Научный отчет 2010 года
реклама
2. Проведение натурных экспериментов в Охотском море в 2010 г. В 2010 году на о. Матуа на ПУС «Надежда» была организована международная экспедиция ДВПУ. В работе ДВПУ приняли участие сотрудники трех академических учреждений ДВО РАН: Института морской геологии и геофизики (г. Южно-Сахалинск), Института вулканологии и сейсмологии (г. Петропавловск–Камчатский) человека, Тихоокеанского института географии (г. Владивосток) и Института океанологии РАН из Москвы, исследователи и аспиранты из Геофизического Института Университета Аляски (г. Фербанкс) и Вашингтонского Университета (г. Сиэтл). Маршрут экспедиции 2010 г. показан на рис. 3. Рис.3. Маршрут Экспедиции ДВПУ 2010 г. В экспедиции приняли участие сотрудники трех академических учреждений ДВО РАН: Института морской геологии и геофизики (г. ЮжноСахалинск), Института вулканологии и сейсмологии (г. Петропавловск– Камчатский) человека, Тихоокеанского Владивосток) Института океанологии института РАН из географии Москвы, а так (г. же исследователи и аспиранты из Геофизического Института Университета Аляски (г. Фербанкс) и Вашингтонского Университета (г. Сиэтл). Научная и учебная программы этой экспедиции были направлены на выполнение следующих задач: – проведение натурных измерений на акватории северо-западной части Тихого океана и в переходной зоне с использованием стационарных аппаратурных комплексов, судовых и спутниковых измерений; – разработка сетевых лидарных комплексов и постановка сетевых лидарных и фотометрических исследований динамики основных радиационно-активных компонентов атмосферы; – разработка новых методов лазерной спектроскопии для оценки состояния фотосинтезирующего исследования аппарата взаимовоздействия клеток основных фитопланктона и радиационно-активных компонентов атмосферы с фитопланктонными сообществами; – разработка комплексного подхода к мониторингу радиационноактивных компонентов атмосферы и фитопланктонных сообществ, заключающегося в совместном использовании спутниковых, лидарных методов, методов лазерной спектроскопии и радиофизических методов, которые позволяют объединить результаты измерений, выполненных по различным методикам и различными аппаратурными средствами в микро, синоптических и глобальных масштабах. Одновременно с экспедиционными измерениями проводились экспериментальные работы по пассивному и лазерному мониторингу атмосферы в переходной зоне материк океан с использованием приборной базы, установленной на станции «Служба солнца» Уссурийской астрофизической обсерватории ДВО РАН и на станции лидарного зондирования Института автоматики и процессов управления ДВО РАН. Это позволило получить одновременные данные по динамике аэрозольной компоненты атмосферы над морскими акваториями, в переходной зоне материк-океан и континентальном районе Приморского края. В рамках научной программы морской экспедиции осуществлялась отработка новых методов лазерной спектроскопии для оценки состояния фотосинтезирующего аппарата клеток фитопланктона и исследования взаимовоздействия основных радиационно-активных сообществами. двухчастотный В компонентов частности лазерный был атмосферы испытан флуориметр с в для фитопланктонными натурных измерения условиях спектров флуорисценции морской воды в прокачиваемом варианте по ходу судна. Это позволило продолжить разработку методики оперативной оценки состояния фотосинтезирующего аппарата клеток фитопланктона по измерению удельного воспроизводства растворённого органического вещества клетками фитопланктона с использованием спектров двухчастотной лазерной индуцированной флуорисценции. Впервые, в натурных условиях была опробована аппаратура для получения спектров флуорисценции при многочастотном возбуждении (с использованием лампового источника света). Это позволило, наряду со спектрами ЛИФ получать многочастотные спектры растворённого органического вещества и получать качественную информацию о типе растворённых органических веществ. Однако, данные измерения не возможно было проводить непрерывно по ходу судна, они были выполнены на борту судна в пробах воды, отобранных на станциях. В ходе рейса выполнялись сопутствующие метеорологические и гидрологические измерения, а так же радиометрические измерения спектров восходящего излучения (для сравнения со спутниковыми измерениями, а так же разработки новых спутниковых алгоритмов определения видового состава клеток фитопланктона), осуществлялся забор проб атмосферного аэрозоля для последующего определения его элементного состава и микрофизических свойств, проводились измерения спектрального состава солнечного излучения с помощью фотометров для восстановления аэрозольной оптической толщины, показателя Ангстрема, функции распределения частиц по размерам, влагосодержания, содержания сажи (black carbon). Осуществлялась непрерывная запись концентрации СО2 и паров воды в приводном слое атмосферы с использованием стандартных лазерных спектрометров. В экспедиции на ПУС «Надежда» участвовало 8 студентов, 3 аспиранта и 3 молодