ лей [1] и карты среднемесячного распределения полей плотности для всей толщи океана [1, 10]. Были выполнены исследования для всех пяти типов атмосферной циркуляции в центральной части Индийского океана: от 20 до 110° в. д. с шагом 4° и от 20 до 45° ю. ш. с шагом 1,5°. С целью выполнения детализации основных черт циркуляции в восточной части Индийского океана была рас­ смотрена область с более мелким шагом сетки — 1° по долготе и широте: от 83 до 110° в. д. и между 20 и 35° ю. ш. Рассмотрение этих районов объясняется особенностями циркуляции вод, которые расположены в антициклоническом поясе Индийского океана .

Детализация восточной части этого района выполнена с целью дальнейшей оценки зон анееллинга в этом регионе как одного из возможных районов для промысла [5]• В качестве иллюстрации результатов моделирования динамики вод а рис. 1 | 2 приводятся вертикальные скорости на горизон­ н и те 100 м для 4 типа атмосферной циркуляции — меридиональный с глубокой ложбиной в восточной части океана. Полученный ма­ териал удовлетворительно согласуется как с существующими представлениями о характере циркуляции вод в рассматриваемом районе, так и немногочисленными данными наблюдений за ско­ ростями течений [5, 9] .

Полученный материал позволяет выделить квазистационарные зоны циклонических и антициклонических круговоротов для к а ж ­ дого отдельного типа атмосферной циркуляции, кроме этого наме­ тить пограничные области между ними со значительным уровнем завихренности, что, как отмечалось выше, имеет большое значение для оценки продуктивности' зон, и перспективности промысла Рис. ]. Вертикальные скорости ( w 104 с м - с. - 1) на горизонте 100 м в цен­ тральной части Индийского океана Рис. 2. Вертикальные скорости ( w 104 см •с - 1) на горизонте 100 м в вос­ точно-центральной части Индийского океана .

З ак. 34 б этих районах. На рис. 3 приведены положения линий конвер­ генции и дивергенции в центральной части Индийского океана .

Здесь линия конвергенции достаточно хорошо совпадает с положе­ нием южной субтропической конвергенции [3]. Анализ поля вер­ тикальных скоростей (см. рис. 2) позволяет -выделить зоны ап веллинга в восточно-центральной части: между 100— 110° в. д., в пре делах 20—23° ю. ш. и 28— 30° ю. ш., для которых имеются указа­ ния на повышенную биологическую продуктивность [1, 5] .

–  –  –

Как показывает анализ полученного материала, имеются все возможности с помощью электрического аналогового и матема­ тического моделирования решить задачу -о стационарной ветро­ вой циркуляции в бароклинном океане с реальным рельефом дна и очертаниями берегов. В более общем случае область.-может быть многосвязанной с любым количеством контуров. Причем исполь­ зование электрических аналогов позволяет реализовать задачу с любым сколь угодно малым или большим шагом сетки, так как при любой конечно-разностной аппроксимации исходного уравне­ ния существует возможность, в отличии от ЦВМ, добиться устой­ чивости схемы соответствующим выбором критериев подобие между гидродинамическим полем и электрической схемой анало говой модели [6] .

В результате моделирования динамической структуры вол можно не только получить трехмерное поле скоростей течений, нс и, как видно из рис. 3, выделить линии конвергенции и диверген ции. Таким образом, представляется возможность проследить по ложение основных фронтальных зон при переходе от одного тип;

атмосферной циркуляции к другому .

Результаты исследований могут -быть использованы в дальней шем для сопоставления динамической и термической структур во;

центральной части Индийского океана, для выявления связи цир­ куляции вод с распределением биогенных элементов и, наконец, для прогноза изменения гидрологических условий, что связано с прогнозом поведения и урожайности объектов промысла в от­ крытом океане .

ЛИТЕРАТУРА

–  –  –

У Д К 551.46 К. Д. К Р Е Й М А Н, М. В. Н А З И М О В ( Л Г М И ), А. А. П Р О З О Р О В (Л О Г О И Н )

ВЛИ ЯНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

НА ПРОДУКЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В БЕЛОМ МОРЕ

Проблема рационального использования морских ресурсов на современном этапе определяет актуальность комплексных иссле­ дований морских экологических систем. В полной мере это отно­ сится к Белому морю, поскольку уровень изученности его экоси­ стемы все еще не удовлетворяет требованиям, определяемым интенсивным освоением морских ресурсов .

В настоящее время существует ряд работ, например, [1, 5, 6], посвященных математическому моделированию отдельных процес­ сов, протекающих в беломорской экосистеме. Однако трудно ука­ зать -модель, позволяющую хотя бы в самых общих чертах одно­ временно воспроизводить основные особенности как гидрологиче­ ского режима, так и продукционных процессов в Белом море и исследовать их -взаимосвязь. Между т-е-м ©опрос о прогнозе состояния.экосистемы, лежащий в центре проблемы рационального освоения морских ресурсов, может быть решен лишь при условии установления и всестороннего изучения связей между физиче­ скими процессами, протекающими в море .

Ниже приводится упрощенная модель химико-биологического комплекса, в основном завершающая этап (построения комплекс­ ной математической модели экосистемы пелагической части Белого моря. Работы по созданию отдельных блоков модели, опи­ сывающей основные гидрологические и продукционные процессы в Белом море е сезонным.масштабом, изменчивости, ведутся ну кафедре океанологии ЛГМ И в течение нескольких последних лет [б, 6]. Обобщение полученных к настоящему времени результатов позволило приступить к исследованию влияния некоторых о со ­ бенностей гидрологического режима на продукционные процессы в верхнем 1слое Белого моря. Анализ первых.результатов, полу­ ченных в этом направлении, является целью данной работы .

Принимая во внимание особенности гидрологического и хими­ ко-биологического режимов верхнего слоя Белого моря [2, 7], в качестве основных переменных состояниях модели были при­ няты температура и соленость воды, скорость непериодических течений, толщина, сплоченность и скорость дрейфа ледового по­ крова, подводная освещенность, концентрации питательных солей, биомассы фито- и зоопланктона. Следуя практике решения подоб­ ных задач, при работе над моделью были выделены динамический,, термохалинный, ледовый и химико-биологический блоки. Этэ позволило осуществить реализацию поставленной трехмерной не­ стационарной задачи поэтапно, что значительно облегчило ее численное решение .

В результате реализации трех первых блоков модели удалось воспроизвести характерные черты современного гидрологического режима верхнего слоя моря и его внутригодовую изменчивость .

Постановка отдельных задач и наиболее существенные резуль­ таты подробно изложены в отчетах по научной работе кафедры океанологии ЛГМ И за 1980— 1981 гг., а та к ж е'в работах [5, 6], что делает излишним повторение их в данной статье. Отметим лишь, что достаточно важным для дальнейшего моделирования экосистемы беломорской пелагиали представляются расчеты трех­ мерных полей непериодических течений в различные сезоны и в частности вертикальной циркуляции, с которой во многом свя­ зано перераспределение питательных'солей в море [2, 8], а также расчеты эволюции ледового покрова на акватории моря весной .

При формулировке модели экосистемы популяции фито- и зоо­ планктона рассматривались как однородные в силу значительного преобладания в водорослях,диатом ей, а в животном планктоне — копепод [7, 10, 13]. Пр иэтом в соответствии с принятой схемой трофических взаимоотношений динамику биомассы фитопланк­ тона (р) опредляли скорость его роста (yi), выедание зоопланк­ тоном и естественная смертность (уз).

Согласно результатам ис­ следования [ l l j при моделировании учитывалась зависимость’ скорости роста фитопланктона от температуры воды (Т ) и лими­ тирующих факторов, в качестве которых с учетом результатов работ [2, 7] выбраны освещенность (/) и концентрация нитрат­ ного азота ( N ) :

В модели полагалось, что изменение биомассы зоопланк­ тона (/) зависит от количества ассимилированной пищи — фито­ планктона и детрита {d\), трат на обмен и элиминации (ys)Интенсивность фильтрации воды зоопланктоном определялась с учетом влияния температуры [11]:

Y2 = 0, 0 1 2. е х р { 0, 0 8 - ( Г — 15) } .

Влияние на у2 изменения количества пищи при моделировании не учитывалось,,п оскольку для условий Белого моря этот вопрос, еще предстоит решить, а усложнение,в настоящее время модели включением в нее зависимостей, недостаточно подтвержденных материалами наблюдений, представляется не целесообразным .

В равной мере это относится и к вопросу об элективности питания беломорского зоопланктона, в связи с чем потребление рачками водорослей и детрита считалось равновероятным [11, 12]. В соот­ ветствии с экспериментальными данными [12] усвояемость пищи зоопланктоном (ц) считалась постоянной. Зависимость от температуры воды интенсивности обмена зоопланктона (у4) и ин­ тенсивности экскреции им азота (у7) согласно [11] учитывались в виде у = у20-ехр {0,0734- (Г — 20)}, где у20 — интенсивность соответствующего процесса при темпера­ туре 20° С. ' При моделировании полагалось, что. количество косного орга­ нического вещества увеличивается за счет выделения зоопланкто­ ном неусвоенной пищи, экскреции рачков и отмирания раститель того и животного планктона. Расход косного органического вещ е­ ства происходил под влиянием процессов окисления и в резуль­ тате выедания зоопланктоном его взвешенной части. Соотношение растворенного и взвешенного органического вещества в связи : недостаточной экспериментальной изученностью для условий Зелого моря считалось неизменным и близким к среднему для лорской воды значению, равному десяти [9 ]. В модели рассм а­ тривалось не все косное органическое вещество-, а лишь содержацийся в нем органический азот (N0). При этом учитывалась Минерализация М0., приводящая к пополнению запаса питатель­ ных солей. Согласно данным работы [И ] скорости протекания трех этапов минерализации азота зависят от температуры у = а-ехр { b -Т } .

Д ля скоростей аммонификации (у8) а = 0,02 сут-1 ; b = 0,147 град-1 ;

первой стадии нитрификации (79) а = 0,04 сут-1 ; b = 0,1 град-1 :и второй стадии нитрификации (ую) а = 0,08 сут-1 ; b = 0,1 град-1 .

Потребление нитратного азота фитопланктоном принималось про­ порциональным (уб) приросту биомассы водорослей .

Наряду с перечисленными факторами при моделировании учи­ тывалось, что концентрации планктона и питательных солей изме­ нялись под влиянием вертикальной турбулентной Диффузий и адвективного переноса. Скорость гравитационного оседания фи­ топланктона в верхнем слое моря рассчитывалась с учетом раз­ меров клеток в зависимости от температуры воды по формуле W — 0,1 -ехр {0,14-7'} .

\ На основании экспериментальных данных [11] скорость осаж­ дения частиц детрита (w2) полагалась на два порядка больше скорости опускания живых клеток водорослей .

С учетом изложенных допущений, а также предварительной оценки относительной значимости различных членов в уравнениях для биогенных элементов, фито- и зоопланктона химико-биологи­ ческий блок модели может быть представлен в виде др д др др T t = T z K T z ~ i'W + Wl) Tz + V I - P - Y 2 - P - / - Y 3 - P (2)

–  –  –

где ф — начальная фаза; /тах = 21 М д ж • о м~2•сут-1 ; Л^ — спло­ ченность льдов; г) — коэффициент пропорциональности, определяю­ щий степень поглощения света льдом. Согласно оценкам [7] он был принят равным 0,85. Мощность трофогенного слоя в Белом море не более 30—50 м [2, 7 ], поэтому расчёты ограничились пятидесятиметровой глубиной, здесь задавались концентраций планктона и питательных солей. В тех случаях, когда глубина была меньше 50 м, для всех субстанций принималось отсутствие потока через дно .

В начальный момент времени по всей трехмерной расчетной области, включающей Бассейн, Кандалакшский, Онежский и Двинский заливы, задавались распределения фито- и зоопланк­ тона и питательных солей, характерные для предвесеннего пе­ риода [4, 8, 10, 13] .

Химико-биологический блок модели был реализован с исполь­ зованием'численного метода.прогонки. Полученные ранее резуль­ таты моделирования внутригодовой изменчивости гидрологиче­ ского режима верхнего слоя Белого моря позволили рассчитать динамику перечисленных компонент химико-биологического ком­ плекса на протяжении периода с апреля по декабрь, включающего биологическую ©есну, лето и осень.

При выполнении расчетов основные коэффициенты, определяющие трофические взаимоотно­ шения в рассматриваемой экосистеме согласно [11, 12], были вы­ браны следующими:

уз = 0,1 су т"1; у4° = 0,7 с у т -1; ^5 = 0,05 сут-1 ;

–  –  –

где Ai — доля детрита,в.косном органическом веществе; Аг — доля органического азота в продуктах экскреции зоопланктона; а \, os2, аз — относительное.содержание азота в клеш ах фитопланктона, зоопланктона и детрита соответственно .

Моделирование сезонного хода продукционных процессов в пре­ делах расчетной области позволило выявить основные закономерностй пространственной и временной изменчивости компонент хи­ мико-биологического комплекса экосистемы пелагической части Белого моря. Распределение интегральной (под метром квадрат­ ным морской поверхности) биомассы фитопланктона Ри по аква­ тории моря характеризуется наличием максимумов, располагаю­ щихся у выходов из заливов, областью пониженных значений Рл Рис. 1. Рассчитанное на начало июня распределение интегральной биомас­ сы (г •м - 2) фитопланктона в центральной части Бассейна и уменьшением биомассы водорос­ лей по направлению к вершинам заливов (рис. 1). При этом наи­ большие значения Рж отмечаются у северо-западного побережья моря между п. Умба и п- Кашкаранцы. Полученные закономер­ ности пространственного распределения величин Рж в целом под­ тверждаются материалами наблюдений [3] согласно которым в летний период повышенные величины биомассы фитопланктона наблюдаются на выходах из Кандалакшского и Онежского зали­ вов и пониженные — в Онежском заливе .

Характерной чертой вертикального распределения фитопланк­ тона весной является приуроченность максимума рассчитанной биомассы водорослей к поверхности моря. В летне-осенний период максимум биомассы фитопланктона заглубляется и располагается в облаете пикноклина (рис. 2). Сезонный ход расчетной инте­ гральной биомассы фитопланктона близок к реальной дина­ мике Рш в море и имеет два пика — весенний и летний, прихо­ дящиеся на начало июля и начало августа соответственно (рис. 3) .

Сезонный ход интегральной (под метром квадратным морской поверхности) биомассы зоопланктона FK характеризуется нали­ чием максимума в июле .

IЛ Рис. 2.

Вертикальное распределение кон­ центраций фитопланктона (мг м~3) и нитратного азо та (мг — N •М -3)':

U 3 — распределение фитопланктона в К ан ­ далакш ском заливе в начале июня и на­ чале августа соответственно; 2, 4 — р а с ­ пределение фитопланктона в районе Горлз в начале июня и в начале августа со о т­ ветственно; 5, 6 — распределение нитрат­ ного азо та в начале августа в К андалакш ­ ском заливе и в районе Горла соответ­ ственно Рис. 3.

Динамика интегральной биомассы (г •м -2 ) фито- и зоопланктона в К андалакш ском заливе:

1 — наблюдения [4]; 2, 3 — расчет Рк и F K соот­ ветственно при климатических значениях внеш­ них параметров модели экосистемы; 4, 5 — р ас­ чет Р п для «теплого» и «холодного» лета соот­ ветственно; 6 — рассчитанные величины Р п без учета регенерации питательных солей Расчеты показывают, что температура воды влияет на Дина­ мику биомассы фитопланктона на протяжении всего вегетацион­ ного периода. Причем степень этого влияния в различные сезоны неодинакова (Ю рис. 3 ). Наибольшее значение оно приобретает м .

в летне-осенний период, когда в условиях дефицита питательных Солей существенную роль играют процессы регенерации азота, сильно зависящие от температуры [1 1]. При этом следует отме­ тить, что увеличение скорости регенерации азота, вызванйое се­ зонным ходом температуры воды, яв'ляется,- по-видимому, одной

–  –  –

из причин существования в Белом море летней вспышки фито­ планктона. Сказанное иллюстрирует приведенные на рис. 3 р ас­ четы сезонной динамики Р ш в «теплое» (температура воды в лет­ ние месяцы на два-три градуса выше климатической), в «холод­ ное» (температура воды в летние месяцы на два-три градуса ниже климатической) лето и без учета, пополнения питательных солей в верхнем слое моря за счет минерализации органического азота .

Полученные данные свидетельствуют о том, что влияние весен­ ней эволюции ледового покрова на ход продукционных про­ цессов в пелагической части моря проявляется не только весной, но и летом. Так, например, величина летнего максимума биомассы водорослей в зависимости от сплоченности льдов в апреле может меняться почти в два раза (рис. 4,6 ). Влияние ледяного покрова Начинает заметно сказываться на ходе продукционных процессов лишь при сплоченности выше 0,5. При этом весеннее развитие водорослей задерживается на тем больший срок, а сама вспышка достигает тем большего значения, чем выше сплоченность льдов в апреле .

Известно, что в отдельные годы весной над Белым морем на­ блюдаются устойчивые по направлению воздушные переносы. На основе комплексной модели экосистемы были выполнены расчеты

–  –  –

продукционных процессов с учетом деловых условий, формирую­ щихся в мае под влиянием постоянных северо-восточных ветров .

Результаты этих расчетов свидетельствуют о том, что различие в распределении ледяного покрова в мае может существенно ска­ зываться на смещении сроков наступления весенней вспышки фитопланктона. При этом наибольшие различия (неделя и более) наблюдались в районе выхода из Онежского залива у Карель­ ского берега и были соизмеримы с амплитуДой пространственной изменчивости сроков наступления весеннего максимума в преде­ лах всего моря (рис. 5) .

На основании анализа данных наблюдений и результатов мо­ делирования трехмерных полей течений, полученных в ходе реа­ лизации гидрологического блока комплексной модели, было сде­ лано предположение о значительном влиянии вертикальной адвек­ ции на функцонирование экосистемы беломорской пелагиали .

Расчеты подтвердили.существенную зависимость продукционных процессов от вертикальной циркуляции в Белом море. В весенний период при отсутствии дефицита питательных солей эта зависи­ мость проявляется в усилении развития фитопланктона при опус­ кании вод (см. рис. 4, а ). В летне-осенний период, когда развитие водорослей лимитируется содержанием в воде нитратов, значения Р л увеличиваются при подъеме вод, несущих питательные соли. Зна­ чительное влияние вертикальной циркуляции на режим биогенных элементов в верхнем слое моря подтверждается и вертикальным распределением фитопланктона и питательных солей в областях с выраженным подъемом, и опусканием вод (см. рис. 2 ). В пер­ вом случае слой скачка концентрации нитратного азота распола­ гается на 10— 15 м ближе к поверхности, чем во второмВ заключение следует отметить, что результаты выполненных расчетов свидетельствуют о существенной зависимости продук­ ционных процессов от гидрологических факторов и необходимости учета выявленных закономерностей при исследовании экосистемы пелагической части Белого моря .

ЛИТЕРАТУРА

–  –  –

ГИДРОЛОГО-ОПТИЧЕСКИЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС

АППАРАТУРЫ Современные экспериментальные методы исследования океана базируются на результатах комплексных измерений. Для получе­ ния информативных данных о состоянии океана одновременно из­ меряется ряд параметров морской среды в широком диапазоне пространственно-временных масштабов. Например, 1при наследова­ нии внутреннего волнения, мелкомасштабных турбулентных про­ цессов, оптических и акустических характеристик морской воды важно знать как общие, так и локальные гидрологические условия в месте проведения исследований — температуру, соленость, плот­ ность. Д ля выполнения комплексных измерений целесообразно применение измерительно-вычислительных комплексов аппара­ туры, составляемых из отдельных агрегатируемых средств измере­ ний, с обработкой общего объема получаемой информации на универсальной или специализированной ЭВМ .

В МГИ АН УССР на протяжении последних десяти лет р а з­ работан ряд измерительных гидрофизических средств, отвечаю щих основным требованиям, предъявляемым к агрегатным сред­ ствам информационно-измерительных систем. В настоящей работе описывается разработанный и изготовленный в отделе автомати­ зации океанографических измерений и СКТБ МГИ АН УССР гидролого-оптический комплекс, предназначенный для изучения зако­ номерностей формирования и взаимодействия' гидрологических и гидрооптических полей в диапазоне глубин 0 -4- 2000 м в режиме непрерывного зондирования или с остановками на отдельных го­ ризонтах. Комплекс представляет собой совокупность измеритель­ ных средств, удовлетворяющих требованиям функциональной, инфор.мациониой, электрической, эксплуатационной, конструктивной и метрологической совместимости, а также требованиям функ­ циональной, структурной и параметрической полноты [1 ] .

Структурная схема комплекса показана на рис. 1.

В состав погружаемого устройства входит ряд агрегатируемых приборов:

измеритель средних значений температуры, удельной электриче­ ской проводимости и гидростатического давления (И С В ); изме­ ритель пульсаций температуры и продольной составляющей пуль­ саций скорости потока (И П В ); измеритель спектрального показа­ теля 'ослабления направленного света (И П О ); измеритель под­ водной облученности (И О ); измеритель биолюминесцентного по­ тенциала (И Б П ); распределительное устройство (Р У ) .

В бортовую часть комплекса входят:, устройство связи УС, устройство ввода и вывода информации У ВВИ, устройство вычис­ ления среднего модуля УВСМ, блок связи БС и блок контроля БК. В состав комплекса аппаратуры входит специализированная цифровая вычислительная машина СЦВМ, аналоговые регистра­ торы АР малогабаритное печатающее устройство МТТУ, ленточный перфоратор ПЛ .

Ри с. 1. С труктурн ая схем а ги л р о л о г о -о п т и ч е с к о г о и з м е р и т е л ь н о -в ы ч и с л и ­ тельн ого ко м п л ек са Для последующей обработки материала наблюдений и работы в судовой информационно-измерительной системе в комплексе предусмотрен выход на универсальную цифровую вычислитель­ ную машину ЦВМ через абонентский пульт связи АПС .

Связь погружаемого устройства с бортовым осуществляется с помощью трехж'ильного грузонесущего кабеля типа К Г З -40-90 .

Конструктивно погружаемое устройство выполнено в виде рамы, на которой устанавливаются распределительное устройство и необходимый набор измерителей- Конструктивная совмести­ мость измерительных средств достигается применением единых типоразмеров контейнеров (внутренний диаметр 165 мм), шасси, плат, герметичных электрических разъемов, иллюминаторов, устройств крепления измерителей на раме. Электрическая и информационная совместимость обеспечивается единой развод­ кой по жилам кабеля питающих, синхронизирующих и информа­ ционных сигналов, единством схемы подготовки и выдачи инфор­ мации в каждом измерителе (выходные регистры памяти, опраши­ ваемые внешними тактовыми импульсами), применением единой 94 • .

элементной базы (интегральные микросхемы 134 серий), унифи­ кацией формы представления выходного сигнала в виде 16-разрядного двоичного слова с сигналом контроля,на четность .

Метрологическая совместимость обеспечивается единством на­ бора метеорологических характеристик (индивидуальная статиче­ ская характеристика преобразования, число разрядов двоичного кода, цена единицы младшего разряда, инерционность и дискрет­ ность измерений во времени, предел допустимого значения систе­ матического отклонения от статической характеристики преобра­ зования за определенный интервал времени, предел среднего квадратичного значения случайного отклонения от статической характеристики преобразования), единством способа определения предела допустимого значения погрешности при заданной довери­ тельной вероятности Р = 0,997 в диапазоне рабочих условий .

Унифицированные измерители гидрофизических параметров представляют собой датчики и преобразователи физических вели­ чин в последовательный двоичный код .

Измеритель средних величин аналогичен измерителю зонда «Исток-5» [2 ]. Д ля работы в гидролого-оптическом комплексе прч разработке измерителя учтены требования унификации по управ­ л е н и ю работой измерителя в комплексе, электрическим соедине­ ниям и конструкции .

В измерителе пульсационных величин применены первичные измерительные преобразователи пульсаций температуры и скоро­ сти потока, разработанные в СКТБ М ГИ АН УССР. Датчик пуль­ саций температуры представляет собой медный термометр сопро­ тивления с Ro = 100 Ом и показателем тепловой инерции не более 0,05 с. Пульсации скорости потока измеряются электромагнитным датчиком с характерным пространственным осреднением 2 см .

Последовательно с первичными измерительными преобразова­ телями включены корректирующие и полосовые фильтры, обеспе­ чивающие полосу пропускания 0,1 -4- 10 Гц по обоим каналам .

Измеритель спектрального показателя ослабления направлен­ ного света построен по принципу двухлучевого логарифмического фотометра-прозрачномера с оптической схемой lens-pin-hole [3, 4] .

Измерение-показателя ослабления производится одновременно в четырех участках спектра идентичными измерительными схемами, содержащими фотоприемник (ФЭУ-86) и разностно-логарифми­ ческий преобразователь [5 ]. Выделение участков спектра осу­ ществляется с помощью интерференционных светофильтров с мак­ симумами пропускания видимого света с длинами волн 436, 472, 543 и 675 нм .

Измеритель подводной облученности представляет собой фото­ метр прямого преобразования световой энергии сине-зеленой обла­ сти спектра в электрический сигнал. Для увеличения телесного угла светоприемника применен косинусный коллектор. В качестве фотоприемника использован фотоумножитель типа ФЭУ-86. Дина мический диапазон измерителя облученности (107 лк) разбит на четыре поддиапазона. Выбор поддиапазона измерения производится автоматически установкой соответствующего нейтрального свето­ фильтра перед фотоприемником .

В измерителе биолюминесценции фотоумножитель ФЭУ-86 ра­ ботает в одноэлектронном режиме и преобразует энергию квантов биоизлучения в электрические импульсы, которые подсчитываются за фиксированный интервал времени (0,5 с) .

Основные ме|&о|ролотичйаки« 'характеристики измерителей при­ т ведены в таблице .

Бортовая аппаратура.комплекса также имеет модульную структуру, состав которой определяется задачей исследования, необходимой обработкой и формой представления результатов .

При минимальном наборе модулей бортовой аппаратуры обес­ печивается прием информации с погружаемого устройства, преоб­ разование ее для цифровой регистрации на ленте, перфоратора и в аналоговом виде. В этом случае для получения осредненных характеристик пульсаций скорости и температуры используется устройство вычисления среднего модуля. С помощью блока кон­ троля осуществляется индикация измеряемых параметров по вы­ бору оператора .

При необходимости первичной обработки параметров морской среды в реальном м асш табе, времени в составе бортовой аппара­ туры используется специализированная цифровая вычислитель­ ная машина СЦВМ с блоком связи БС. Обмен информацией между СЦВМ, У ВВИ и регистраторами выполняется по общей магистрали, содержащей шины ввода—вывода числовой и команд­ ной информации. Блок связи представляет собой интерфейс, в ко­ тором принимаются сигналы управления от измерителей и реги­ страторов и формируются непрограммированные команды ввода— вывода информации и управления СЦВМ. Программное обеспече­ ние СЦВМ тесно связано с работой аппаратных средств и со­ держит программы (вычисления физических'.величин температуры, удельной электрической проводимости, гидростатического давле­ ния, показателя ослабления направленного света, облученности и биолюминесценции, пульсаций скорости и температуры. В СЦВМ .

рассчитываются косвенно измеряемые параметры — соленость, плотность морской воды и статистические характеристики флук туаций скорости и температуры. Результаты прямых и косвенных измерений выводятся на малогабаритное печатающее устройство, ленго1чный перфоратор и аналоговые регистраторы .

Для работы в информационно-измерительных системах НИС «Академик Вернадский» и «Михаил Ломоносов» в комплексе пре­ дусмотрен канал связи для подключения к общей магистрали ко­ рабля. Обмен информацией между У ВВИ гидролого-оптического комплекса и универсальной цифровой вычислительной машиной осуществляется через абонентский пульт связи, обеспечивающий информационное и энергетическое согласование комплекса и си­ стемы .

Таблица З ак .

–  –  –

показателя ослабления направленного света и распределительное устройство. Измеряемая комплексом информация вводилась в реальном масштабе времени через абонентский -пульт связи в бор­ товую ЭВМ «Минск-22». В ЭВМ осуществлялась предварительная корректировка и распаковка поступающих данных, формирование массивов информации с записью на магнитную ленту, расчет пер­ вичных и ряда вторичных гидрологических и оптических парамет­ ров, вывод массивов расчетной информации на широкую печать и ленту перфоратора. На рис. 2 представлены вертикальные про­ фили температуры t, солености S, условной плотности a stP и по­ казателя ослабления е в одном из участков спектра, полученные с помощью комплекса аппаратуры в рейсе НИС «Академик Вер надский». Качественное сравнение полученных профилей показывыет, что структура вод, определяемая по изменению оптического параметра, соответствует структуре вод, определяемой по распре­ делению гидрологических параметров. Слой термоклина, пикноклина и максимума солености отмечен наличием скачка оптической плотности .

Результаты испытаний показали высокую эффективность разработанной аппаратуры при проведении комплексных изме­ рений .

ЛИТЕРАТУРА

1. С редства агрегатные информационно-измерительных систем ГО С Т 2 2.3 1 5 — 77, ГО С Т 2 2.3 1 6 — 77, ГО С Т 22.317— 77, ГО С Т 2 3.9 1 5 — 79 .

2. 3 а б у р д а е в В. И., Ш а п о в а л о в Ю. И. Результаты испытаний гидро­ физического зондирующего комплекса «И сток-5». Морские гидрофизи­ ческие исследования, 1979, № 4, с. 152— 157 .

3. Л и М. Е. Логарифмический фотометр-прозрачномер для видимой и ближней ультрафиолетовой области спектра. В кн.: М етодика и аппаратура для гидрофизических исследований, т. 41. Киев, Н аукова думка, 1969, с. 180— 188 .

4. Л и М. Е., М и х а й л о в Э. А., Н е у й м и н Г. Г. Новый логарифмический ф отометр-прозрачномер.— В кн.: И сследование междуведомственной э к с ­ педиции в Северо-Западной Атлантике. Севастополь, изд. М Г И АН У С С Р, 1969, с. 7 1 — 76 .

5. С п и р и д о н о в В. В., Ч е п ы ж е н к о А. И. Способы логарифмирования электрических сигналов в гидрооптических измерителях. В кн.: Оптиче­ ские методы изучения океана и внутренних водоемов. Таллин, 1980 .

с. 3 1 5 — 317 .

УДК 551.46

–  –  –

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ

ОКЕАНИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ ЧИСЛЕННЫМИ МЕТОДАМИ

Основными особенностями измерения океанических течений Ивляю'тся флуктуирующий характер сигналов модуля и направле­ ния вектора скорости, а такж е необходимость раздельного из­ мерения -нескольких элементов (например, модуля скорости : направления или составляющих вектора скорости в приборной истеме координат и угла ориентации этой системы относительно [агнитного меридиана). Если считать, что результатом измерения 7* 99 являются составляющие вектора скорости на меридиан и парал ­ лель ( У т и Vp ), то нелинейные зависимости между измеряемыми и результирующими величинами, неидеальность динамических характеристик в независимых каналах измерения -при наличии флуктуирующих сигналов на входе приводит к тому, что измерен­ ные значения вектора скорости могут значительно, отличаться от истинных. Эти отличия (погрешности измерения) содержат как случайную, так и систематическую составляющие, что наглядно проявляется при счислениях различных измерителей течений в на­ турных условиях. Так, в трех международных экспериментах СКОР ЮНЕСКО по сличениям самописцев течений различного типа, а также в многочисленных экспериментах такого рода, вы ­ полненных в М ГИ АН УССР, были получены относительные р ас­ хождения в показаниях, превышающие сотни процессов [1, 2] .

Исследование погрешностей измерения океанических течений в различных условиях необходимо для обеспечения единства изме­ рений, повышения достоверности измерительной информации и -конструиройан-ия новых приборов. Аналитические методы вы­ числения погрешностей измерения флуктуирующих векторов ско­ рости океанических течений применимы для ограниченного числа вероятностных распределений [3 ]. Другим методом исследования точности измерения океанических течений является численное мо­ делирование. Оно включает формирование флуктуационных рядов составляющих вектора скорости течения, преобразование этих ря­ дов операторами, структура которых подобна схеме измерения с учетом основных динамических параметров измерительных ка­ налов, диаграммы чувствительности датчиков, способов обра­ ботки (осреднения) сигналов и затем сопоставление статисти­ ческих характеристик исходных флуктуационных рядов и полу­ ченных после вычислений.

Применительно к большой группе само­ писцев течений,.основанных, на определении модуля скорости и его направления, система уравнений измерения может быть представ­ лена следующим образом [4] :

–  –  –

(4) 7 V a ( t ) + а ( т ) = -ф(тг), (5) где Ут (т), Ур(т) — исходные ряды проекций вектора скорости на меридиан и параллель; -л ( т ) — модуль;,ср(т) — направление век­ тора скорости; V (т) — измеренный модуль скорости, являющей­ ся функцией диаграммы угловой чувствительности датчика — o p ( x ) — угол между осью датчика скорости и маг­ F[p ( t ) нитным меридианом; L ^ — путь синхронизации измерителя в по­ токе; Та — постоянная времени компаса; а (г) — показания ком­ паса .

В зависимости от способа обработки сигналов в измерителе си­ стема (1 )—(5) дополняется следующими уравнениями .

1. Для векторно осредняющих приборов:

(6)

–  –  –

где Та — время осреднения; А/ — заданный отрезок пути .

2. Для приборов с непосредственной фиксацией модуля и на­ правления вектора скорости:

(10)

–  –  –

где х — интервал дискретности, задаваемый в диапазоне 0,1— 0,5 с, Решения линейных уравнений первого порядка (4) и (5) в дискретной форме записываются в следующем виде:

(17)

–  –  –

форме аналогичны исходным. Вместе с тем соответствующие функции когерентности имеют незначительный значения вплоть до периодов колебаний 600— 1000 с. Это говорит о том, что в диапа­ зоне частот выше указанных значений мгновенные значения ско­ рости могут существенно различаться от истинных, и только, на­ чиная с периодов 10— 15 мин статистические характеристики, полученные при указанных условиях, являются достоверными .

На рис. 2 показаны результаты моделирования процесса изме­ рения средних значений составляющих вектора скорости при раз­ личных условиях. Число отсчетов исходных рядов Vmr V pi изме­ нялось от 1000 до 1200 значений, структура задаваемых флуктуа­ ций была различной — от моно­ хром этических сигналов перио­ дами десятки секунд до «белого шу­ ма». Относительные значения сис­ тематических составляющих погре­ шностей измерения, полученные при этих экспериментах, изменялись от десяти процентов, что, Возможно, Связано с ограниченной длиной мо­ делируемых рядов, соизмеримых с периодами наиболее низкочастот­ ных составляющих колебаний .

Осредненные по всем сериям экспе­ риментов относительные значения систематических составляющих пог­ решностей не превышают одного процента .

Результаты, полученные при численном моделировании процесса измерения флуктуирующих течений приборами с компоновкой и датчи­ ками, используемыми в измерителях тица ДИСК, позволяют сделать вы­ вод об отсутствии значительных (больше единиц процессов) систе­ Рис. 2.

Истинные (Vm0' Урц) матических погрешностей измерения этими приборами, оценить полосу и полученные в результате численного моделирования ( U т 0, частот достоверного измерения ст а ­ и,Ра' Wт0’ WPo) величины тистических характеристик при р аз­ составляю щ их средней скорости личных характеристиках изменчи­ течения:

вости флуктуаций скорости, -иссле­ 1 — непосредственный отсчет довать точность измерения при ва­ модуля и направления; 2 — риациях различных параметров из­ векторное осреднение мерителя .

Рассмотренные методы численного моделирования могут быть использованы также при разработке и анализе новых приборов для измерения океанических течений .

–  –  –

У Д К 551.464.-5.689.6 Л. В. С А В Е Л Ь Е В А, В. М. Т И М Е Ц, Н. Е. Ш В Е Д Е ( Л О Г О Й Н )

О ПОВЕРКЕ ЭЛЕКТРОСОЛЕМЕРОВ ГМ-65

Определение солености.морской воды по данным измерений удельной электрической проводимости или относительной электри­ ческой проводимости в океанографии является в настоящее время уже одним из стандартных методов. Для этой цели разработан целый ряд измерительных устройств и комплексов. Электросоле­ мер ГМ-65 является одним из таких приборов и предназначен Для определения относительной электрической проводимости морской воды (О ЭП ), [1 ]. Соленость морской воды по данным измерений, полученных с помощью электросолемера ГМ-65, определяется с использованием «Международных океанографических таблиц»

[2 ], для чего в измерениях ОЭП за единицу принимается ОЭП нормальной воды. Согласно [1] периодическая поверка электросолемера должна осуществляться 1 рае в год. В соответствии с методикой поверки солемеров [3] поверку средств измерений (СИ) 031П можно проводить двумя м етодами— е.помощью пове­ рочных растворов путем сличения показаний поверяемых СИ с табличными значениями для поверочных растворов и с по­ мощью электрического эквивалента анализируемой среды (ЭАС) .

Поверочные растворы могут быть приготовлены из соли хлористого натрий различной квалификации — особо чистая (М РТУ 6-09-4873), химически чистая (ГО СТ 4233-77) [3 ]. Зн а­ чения ОЭП поверочных водных растворов хлористого натрия при температуре 25° С ± 0,0 1 ° С представлены в приложении 2 мето­ дики [3 ]. В качестве ЭАС применяется магазин сопротивлений (например, типа М СР 60 м) класса 0,02 по ГОСТ 7003-74 и про­ вод ПВА-0,75 длиной 1 м, сечением 0,75 мм по ГОСТ 19833-74 .

Поскольку поверочные растворы централизованно не изготов­ ляются и отсутствуют средства их контроля, то завод-изготоВитель злектросолемера ГМ -65 разработал методику поверки с йс^ пользованием ЭАС [4 ]. Эта методика является тем документом, который в соответствии с ГОСТ 8.002-71 представляется в органы государственной метрологической службы для проведения поверки злектросолемера ГМ-65 .

В электросолемере ГМ-65 определение ОЭП производится пу­ тем сравнения электропроводимостей измеряемой пробы морской воды и пробы «нормальной» воды при известных значениях тем­ пературы измеряемых проб и автоматической компенсации влия­ ния изменения температуры в процессе измерения. Измерение температуры исследуемой пробы производится непосредственно в процессе определения ОЭП и необходимо для выбора значений компенсаций ручной подстройки прибора, поскольку автокомпенсация влияния изменения температуры воды осуществляется в узком диапавоне ('1°С—2 ° С ) изменения температуры. И з­ мерение температуры и термоиомпенеация в электросолемерг ГМ-65 осуществляется с помощью терморезисторов и ре­ зисторов, включенных в электрические цепи измерительного и термо'компенсацйонно'го каналов. Градуировочные характе­ ристики этих каналов даются в паспорте прибора. Явление «'старения» терморезисторов приводит к изменению градуи­ ровочных характеристик измерительного и термокомпевсационного каналов, что выбывает необходимость их периодической проверки. В случае ухода прадуировочшых характеристик прибор может быть забракован при его поверке. Поэтому непо­ средственно перед сдачей прибора в поверку необходимо прове­ рить градуировочные характеристики. Если в процессе проверки окажется, что действительно градуировочные характеристики из­ менились, то следует определить новые значения градуировочных характеристик и последующую поверку прибора проводить с уче­ том этих новых значений .

Йод градуировкой канала измерения температуры поднимаю?

определение зависимости между значениями температуры, изме­ ряемыми в градусах Цельсия, и отсчетами по шкале лимба «Тем­ пература» прибора. Градуировка канала компенсации темпера­ туры заключается в установлении соответствия между интервалом значений температуры воды, исследуемой в камере датчика, и но­ мером установки дискретного значения компенсационного рези­ стора, обеспечивающего совместно с компенсационным терморезисторой автоматическую компенсацию в соответствующем темпера­ турном интервале. Номер установки дискретного значения сопро­ тивления компенсационного резистора определяется по шкале переключателей «Компенсация» прибора .

Градуировку канала измерения температуры производят с по­ мощью водяного термостата, в который помещают образцовый термометр и.терморезистор Измерительной цепи'канала. В каче­ стве образцового термометра может быть использован ртутный термометр с ценой деления 0,2° С, имеющий свидетельство о по­ верке со шкаловыми поправками, а в качестве водяного термо­ стата может быть использован бытовой термос с широким горлом емкостью 1—2 л. Операция градуировки терморезистора в водя­ ном термостате требует его извлечения из камеры датчика при­ бора и временного удлинения его выходных проводников. Градуи­ ровку следует проводить дважды, начиная от граничных значении диапазона измерения температуры, соответственно изменяя тем­ пературу на 1°С, т. е. при повышении и уменьшении темпера­ туры. Разница показаний лимба при «прямом» и «обратном» ходе изменения значений температуры не должна превышать 0,3° С .

В противном случае измерения следует повторить. По окончании градуировки терморезистор должен быть установлен в рабочее положние в камере датчика прибора. Градуировка канала ком­ пенсации температуры производится при заполнении камеры датчика «(нормальной» водой с помощью оточетных устройств на пульте прибора и с учетом градуировочной характеристики ка­ нала измерения температуры. Операция градуировки заклю ­ чается в подборе для каждой двухградусной температурной зоны такого значения компенсации (отсчет на переключателях «Ком­ пенсация» прибора), при котором изменение температуры в ка­ мере датчика на 1— 2° С вызывает изменение относительной элек­ тропроводности не более чем на 0,00020 единиц .

При подборе значений компенсации следует иметь в виду, что если относительная электропроводимость отличается от первоначальной (1,00000) более чем на +0,00020, то значение компенса­ ции для данного температурного диапазона должно быть умень­ шено на несколько единиц, и наоборот — увеличено на несколько единиц, если электропроводимость уменьшилась .

На рисунке в качестве примера представлены кривые градуи­ ровок канала температуры (а) и компенсации (б) электросоле­ мера ГМ-65 № 54, выполненные в 1972 г. (1) и 1982 г. (2). Срав­ нение градуировок показывает, что для одного и того же отсчета Изменение градуировочных характеристик кана­ ла температуры (а ) и компенсации (б) электросолемера Г М -65 № 54 во времени 1976— 1982 гг .

1 — градуировка 1976 г.; 2 — градуировка 1982 г .

по лим!бу соответствующее.значение температуры изменилось в ря­ де случаев на Г С ; соответственно для одной и той же темпера­ туры необходимые отсчеты компенсации изменились на 6 единиц .

А в целом для одного и того же отсчета имеют место случаи изме­ нения необходимого отсчета компенсации до 10 единиц. Исполь­ зуя старую градуировку, можно ошибиться в установке компен­ сации, в переходе на шкалу температур до 4° С. При этом авто­ матическая компенсация уже не будет эффективной, поскольку она рассчитана на работу в пределах (1 - н 2 ) ° С. Приведенный пример подтверждает необходимость градуировки как канала температуры, так и компенсации, в связи с уходом во времени характристик термисторов .

Исправные солемеры с соответствующими градуировочными характеристиками подлежат представлению на поверку в местные органы метрологического надзора Росстандарта, для чего они должны быть включены в графики поверки средств измерений, согласуемых с организациями Госстандарта, производящими по­ верку. При согласовании графика поверки в поверительный орган передается методика поверки «Электросолемер ГМ-65». Описан­ ные выше методы поверки и градуировки направлены на метроло­ гическое обеспечение единообразия 'Солемеров ГМ-65 как Вида средств измерений и полностью обеспечивают решение этой задачи .

Остается еще приложить усилия по обеспечению мероприятий, необходимых для проведения поверок органами Госстандарта,

ЛИТЕРАТУРА

1. Электросолемер ГМ -65. П аспорт Л.82,840).004.П.С : 1976 — 65 с .

2. М еждународные океанографические таблицы. Выпуск 1. — М.: Гидрометео­ издат, 1969. — 107 с .

3. М етодика поверки солемеров и кондуктометров морской воды М И -176-79. М., изд. Стандартов, 1979. — 11 с .

4. Электросолемер ГМ -65. Методы и средства поверки Л.8 2.840.004Д, 1 9 7 9.— 10 с .

У Д К 551.460.18 В. С. БЕЗЗАБОТНОЙ, Г. И. ШОР, А. И. КАПУТЕРКО (ЛГМИ)

АППАРАТУРНЫ Й КОМ ПЛЕКС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ГИДРОМ ЕТЕОПАРАМЕТРОВ В МОРЕ

В настоящее время в практике натурных экспериментов в море все больше внимания уделяется комплексным ^методам исследо­ вания физических процессов. При этом проблема зачастую ре­ шается применением совокупности измерительных приборов, не объединенных в единую систему. В случае такого решения воз­ никают трудности, связанные с управлением экспериментом, а также с обработкой материала. В связи с этим более оправдано применение измерительных комплексов (И К ), с помощьх которых осуществляется полный цикл измерений с представлением инфор­ мации « а едином регистрирующем, устройстве, и обладающих четко ориентированной функциональной направленностью [1, 2 ] .

Однако подобные измерительные комплексы не являются серий­ ными и поэтому целесообразно применять компромиссные в а ­ рианты решений, которые обеспечили бы выполнение измеритель­ ных задач на достаточно 'качественном уровне .

При организации измерений гйдрометеОйараметров вблизи границы раздела океан— атмосфера одним из таких вариантоз может быть аппаратуный комплекс, собранный на основе инфор­ мационно-измерительной системы (ИИС) К200 .

Компановка ИИС на принципе заменяемых блоков позволяет п-ри необходимости вводить в систему другие блоки, расширяющие функциональные возможности ИИС. Применение ИИС К200 отве­ чает и другим важным требованиям: 1) м.ногоканальность;

2).представление информации на едином регистраторе в виде, удобном для ввода в ЭВМ ; 3) регистрация текущего времени и но­ меров каналов; 4) возможность управления режимом коммута­ ции и опроса измерителей .

КЛ- .

I ------- 1 Р ис. 1.

Структурная схем а расширения функциональных воз­ можностей информационно-измерительной системы К 200:

П П — первичный преобразователь; К Л — ключ коммутатора ( Ф 2 4 0 ); Ц И П — цифровой измерительный прибор В ИИС К200 можно использовать любые цифровые измери­ тельные приборы, имеющие выход в параллельном двоично-деся­ тичном,коде, а так.как коммутатор Ф240 имеет трехключееой вход, ИИС К200 может работать совместно с тремя цифровыми измерительными приборами одновременно (рис. 1) .

Разработанный на базе ИИС К200 аппаратурный комплекс для измерения гидрометеопараметров в море (рис. 2) предназна­ чен для сбора информации о температуре и скорости ветра в при­ водном слое атмосферы на трех горизонтах .

В ИК применены, в основном, известные первичные преобра­ зователи: в каналах измерения температуры используются полу­ проводниковые терморезисторы, градуировочная характеристика которых преобразована в линейную: в каналах измерения скоро ста ветра используются дистанционные измерители, изгото'вленные на основе ручного анемометра МС-13 с оптоэлектронньш пре­ образователем .

Промежуточные преобразователи ИК служат для преобразо­ вания первичных сигналов от датчиков и усиления их до уровня, обеспечивающего регистрацию числовыми группами, соответ­ ствующими значениям измеренных величин .

–  –  –

В рассматриваемом варианте ИК используются два измери­ тельных прибора: цифровой вольтметр Ф2002, входящий в ком­ плект ИИС К200, и цифровой омметр-компаратор Щ-30. Первый служит измерительным Прибором каналов скорости ветра, а вто­ рой— каналов измерения температуры. Введение в систему вто­ рого измерительного -прибора потребовало определенной дора­ ботки, заключающейся в том, что были изготовлены (схемы: за Пуска омметра-компаратора Щ-30, согласования выходов декад омметра-компаратора со входом усилителя-согласователя Ф270, задержки запуска транскриптора Ф250 и развязки выходов ЦИП Ф2002 и ЩЗО. Почти исе усовершенствования выполнены с привяз­ кой к соответствующим блокам ИИС К200, что избавило от не­ обходимости введения дополнительных источников питания .

Стендовые испытания показали, что ИК позволяет определять скорость ветра в диапазоне от 0,8 до 10,0 м/с со статической по­ грешностью Ас = ± 0,5 м/с при доверительной вероятности р с = = 0,95; температуру в диапазоне от 10,0 до 30,0° С со статической погрешностью Дс = ± 0,1 ° С при доверительной вероятности р с = = 0,95 .

В заключение можно отметить, что расширение функциональ­ ных возможностей ИИС К200 позволит успешнее применять ее как в гидрометеорологии, так и в других областях науки, где не­ обходимы автоматизированные измерения, ЛИТЕРАТУРА

1. П е с ч а н с к и й Ю. А. и др. Комплекс аппаратуры для измерение ту р б у ­ лентных потоков тепла и влаги в приземном слое атмосферы, — Л.: Г и д ­ рометеоиздат, 1976. — 68 с .

2. В о р о б ь е в В. П., П а л е в и ч Л. Г. О построении регистрационного ком­ плекса для исследования тонкой структуры о к е а н а.— В сб.: И ссл ед о ва­ ния изменчивости гидрологических полей в океане, М.- Н аук а, 1974, с. 155— 161 .

У Д К 534.222.2 В. Б. Ж У К О В, Н. М. К У З И Н, Д. Б. О С Т Р О В С К И Й, Г. В. Я К О В Л Е В

АКУСТИЧЕСКИЙ ЛАГ Д ЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОКЕАНА

Акустические методы в исследовании океана приобретают всбольшее значение. Одним из перспективных судовых акустических средств являются лаги, основное назначение которых — навига­ ционное обеспечение исследований океана. Акустические лаги служат датчиками информации о скорости судна и могут исполь­ зоваться в режимах измерения скорости относительно дна иптимальная частота кГц о. s s ^ (абсолютной ск о р о ст ) и относителыю воды (относитель­ ной скрости). Эта особенность лагов позволяет вести наблю­ дения за величиной и напра­ влением морских течений, а также наблюдать их верти­ кальные распределения [1] .

Помимо измерения течений возможно использование акус­ тических лагов для наблюде­ ния за внутренними волнами в океане [2 ]. Существующим лагам присущи недостатки, основным из которых является Р ис. 1. Зависимость рабочей часто­ низкий энергетический потен­ ты лага от глубины циал, что не позволяет прово­ дить измерения при больших глубинах под килем -судна. Рабочие частоты известных лагов могут обеспечить проведение исследова­ ний лишь в 'районе континентального шельфа.В настоящее время наблюдается тенденция к распространению исследований на более глубоководные районы Мирового океана .

Для этого необходимо снизить рабочую частоту сигналов лага .

В [3] рекомендуется выбирать частоту в соответствии с графи­ ком, приведенным на рис. 1. В [4 ], например, для увеличения ра­ бочей глубины рекомендована частота 12 кГц, что требует приме­ нения антенн диаметром 2,1 м для обеспечения ширины характе­ ристики направленности. (ХН) 3° на уровне — 3 дБ. Такие габа­ риты существенно затрудняют размещение акустических лагов на судах .

Важным шагом является применение в составе лага парамет­ рической антенны [3 ], использующей эффект нелинейного взаимо­ действия волн накачки.в канале распространения. Эксперимен­ тальный образец такого лага, получивший название PADS (P ara­ metric Array Doppler Sonar), имел диаметр акустического преоб­ разователя 15 см. Уровень мощности сигналов накачки, частотой порядка 200 кГц, составлял 200 Вт, рабочая частота вторичных сигналов составляла 10 кГц: Это позволило экспериментально подтвердить работоспособность аппаратуры на глубинах до 3600м и расчетным путем показать возможность работы на глубинах до 6000 м .

Вместе с тем хорошо зарекомендовали себя фазированные решетки, примененные в составе лагов «Atlas Alpha Dolog» фир­ мы «Krupp Atlas Electronik», M F-200 фирмы «Fouruno» и др .

Достоинства таких антенн:

— возможность размещения заподлицо с корпусом судна, что позволяет снизить возможность образования аэрированного слоя в обтекаемом потоке и обеспечить уменьшение уровня акустиче­ ских помех;

— частотная независимость в доплеровском смысле, т. е. авто­ матическое поддержание постоянства отношения sin 0о/с, где 0О— угол наклона лучей ХН к вертикали, с — скорость звука в воде .

Эта особенность позволяет исключить погрешность измерения, вызванную изменением скорости звука;

—' формирование четырехлучевой ХН с помощью одной апер­ туры, что существенно снижает габариты антенны;

— возможность сканирования ХН, что необходимо для ста­ билизации остронаправленной ХН при работе лага в условиях качки судна .

Таким образом, актуальной задачей является построение лага на основе антенны, сочетающей в.себе достоинства фазированной решетки и параметрического излучателя. Нижеследующий мате­ риал посвящен рассмотрению этого вопроса .

Получим выражение для характеристики направленности антенной решетки, работающей в нелинейном режиме, т. е. пара­ метрической дискретной антенны. Такую антенну можно рассмат­ ривать в качестве совокупности параметрических излучателей, образованных элементами решетки .

В основе современного представления о работе параметри­ ческого излучателя лежит утверждение о том, что формирование поля разностной частоты F = f2 — f i осуществляется в результате взаимодействия волн накачки с частотами ft и ft ft в объеме среды, примыкающем к электроакустическому преобразователю .

Длина этого цилиндрического объема L, как правило, принимается равной эффективной длине затухания взаимодействующих волн, а поперечные размеры — излучающей апертуре с последую­ щим расширением за счет дифракции -или с сохранением разме­ ров в зависимости от конкретной расчетной модели .

Используя указанную расчетную модель одиночного преобра­ зователя, представим расчетную модель многоэлементной (К-эле­ ментной) параметрической антенны в виде совокупности К объе­ мов протяженностью L и поперечным сечением, равным попереч­ ному сечению элемента. При этом будем полагать, что имеет место отсутствие дифракционной расходимости взаимодействую­ щих (плоских) фронтов волн с частотами f\ и f2) а. также имеют место условия K F а а / 1, К F b3 М 1, где К?— волновое число V волны разностной частоты F\ 60 и а э — размеры элемента соот­ ветственно по координатам у и z\ М + 1 и Af+1 — числа элемен­ тов плоской (решетки по координатам у и г .

При получении характеристики направленности параметриче­ ской антенны воспользуемся, подобно [5, 6 ], запаздывающим по­ тенциалом волнового уравнения

–  –  –

Характеристики направленности антенны в одяолучевом рекиме по первичной и вторичной (разностной) частотам представены на рис. 3, а, б соответственно, откуда видно, что вторичная сарактеристика направленности по конфигурации близка к пер­ вичной, но у нее отсутствуют боковые лепесткиЗависимость ширины луча на уровне — 3 дБ в диапазоне час­ тот 5 -т- 30 кГц приведена на рис. 4. Параметрическая антенна со­ храняет ширину луча в пределах широкого интервала частот, что отличает ее от традиционных антенн, работающих в линейном режиме .

Рис. 4. Изменение ширины луча в зависимости от частоты:

1 — экспериментальные данные; 2 — теория В естер в ел ь т а— Берктея f5] Обеспечивая выигрыш по направленным свойствам, параметри­ ческая антенна имеет низкий коэффициент- преобразования (отно­ шение давления вторичной волны к давлению первичной вол.ны), который составлял в экс­ перименте 0,5 -ь 1 % при изучаемой мощно­ сти 70 Вт .

Большое значение для доплеровекого лага име­ ет возможность формиро­ вания двухлучевой харак­ теристики направленно­ сти одним рас кривом .

Принципиальная возмож­ ность формирования та­ кой характеристики пара­ метрической антенной де­ монстрируется на рис. 5. Рис. 5. Д вухлучевая характеристика н а­ Следует при этом отме­ правленности параметрической антенны тить, что вследствие рас­ хождения лучей на частотах накачки зона взаимодействия сокра­ щается и эффективность преобразования падает. Если использо­ вать двухканальное возбуждение и совместить парциальные лучи волн накачки, то можно получить величину вторичного сигнала, близкую к случаю однолучевой характеристики направленности .

Таким образом, можно создать акустический лаг, используя параметрическую антенну, которая формирует узкий луч (2-f-3°) на низкой частоте малым раскрывом. При этом целесообразно со­ средоточить усилия исследователей и разработчиков на достиже­ нии более высокого значения коэффициента преобразования, до­ ведя его до 5 -4- 8% (по давлению) .

ЛИТЕРАТУРА

–  –  –

К МЕТОДИКЕ О ПРЕДЕЛ ЕНИ Я НЕКОТОРЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПЕННО-ПУЗЫРЬКОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

В МОРЕ Значительный вклад в энергообмен между океаном и атмосфеюй при больших скоростях ветра вносят штормовые механизмы .

Имеющиеся оценки этого вклада [1, 2] получены с использовагием данных измерений лространспвеинонвременных характеристик (енных образований и структурных характеристик капельно-брызовых облаков в море .

Методика измерения пространственно-временных характерисик пенно-пузырьковых образований к настоящему времени дотаточно хорошо отработана, что же касается структурных харакеристик, таких как концентрация и дисперсный состав капельнорызговых облаков, то методика их измерения сложна и несоершенна, а оценки, полученные с использованием данных измеений, противоречивы и требуют дополнительного уточнения .

Известно, что при больших скоростях ветра поток капель j над прокидывающимися гребнями волн создается в основном дей­ 1J7 ствием механизма схлопывания воздушных пузырей на поверх­ ности воды. К настоящему времени накоплено большое количество экспериментальных данных по характеристикам процесса схлопывания отдельного пузырька- Эта информация дает возможность построить методику определения потока жидкой фазы, основы­ ваясь на результатах измерений структурных характеристик пен­ но-пузырьковых образований. При этом возможны два методиче- | ских решения. Первое, когда концентрация и дисперсный состав пузырьков измеряются на горизонте h = 0 в моменты времени 0. / п, где tn — время жизни пенно-пузырькового образова­ ния. В этом.случае шаток воздушной фазы j [см- 2 -с-1].на.границе раздела вода— воздух (h = 0) может быть записан в виде

j (R, t, h==0) = N (R (/), t, h = 0) -tJycT.(^), (i:

где N ( R ( t ), t, h = 0) — концентрация пузырьков радиуса R —R ( t );

^уст — установившаяся скорость подъема пузырьков .

Второе решение заключается в измерении концентрации и дис­ персного состава пузырьков в их распределении по глубине h .

В этом случае поток воздушной фазы на горизонте h = 0 может быть записан в виде

–  –  –

где рш и ра — плотность воды и воздуха соответственно; R — радиус пузырька; т] — коэффициент динамической вязкости жидкости; С — безразмерный коэффициент. Для воздушных пузырьков, форма ко­ торых при подъеме может отличаться от сферичной, Batchelor [3{ дает значение коэффициента С = 1/3 .

Для определения времени установления т рассмотрим уравие ние движения воздушного пузырька

–  –  –

Подставив средние значения входящих в выражение для т парамет­ ров, получаем оценку времени установления движения т ^.0,0 5 с .

Это означает, что подъем пузырька происходит практически с уста­ новившейся скоростью .

Сложность реализации первой методики заключается в невоз­ можности проведения последовательных во времени съемок в одном пенно-пузырьковом образовании. В результате информацию по из­ менчивости N ( R { t ), t, h = 0) приходится получать по ряду сдвину­ тых во времени и пространстве измерений. Это приводит к опреде­ ленным погрешностям в конечном результате .

Измерения по второй методике могут быть реализованы с воз­ можностью исключения указанного недостатка, но при следующих допущениях:

а) начальное распределение воздушной фазы по глубине уста­ навливается мгновенно в момент опрокидывания волнового гребня;

б) всплытие пузырьков происходит в спокойной воде;

в) распределение пузырьков по размерам в данный момент вре­ мени и на данном горизонте считается монодисперсным с радиусом, равным модальному R = Rm {h, t) .

В рамках второй методики, рассмотрена возможность опреде­ ления концентраций N ( R ( h ), t = 0, h) по данным измерения объе­ мов воздушной фазы Vа :

N ( R ( h ), t = 0, h) = — —, (8)

-K R lih ) ж е Rm ( h) — модальный радиус пузырьков на глубине h. Анализ шеклцихся данных измерений дисперсного состава воздушных тузырьков в пенно-пузырьковых образованиях в море [4, 5, 6] по­ казал, что сдвиг максимума распределения размеров пузырьков глубиной практически незаметен. Это видно из графика на me. 1, где систематизированы данные измерений указанных авто­ ров. Линейная аппроксимация, осуществленная по этим данным, дает зависимость измерения модального радиуса с глубиной в виде Rm(h) = Rm {h = 0) [ l + a - h ], (9)

–  –  –

Приняв средний модальный радиус на поверхности, равным значению Rm{ h = 0 ) = 5 Х 1 0 -2 см, получим а = 0,6 Х 10~2. В интере­ сующем нас слое ( h^ - 1 м) это дает изменение модального ра­ диуса не более чем на 1 % .

Таким образом, указанный факт позволяет рассчитывать кон­ центрации N ( R ( h ) t = 0, К) по имеющимся измерениям объемов воздушной фазы Va, исходя из модального радиуса, полученного из распределения на горизонте /i=0, т. е .

е д ( л м = о,А ) « — ( ю) 4 n R mi ( h = 0) Экспериментальная аппаратура, с помощью которой реали­ зуются обе методики, разработана ib экспериментальной пруппе Проблемной лаборатории и включает установку для макросъемки воздушных пузырьков в верхнем слое моря, служащую для опре­ деления концентрации и дисперсного состава пенно-пузырьковых образований, и пробоотборник морской пены, с помощью которогс определяется объем воздушной фазы одновременно на несколькю горизонтах в подповерхностном слое моря .

Установка для макрофотографирования воздушных пузырьког состоит из фотоаппарата «Ленинград» с объективом «Юпитер-8^ и системы искусственной подсватии объектов съемки (пузырьков) помещенными в герметичный бокс, подвешиваемый жестко нэ крестообразном буе (рис. 2 ). Фокусное расстояние объектива фотоаппарата при помощи насадочных колец изменено для про­ ведения макросъемии с.масштабом 1 : 1. Управление затвором фотокамеры и фотовспышкой осуществляется дистанционно по кабельной лийии связи с борта судна .

Рис. 2. У становка для макрофотографирования пузырьков в о зд у ха в воде Информация, получаемая с негатива, включает в себя ряд по­ грешностей, которые необходимо учитывать. Вопросы точности определения дисперсной структуры воздушных пузырьков в водг фотограмметрическим методом рассматривались в работах [7, 8], из которых следует, что возможные ошибки измерений, обуслов­ ленные гидродисторсией, искажениями формы пузырьков и изме­ нениями условий съемки, не выходят за пределы ± 1 0 % от изме­ ряемой величины .

Пробоотборник морских пенных образований показан на рис. 3. Он состоит из трубы и внутреннего вала с соосными по­ перечными отверстиями, выполняющими роль пробоотборных ка­ мер. Вал и труба могут смещаться относительно друг друга с воз­ можностью 'герметизации про'боотборныя камер. Расстояния по вертикали между пробоотборными камерами равно 80 мм. При измерениях в море пробоотборник крепится жестко в вертикаль­ ном положении на отслеживающем буе. Управление пробоотбор­ ником дистанционное. Предварительные испытания пробоотбор­ ника с целью определения инструментальных погрешностей, обу­ словленных особенностями конструкции герметизирующих узлов, показали, Что пробоотборник обеспечивает уровень потери объема пробы при ее отборе и дальнейших операциях в среднем не бо­ лее 1,5% • Натурные испытания и опробирование методики съемки пенно­ пузырьковых образований проводились в Северном и Балтийском морях с борта находящегося в дрейфе судна при скоростях ветра до 15 м/с и состоянии поверхности моря до 6 баллов. Проверка

Рис. 3. Пробоотборник морских пенно-пузырьковых образований

герметичности бокса и наружных электрических соединений, вы­ бор экспозиции при съемке, определение степени влияния экспе­ риментальных установок на исследуемый процесс и отработка других •технических задач натурных испытаний осуществлялись в непосредственной близости от корпуса судна с естественными и ишуоственно-теяермруемым'и забортной водой из шланга пен­ ными образованиями. Опытная фотосъемка естественных пеннопузырьковых образований велась с буя в удалении его от корпуса судна на расстояние порядка 50 м. Управление срабатыванием з а ­ твора фотокамеры осуществлялось визуально в моменты попада­ ния фотоустановки в опрокидывающийся гребень волны. Факти­ чески съемка велась на горизонте А = 10 см внутри пенного ба­ рашка .

Опытные фотоснимки структуры гребешковой пены в море были получены при скоростях ветра от 8 до 11 м/с. Гистограмма распределения концентрации пузырьков N (R, t = 0, / = 0) для этих г условий, полученная осреднением результатов по трем снимкам, показана на рис. 4 .

Испытания пробоотборника и опытные измерения объемов воз­ душной фазы в пенно-пузырьковых образованиях проводились при тех ж ё скоростях ветра. Пробоотборник монтировался на крестообразном буе и отбор проб проводился в удалении от борта судна на расстояние порядка 50 м. Измеренные объемы пересчиiшт/см <

–  –  –

ЛИТЕРАТУРА

1. Б о р и с е н к о в Е. П. Некоторые механизмы взаимодействия атмосферы и океана при штормовых условиях п о го д ы.— В сб.: Проблемы Арктики и Антарктики. Л., Гидрометеоиздат, 1974, вып. 4 3 — 44; с. 61— 69 .

2. А р и э л ь Н. 3. и др. Оценка роли штормов В тепло- и влагообмене океана с атмосферой. — ТР- Г Г О, 1972; вып. 282, с. 2 0 0 — 205;

3. B a t c h e l o r G. К. An introduction to fluid dynam ies. C am brige U niversity P re ss, 1 9 6 7.— 615 p .

4. К о л о б а е в П. А. Исследование концентрации и статистического распреде­ ления размеров пузырьков, создаваем ы х ветром в приповерхностном слое океана. Океанология, т. 15, № 6, 1975, с. 1013— 1017 .

5. M e d w i n Н. In situ aco u stic m easurem ents of bubble populations in co astal ocean w ater. J. G eophys. Res., v. 75, 1970, pp. 599— 611 .

6. J o h n s o n B. D., C o o k e R. C. Bubble populations and sp ectra in co astal ocean w ater. J. Geophys. Res., v. 84, NC 7, 1979, pp. 3761— 3767,

7. Б у р н а ш о в В. X. и др. О точности определения истинных размеров и фор­ мы воздушных пузырьков в жидкой среде по их фотографическим и зо бр а­ ж ен и ям.— Тр. Л Г М И, 1976, вьга. 59, с. 3— 10 .

8. X о х л о в с к и й Н. В. и др. О фотограмметрии подводных телевизионных и зображ ен и й.— Тр. Л Г М И, 1978, вып. 66, с. 31— 37 .

У Д К 551.466.62 А. А, В А С И Л Ь Е В, В. А. М А К А Р О В ( Л Г М И )

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ЧИСЛЕННОГО

И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЛН ЦУНАМИ

Вопрос выбора той или иной методики для исследования одного и того же класса задач, в частности, распространения и трансформации длинных волн типа цунами имеет принципиаль­ ное значение. В предлагаемой работе проводится сравнение резуль­ татов численного моделирования распространения волн цунами во Втором Курильском проливе и данных электрического модели­ рования для этого же района. Предлагаемый район исследований выбран не случайно. Во-первых, это одна из самых густонаселен­ ных территорий Курильских островов. Во-вторых, предваритель­ ная схема цунамирайонирования пролива, составленная на основе решения одномерной задачи, является приближенной и требует уточнения [2 ] .

Численные расчеты проводились по уравнениям (1) — (3) мел­ кой воды с использованием явно разностной схемы второго по­ рядка точности [2] .

–  –  –

На твердых (береговых) границах принималось условие полного отражения ип= 0, на жидких границах — свободный уход волны vn = ±г] (g//)1 2 или Уп = 0. Начальные условия при = '0 имели ' вид: и ( х, у, о ) = 0, v (х, у, о) = 0, ц - (х, у, о) = г)0(х, у ) .

Начальное возмущение уровня задавалось в виде положитель­ ной полусинусоиды длиной 90 км и высотой 2 м, что соответствует параметрам так называемого «обобщенного очага» [2] .

Было выполнено два варианта расчета. На первом этапе — сквозной расчет распространения, цунами от больших глубин {Ьтьх = 7300 м) до изобаты 10 м. На втором этапе расчет прово­ дился от промежуточного источника, в качестве которого прини­ малось поле уровня на момент / = 20 мин из первого варианта .

Причем, во втором случае для лучшей аппроксимации весьма из­ резанной в этом районе береговой черты был принят простран­ ственный шаг, равный 1/2 мили, т. е. вдвое меньше, чем в преды­ дущем расчете .

Ввиду исключительной важности района исследований было принято решение о создании электроаналоговой установки для моделирования процесса распространения цунами на континен­ тальном склоне и шельфе островов Шумшгу я Парамушир. Модель представляет собой электрическую сетку-аналог, состоящую из со­ средоточенных в пределах ячейки сетки элементов: емкостей С, индуктивностей L и сопротивлений R — и воспроизводящую про­ цесс в электрической системе, аналогичный гидродинамическому процессу, который описывается дифференциальным уравнением где г) — отклонение уровня моря от равновесного состояния; h — глубина моря; г — коэффициент сопротивления, введенный в исход­ ные уравнения при представлении напряжения трения вы раж е­ нием, пропорциональным асредншвой по глубине скорости тече­ ния .

Описание электрической модели-аналога подробно дано в [1], поэтому ограничимся только упоминанием о том, что при создании сеточного аналога шраизводные по координатам 1 аменяются р аз­ з ностными соотношениями, а производные по времени берутся в дифференциальной форме, поскольку используются дифферен­ цирующие и интегрирующие элементы (конденсаторы и катушки индуктивности). Наличие непрерывной производной по времени позволяет избежать трудностей, связанных с появлением вычисли­ тельной неустойчивости или несходимости решения .

Электрическая модель изготовляется в виде наборной панели, на которой между узлами расположены катушки индуктивностей, а между узлами ‘и общей точкой (землей) — конденсаторы. В ка­ честве активных сопротивлений используются омические сопро­ тивления катушек индуктивностей. В качестве основы для созда­ ния первой модели была взята сетка исследуемой области с пере­ менным шагом от 4 миль (в глубоководной зоне) до 2 миль (иа шельфе) .

Параметры модели рассчитывались согласно условию подобия в виде

–  –  –

(7) являются константами подобия, представляющими собой отноше ния между соответствующими параметрами гидродинамической и электрической систем. В выражениях для констант подобия f обозначает масштаб времени в электрической системе, а I — шаг сетки. В пределах каждой ячейки сеточной области глубина моря осредняется. Из условий подобия (6) были выбраны следующие константы подобия К L = 0,336 м~2 с2 гн-1,

–  –  –

На основании анализа морфометрических характеристик иссле­ дуемого района были рассчитаны значения индуктивностей и емкостей катушек и конденсаторов, которые не выходят за пре­ делы соответственно 800—6000 мкгн и 1100—4300 пф .

На.модели прибрежного района Второго-Курильского пролива было проведено.несколько серий экспериментов с целью исследо­ вания трансформации и распространения длинных волн типа цу­ нами в проливе при различных вариантах возмущения уровня вблизи 50-метровой изобаты. На границе модели, расположенной в вершине пролива, имитировалось условие свободного распро­ странения волны в сторону Охотского моря. Возмущение уровня задавалось в виде прямоугольного импульса длительностью 8,6 мин. При такой постановке задачи имитировались очаги им­ пульсного характера, связанные с кратковременным смещением дна и возвратом его в прежнее сосотояние. При этом получены амплитуды волны, близкие по. своим значениям к амплитудам, определенным путем численного расчета во втором варианте .

Расхождения между амплитудами, 'полученными двумя мето­ дами в выбранных для сравнения семи пунктах, не превышают 10% от их абсолютных значений. При увеличении продолжитель­ ности исходного возмущения уровня до 20 мин распределение амплитуд уровня в моделируемой области изменилось незначи­ тельно .

В последующих экспериментах на границе области задавался быстрый и одинаковый во всех точках по высоте подъем уровня, после чего влияние вынуждающих сил устранялось. Такое исходное возмущение уровня полнее отражает,процесс волнообра­ зования, связанный с резким однородным подъемом дна. При т а ­ ком задании исходного возмущения уровня во всех точках моде­ лируемой области наблюдался быстрый подъем уровня с после­ дующим плавным его понижением. При этом на теле основной волны формируются вторичные волновые колебания (ондуляции) .

Подобная картина наблюдалась и при моделировании цунами в глубоководной зоне, когда задавалась исходная денивеляция уровня в поперечном очаге. В центральной части моделируемой акватории на изобате 50 м получены одинаковые коэффициенты усиления амплитуды волны (в 2,2 раза) как по результатам чис­ ленного (первый вариант, поле уровня на момент времени t = 30 мин), так и электрического моделирования .

Таким образом, близость результатов, полученных при числен­ ном решении нелинейной задачи цунами и электрического моде­ лирования процесса в линейном приближении, дает основание счи­ тать целесообразным использование электрических моделей для исследования распространения волн цунами, особенно в тех слу­ чаях, когда численное моделирование сопряжено с определенными трудностями, как например, в случае.моделирования распростра­ нения цунами от больших по площади очагов .

ЛИТЕРАТУРА

1. М а к а р о в В. А., М е н з и н А. Б. Электрическое аналоговое моделирование в океанологии. Некоторые вопросы теории и эксперимента. — Л.: Гидро­ метеоиздат, 1 9 7 6.— 112 с .

2. С о л о в ь е в С. Л., Некрасов А. В., Бухтеев В, Г., П ясков с к и й Р. В. Предварительное цунамирайоиирование Курило-Камчатского побережья на основе гидродинамических р а сч е т о в.— В кн.: Теоретические и экспериментальные исследования по проблеме цунами. М., Н аука, 1977, с. 131— 139 .

С О Д ЕРЖ А Н И Е Стр .

1. А. С. А веркиев, М. И. М асловский. И спользование «обратного ме­ тод а» для определения абсолютной скорости и р асхо д а антарктического циркумполярного т е ч е н и я

2. Л. И. Л о п а т у х и н, В. А. Р о ж к о в, С. А. Рум янцева. Применение ме­ тода главных компонент для районирования морей и океанов по режим­ ным характеристикам ветра и волн

3. П. А. В а й новский. О факторном анализе вертикального распреде­ ления плотности в о д ы

4. И. П. К а р п о ва, Е. В Кааьяненко. Об оценке результатов расчетов океанологических х а р а к т е р и с т и к

5. Ю. Н. Ж у к о в. К вопросу определения вероятности благоприятных гидрометеорологических условий с малой заблаговременностью... 30

6. В. И. Денисов. О возможности оценки границ применяемости м а­ тематической модели Экмана

7. Ю. П. Д ор о н ин, И. И. В ол ков, Л. П. П р овоторов, В. И. Сычев .

Океанографические аспекты освоения энергии о к е а н а

8. Е. И. Серяков. Многолетние колебания температуры воды поверх­ ностного слоя в Северной А т л а н т и к е

9. В. Н. Воробьев, В. П. К о р о ви н, П. П. П ро во то р о в. Основные науч­ ные результаты гидрологических исследований в 17 рейсе Н И С «Нерей»

(сентябрь— ноябрь 1981 г. )

10. Л. Н. К а р л и н, Е. Ю. К л ю й ко в, В. П. П ути н ц е в, В. Н. Стасенко, О. А. Троф имов. О некоторых особенностях тонкой термохалинной струк­ туры Японского м о р я

11. Я. М. Табакаев. Оценка литодинамических процессов береговой системы при помощи цепей М а р к о в а

12. А. В. М ензин, Н. А. С ы р о в а т о. Динамические предпосылки обр а­ зования продуктивных зон в центральной части Индийского океана.. 78

13. К Д. К рейм ан, М. В. Н а зи м о в, А. А. П розоров. Влияние гидроло­ гических факторов на продукционные процессы в Белом море.... 83

14. А. Н. П а рам онов, В. И. Забурдаев, А. В. Н и к и ти н, О. И. К у ж и м .

Гидрологооптический измерительно-вычислительный комплекс аппаратуры 93

15. В М. К у ш н и р, Е. Г. А н д р ю щ е нко. И сследование процесса измере­ ния океанологических течений численными методами..... 99

16. Л. В. Савельева, В. М. Тимец, Н. Е. Ш веде. О порядке электросолемеров Г М -6 5.

17. В. С. Беззаботное, Г. И. Ш о р, А. Н. К а п уте р ко. Аппаратурный комплекс для измерения гидрометеопараметров в м о р е

18. В. Б. Ж у к о в, Н. М. К узи н, Д. Б. О стровский, Г. В. Я ковлев .

Акустический лаг для исследования о к е а н а

19. В. С. Беззаботное. К методике определения некоторых хар акте­ ристик пенно-пузырьковых образований в м о р е

20. А. А. Васильев, В. А. М акаров. Некоторые вопросы численного и электрического моделирования волн ц у н а м и

–  –  –

Использование «обратного м етода» для определения абсолютной скорости и р а сх о д а Антарктического циркумполярного течения. А в е р к и е в А. С., М а с л о в с к и й М. И. Сборник научных трудов «Методы и средства исследо­ вания М ирового океана». Л., изд. Л П И, 1984, вып. 87, с. 3 — 9 (Л Г М И ) .

«Обратный метод», основанный на вычислении скорости на отсчетной уровне, позволяет определить абсолютную скорость и р асхо д течения в некото­ ром замкнутом бассейне. М етод применен для расчета скорости и р асхода Антарктического циркумполярного течения в Австралийском секторе Ю жного океана. Проведены эксперименты при двух начальных отсчетных уровнях:

2 0 0 0 м и 4 0 0 0 м. При отсчетном уровне на глубине 4 0 0 0 м полученные скорости согласую тся с прежними расчетами и фактическими данными, полученный р а с­ хо д м еж ду Австралией и Антарктидой в этом случае оценен в 2 0 0 свердрупов .

–  –  –

У Д К 551.466.326 .

Применение м етода главных компонент для районирования морей и океанов по режимным характеристикам ветра и волн. Л о п а т - у х и н Л. И., Р о ж ­ к о в В. А., Р у м я н ц е в а С. А. Сборник научных трудов «Методы и средства исследования М ирового океана». Л., изд. Л П И, 1984, вып. 87, с. 10— 19 (Л Г М И ) .

Изложены основные принципы районирования Мирового океана и отмечены их особенности и недостатки. Выполнено районирование Атлантического океана путем расчета двух компонент (по шести параметрам маргинальных распреде­ лений скоростей ветра, высот и периодов волн) и выделение зон их сгущения в различных призначных пространствах. Указаны пути и способы дальнейшего соверш енствования предлагаемой методики классификации .

–  –  –

У Д К 551.465.4 О факторном анализе вертикального распределения плотности воды. В а йч о в с к и й П. А. Сборник научных трудов «Методы и средства исследования Мирового океана». Л., изд. Л П И, 1984, вып. 87, с. 19— 22- (Л Г М И ) .

Структура вертикального распределения плотности морской воды на полионе в Северной Атлантике исследуется методом статистического факторного аняш за. П редлагается физическая интерпретация выделенных главных факторов.,

–  –  –

У Д К 55 1.46.07/08 Об оценке результатов расчетов океанологических характеристик. К а р п о ­ в а И. П., К а с ь я н е н к о Е. В. Сборник научных тудов «М етоды и средства исследования М ирового океана». Л., изд. Л П И, 1984, вып. 87, с. 23— 29 (Л Г М И ) .

Приведены результаты использования ряда критериев для оценки как точ­ ности расчета, так и согласованности изменений некоторых рассчитанных и фак­ тических параметров применительно к решению океанологических задач. И схо д ­ ными материалами для выполнения оценок послужили расчеты температуры воды Балтийского моря и Северной Атлантики. Д аны рекомендации по исполь­ зованию вышеуказанных критериев при р асчетах и моделировании океанологи­ ческих процессов .

–  –  –

У Д К 551.465.5 О во зм о ж н о сти оценки гр ан и ц пр и м ен и м ости м атем ати ч еской м одели Д е н и с о в В. И. Сборник научных трудов «Методы и средства иссле­ Экм ана .

дования М ирового океана». Л., изд. Л П И, 1984, вып. 87, с, 3 3 - -4 1 (Л Г М И ) .

Статья посвящена проблеме оценки границ применимости математической модели Экмана для описания реального процесса. Предложено характеризовать границы применимости модели зависимЬстью дисперсий погрешностей модель­ ных расчетов от дисперсий погрешностей коэффициента обмена. Н а примере модели дрейфовых течений Экмана для случая глубокого моря были проведены эасчеты оценок математических ожиданий, дисперсий и коэффициентов вариаи и дрейфовых течений с использованием м етода М онте-Карло. Получены з а ­ висимости погрешностей модельных расчетов от погрешностей коэффициента вертикального турбулентного обмена для некоторых скоростей ветра и глубин .

–  –  –

% УДК 5 5 1.4 6.0 9 Океанографические аспекты освоения энергии океана. Д о р о н и н Ю. П., В о л к о в И. И., П р о в о т о р о в П. П., С ы ч е в В. И. Сборник научных тр у­ дов «М етоды и средства исследования Мирового океана». Л., изд. Л П И, 1984, вып. 87, с. 4 1 — 50 (Л Г М И ) .

Сделан обзор изученности наиболее перспективных для освоения энергети­ ческих ресурсов океана— энергии температурных и соленостных градиентов;

волн, течений, приливов. Систематизированы сведения о зап асах энергии этих источников, принципах преобразования отдельных видов энергии в электричзскую. Уделено внимание океанографическим аспектам дальнейшего освоения океанских энергоисточников, особенно в связи с необходимостью восстан овле­ ния гидрофизической структуры и сохранения окружающей среды при изъятии из океана части его энергетических запасов,

–  –  –

У Д К 551.465 Многолетние колебания температуры воды поверхностного слоя в Северной Атлантике. С е р я к о в Е. И. Сборник научных трудов «Методы и средства ис­ следования М ирового океана». Л., изд. Л П И, 1984, вып. 87, с. 50— 57 (Л Г М И ) .

Н а основе 24-летних рядов среднемесячной температуры воды в пятиграДусных квадратах акватории Северной Атлантики рассчитаны параметры ано­ мальности полей температуры воды и выделены наиболее аномальные по тепловому режиму годы (1 9 6 2, 1972, 1974 и 1976 гг.). В большинстве случаен экстремальные величины параметра аномальности отмечались в теплом полу­ годии при преобладании меридиональных форм атмосферной циркуляции. В ко­ лебаниях аномалий температуры воды наиболее четко просматривается 12-месячный и квазидвухлетний циклы .

Корреляционный анализ потоков тепла с показателями атмосферной цир­ куляции показал значительную пространственную неоднородность. статисти­ ческих связей, причем наибольшая теснота этих связей проявилась в энерго­ активных зонах Северной Атлантики .

Предпринята попытка сопоставить колебания температуры воды поверх­ ностного слоя в отдельных к в адр атах с колебаниями уровня океана в Майами, Сен т-Д ж он се и Рейкьявике .

Основными факторами, обусловливающими формирование крупных ан ом а­ лий теплового состояния океана, следует считать горизонтальный перенос тепла Гольфстримом и Л абрадорски м течениями и интенсивность теплообмена с атм о­ сферой .

Табл. 3. Илл. 2. Библ. 16 .

У Д К 551.465 Основные научные результаты гидрологических исследований в 17 рейсе НИС «Нерей» (сентябрь—ноябрь 1981 г.). В о р о б ь е в В. Н., К о р о в и н В. П., П р о в о т о р о в П. П. Сборник научных трудов «Методы и средства исследо­ вания Мирового океана». JL, изд. ЛПИ, 1984, вып. 87, с. 58— 67 (Л ГМ И ) .

Излагаются результаты анализа материалов гидрологических наблюдений, выполненных в период 17 рейса НИС «Нерей», включающих данные трехкрат­ ных съемок полей температуры и солености на продольном и поперечном океа­ нографических разрезах в Балтийском море, а также наблюдения на полигоне западнее о. Борнхольм. Приводятся оценки пространственной и временной изменчивости характеристик термохалинной стратификации, обобщенные харак­ теристики водных масс, типы термической структуры по данным батитермографных зондирований на многосуточных станциях. На основе анализа наблю­ дений сделан вывод о том, что главными причинами эволюции полей темпера­ туры и солености на полигоне являются адвекция северо-морских вод и особен­ ности их взаимодействия с собственно балтийскими водами. Сопоставление дан­ ных наблюдений для осени 1980 и 1981 гг. позволило сделать вывод о более интенсивном выхолаживании поверхностного слоя и ослабленном притоке севе­ роморских вод в 1981 г .

Табл. 2. Илл. 4. Библ. 2 .

УДК 551.463 О некоторых особенностях тонкой термохалинной структуры Японского моря .

К а р л и н Л. Н., К л ю й к о в Е. Ю П у т и н ц е в В. П., С т а с е н к о В. Н.,., Т р о ф и м о в О. А. Сборник научных трудов «Методы и средства исследования Мирового океана». Л., изд. ЛП И, 1984, вып. 87, с. 68— 71 (Л ГМ И ) .

Изложены результаты исследований тонкой термохалинной структуры верх­ него слоя Японского моря. Полученные вертикальные профили были подверг­ нуты статистической обработке. В результате анализа получено представление эб основных закономерностях распределения элементов тонкой структуры тер­ мохалинного поля .

Илл. 2. Библ. 2 .

'Д К 551.468.1 Оценка литодинамических Процессов береговой системы при помощи цепей Маркова. Т а б а к а е в Н. М. Сборник научных трудов «Методы и средства сследования Мирового океана». Л., изд. ЛПИ, 1984, вып. 87, с. 71— 77 (Л ГМ И ) .

Рассматриваются прогностические возможности конечных цепей Маркова, Гриводится вероятностная оценка развития литодинамической обстановки дного. из участков береговой зоны Охотского моря .

Илл. 1. Вибл. 4 .

У Д К 551.465.55.001.57(267) Динамические предпосылки образования продуктивных зон в центральной части Индийского океана; М е н з и н А. Б., С ы р о в а т к о Н. А. Сборник науч­ ных трудов «Методы и средства исследования Мирового океана». Л., изд. ЛП И, 1984, вып. 87; с. 78— 83 (Л ГМ И ) .

Работа посвящена исследованию динамики вод в некоторых перспективных для промысла районах Индийского океана .

Для реализации задами использован совместный метод электрического ана­ логового и математического моделирования. Использование на разных этапах решения задачи того или иного метода позволяет не только сократить время и объем вычислений, но и обойтись в ряде случаев без дополнительной инфор­ мации на границе области .

В результате моделирования удалось выделить зоны апвеллинга в ряде районов Центральной части Индийского океана. Получено положение линий конвергенции и дивергенции в рассматриваемом регионе для определенного типа барической ситуации .

Илл. 3. Библ. 10 .

У Д К 551.46 Влияние гидрологических факторов на продукционные процессы в Белом море. К р е й м а н К. Д., Н а з и м о в М. В., П р о з о р о в А. А. Сборник науч­ ных трудов «Методы и средства исследования Мирового океана», Л., изд. ЛПИ, 1984, вып. 87, с. 83— 92 (Л ГМ И ) .

Рассматривается математическая модель экологической системы пелаги­ ческой части Белого моря, созданная на кафедре океанологии Ленинградского гидрометеорологического института, приводятся первые результаты численной реализации этой модели. Данные, полученные в ходе расчетов, свидетельствуют о существенной зависимости продукционных процессов от термического режима верхнего слоя моря, эволюции ледового покрова весной и вертикальной цирку­ ляции в Белом море .

Илл. 5 Библ. 13 .

УДК 551.46.083:681.3 Гидролого-оптический измерительно-вычислительный комплекс аппаратуры .

П а р а м о н о в А, Н., З а б у р д а е в В. И., Н и к и т и н А. В., К у ж и м О. И .

Зборник научных трудов «Методы и средства исследования Мирового океана»

Л., изд. ЛПИ, 1984, вып. 87, с. 93— 99 (Л ГМ И ) .

Рассматривается аппаратура для комплексных измерений гидрологических I оптических параметров морской среды с борта научно-исследовательского :удна и обработки гидрофизической информации в реальном масштабе на спеиализированной или универсальной вычислительной машине. Измерители, боровая аппаратура и программное обеспечение ЭВМ имеют модульную структуру [ набираются в зависимости от задачи исследования .

Табл. 1. Библ. 5 .

У Д К 551.46 Исследование процесса измерения океанических течений численными мето­ дами. К у ш н и р В. М., А н д р ю щ е н к о Е. Г. Сборник научных трудов «Ме­ тоды и средства исследования Мирового океана». Л., изд. ЛП И, 1984, вып. 87, с. 99— 104 (Л ГМ И ) .

Рассмотрены операторы, структура которых подобна схемам измерителей океанических течений различного типа. Преобразование заданных флуктуациоииых рядов посредством этих операторов позволяет смоделировать процесс из­ мерения океанических течений и оценить погрешности при различных условиях .

Приведены результаты моделирования измерителей течений с непосредствен­ ным отсчетом модуля и направления, а также с векторным осреднением. На основе численных экспериментов оценена полоса частот достоверных измере­ ний статистических характеристик флуктуаций скорости и величины погреш­ ностей измерения средних течений .

Илл. 2. Библ. 5 .

УДК 551.464.5.089.6 О поверке электросолемеров ГМ-65. С а в е л ь е в а Л. В., Т и м е ц В. М .

Ш в е д е Н. Е. Сборник научных трудов «Методы и средства исследованш Мирового океана». Л., изд. ЛПИ, 1984, вып. 87, с. 104—1108 (ЛЛМИ) .

Излагаются методы поверки и градировки электросолемеров ГМ-65. Даны рекомендации по организации поверки приборов на местах .

–  –  –

УДК 551.460.18 Аппаратурный комплекс для измерения гидрометеопараметров в море .

Б е з з а б о т н о в В. С., Ш о р Г. И., К а п у т е р к о А. И. Сборник научных трудов «Методы и средства исследования Мирового океана». Л., изд. Л-ПИ, 1984, вып. 87, с. 108—-Mil (Л ГМ И ) .

Рассматривается вариант расширения функциональных возможностей ин­ формационно-измерительной системы К200, а также разработанный на базе К200 аппаратурный комплекс для измерения гидрометеопараметров в море .

Сообщаются основные технические характеристики измерительных каналов .

–  –  –

У Д К 534.222.2 Акустический лаг для исследования океана. Ж у к о й В. Б., К у з и н Н. М., О с т р о в с к и й Д. Б., Я к о в л е в Г. В. Сборник научных трудов «Методы и средства наследования Мирового океана». Л., изд. ЛПИ, 1984, вып. 87, с, n il—,1117 (ЛПМИ) .

В теоретическом и экспериментальном плане исследуются характеристики доплеровского акустического лага с антенной, использующей эффект нелиней­ ного взаимодействия волн двух высоких частот в канале распространения .

Выведены формулы для расчета давления и характеристики направленности этой антенны; приведены результаты экспериментов, ' которые подтверждают возможность создания лага с параметрической антенной,

–  –  –

УДК 551. 465.7 К методике определения некоторых характеристик пенно-пузырьковых обра­ зований в море. Б е з з а б о т н о е В. С. Сборник научных трудов «Методы и средства исследования Мирового океана». Л., изд. ЛПИ, 1984, выи. 87, с. 1,17— Ili24 (Л ГМ И ) .

Предложена методика определения дисперсного состава, кратности и плот­ ности морских пенно-пузырьковых образований, реализуемая с помощью р аз­ работанной в Проблемной лаборатории ЛГМ И измерительной аппаратуры .

Сделан анализ возможных ошибок измерения. Приведены некоторые предва рительные результаты натурных измерений,

Илл. 5. Библ. 8 .

УДК 551.466.62 Некоторые вопросы численного и электрического моделирования волн цуами. В а с и л ь е в А. А., М а к а р о в В. А. Сборник научных трудов «Методы [ средства исследования Мирового океана». Л., изд. ЛПИ, 1984, вып. 87,. 1124—1128 (Л ГМ И ) .

В предполагаемой работе проводится сравнение результатов численного электрического моделирования распространения волн цунами во Втором Куильском проливе. Численные расчеты проводились по нелинейным уравнениям еории мелкой воды с использованием явной разностной схемы вторго порядка очности. Данные электрического моделирования процесса в линейном прибли­ жении соответствуют результатам, полученным с помощью математической одели (не выходят за пределы точности электрического аналога). Приведены ззультаты распространения и трансформации волн цунами в проливе и на эдходах к нему при различных вариантах начального возмущения уровня.




Похожие работы:

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" (ФГБОУ ВПО ПГУПС) Научно-техническая библи...»

«П.В. Фролов (ОАО "ИНЭУМ им.И.С. Брука", ЗАО "МЦСТ") P. Frolov ГЕНЕРАЦИЯ СЛУЧАЙНЫХ ТЕСТОВ СИСТЕМНОГО УРОВНЯ ДЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ С АРХИТЕКТУРОЙ "ЭЛЬБРУС" RANDOM SYSTEM-LEVEL TEST GENERATION FOR ELBRUS ARCHITECTURE MICROPROCESSORS Рассмотрена структура для разработки генераторов тестов системног...»

«Битумно-эластомерные кровельные гонты Основанная в 1949 году фирма Katepal Oy является лидером среди изготовителей битумных кровельных материалов и битумной продукции в Финляндии. Кровельные гонты Katepal удовлетворяют требованиям европейского стандарта EN 544. Битумные кровельные гонты Katepal предлаг...»

«Раздел 4 НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ДОРОЖНОТРАНСПОРТНОМ КОМПЛЕКСЕ УДК 625.7 Цезар Кейроз, В.В. Сильянов, А.И. Акулов Всемирный банк, Вашингтон, США Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет) Вице-премьер Правительства Ленинградской области ОСОБЕННОСТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММЫ "ГОСУДАРС...»

«Система бесперебойного питания APC Symmetra RM Руководство по установке на русском языке 990-7811, Revize 1, 06/01 СОДЕРЖАНИЕ Адреса и телефоны служб поддержки заказчиков компании APC Адреса и телефоны служб подд...»

«ISSN 0202 —I51X ЎЗБЕКИСТОНДА ШКТИМОИЙ ФАНЛАР ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ В УЗБЕКИСТАНЕ УЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ ФАНЛАР АКАДЕМИЯСИ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ЎЗБЕКИСТОНДА ИЖТИМОИЙ ФАНЛАР ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ В УЗБЕК...»

«ПРОТОКОЛ № _14 ЗАСЕДАНИЯ ПРАВЛЕНИЯ ТОВАРИЩЕСТВА СОБСТВЕННИКОВ НЕДВИЖИМОСТИ "АЮ-ДАГ 2010" пгт. Партенит "10" октября 2018 г.В заочном и очном голосовании участвовали члены ПРАВЛЕНИЯ ТСН "АЮ-ДАГ 2010": № Фамилия, Имя, Отчество п/п 1 Матькина Т.Т. (кв.903) Присутствовал 2 Гайдак Д.В. (кв.804) Заочно 3 Золотарев И.Ю. (кв.704...»

«Ермакова Тамара Васильевна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ УСТОЙЧИВЫМ РАЗВИТИЕМ РЫБНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Специальность1 08.00 05 Экономика и управление народным хозяйством (15 Экономика, организация и управление предприятиями, отраслями и комплексами промышленности) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата э...»

«ГОСГОРТЕХНАДЗОР РОССИИ УТВЕРЖДЕНЫ Постановлением Госгортехнадзора России 27.09.94 №53 Правила безопасности при эксплуатации газового хозяйства автомобильных заправочных станций сжиженного газа 1. ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ 1.1 Общие положения 1.1.1. Настоящие Правила устанавливают требования к технической эксплуат...»

«Моечные аппараты высокого давления без подогрева воды DELVIR HYDRO FOAM 10-130 / 13-180 / 15-200 РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ВНИМАНИЕ: внимательно прочтите данное руководство перед эксплуатацией аппарата! СОДЕРЖАНИЕ.1. Общая информация..3 2. Техническая информация..3 2.1. Общая информация..3 2.2. Технические характеристики..3 3. Конструкция и ко...»

«МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ) МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПО ПОВЫШ ЕНИЮ РАБОТЫ АБЗ И ЦБЗ...»

«A38-WP/80 Международн организа М ная ация граждан нской авиаци ии TE/15 30/07/15 РАБОЧИЙ ДОКУМЕН Р НТ (Information paper) АС ССАМБЛЕ 38-Я СЕССИЯ ЕЯ Я ТЕХНИЧЕС Т СКАЯ КОМ МИССИЯ Пункт 27 повестки дня. Безопа 7 д асность полетов. Полит тика Пункт 28 повестки дня. Безопа 8 д асность полето...»

«E ОРГАНИЗАЦИЯ ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ Distr. GENERAL ЭКОНОМИЧЕСКИЙ TRANS/SC.3/WP.3/2002/7 И СОЦИАЛЬНЫЙ СОВЕТ 20 December 2001 RUSSIAN Original: FRENCH ЕВРОПЕЙСКАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ КОМИТЕТ ПО ВНУТРЕННЕМУ ТРАНСПОРТУ Рабочая группа по внутреннему водному транспорту Рабочая группа...»

«УТВЕРЖДЕН КЕРМ.407351.001РЭ-ЛУ ОКП 42 1311 Расходомер-счётчик жидкости ультразвуковой РАПИРА-ПВ Руководство по эксплуатации КЕРМ.407351.001РЭ СОДЕРЖАНИЕ 1 ОПИСАНИЕ И РАБОТА 1.1 ОПИСАНИЕ И РАБОТА ПРИБОРА 1.1.1 Назначение 1.1.2 Условия окружающей среды 1....»

«МЕЖДУНАРОДНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ СИМПОЗИУМ ПО ОБРАБОТКА ЯДЕРНОЙ ИНФОРМАЦИИ Вена, 16-20 феврем 1970 года IAEVSM-128/36 ОПЫТ ДЕПОНИРОВАНИЯ СТАТЕЙ В ЖУРНАЛЕ АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ А.И. Артемов, В.Ф. Калинин, Н У А. Колокольцев В.Ф. Семенов Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по атомной науке и...»

«Администрация Катав-Ивановского муниципального района ПОСТАНОВЛЕНИЕ " 11 " июля 2016г. № Об утверждении перечней видов обязательных работ для отбывания осужденными на территории Катав-Ивановского муниципального района, перечней объектов (организаций и п...»

«Руководство по интеграции Рупор II Система автоматического оповещения по цифровым каналам связи STC-S520 Руководство по интеграции ЦВАУ.00430-01 91 О КОМПАНИИ Уважаемый пользователь! Перед началом работы с системой Рупор II внимательно ознакомьтесь с данным руководством по интегра...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Саратовской области "Краснокутский политехнический лицей" ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОЙ ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ по специальности 43.02.13 Технология парикмахерского искусств...»

«15'00080 maag automatik pelletizing systems M-USG Системы подводного стренгового гранулирования Технология гранулирования на высшем уровне качества Системы подводного стренгового гранули­ Ваши преимущества рования M-USG уже многие десятилетия Постоянно высокое качество гранул используются во всем ми...»

«Федеральное агентство Российской Федерации по образованию Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева Новомосковский институт Сафонов Б.П. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ...»

«Международный научно-технический журнал ДЕКАБРЬ 2018 "ТЕОРИЯ. ПРАКТИКА. ИННОВАЦИИ" КИБЕРНЕТИКА УДК 621.311 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ ГИБРИДНОЙ ВЕТРОДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Дранник Денис Михайлович, Доровской Владимир Алексеевич "Керченский государственный морской технологический университет" Большинст...»

«Муниципальное автономное дошкольное образовательное учреждение "Детский сад №32 "Белоснежка" План самообразования педагога Прониной А.А. на 2017-2019 учебный год Тема: "Формирование познавательных...»

«ЧЕМПИОНАТ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА ПО СПОРТИВНОМУ ТУРИЗМУ НА ГОРНЫХ ДИСТАНЦИЯХ 1-4 июня 2016г., скальный массив "Компашка", район "Братского моста", р.Енисей . ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ И УСЛОВИЯ ПРОХОЖДЕНИЯ ДИСТАНЦИИ-ГОРНАЯ-ГРУППА 4 класс Техническая информация о дистанции: Дистанция проходит по прибрежной части р.Енисей и е...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.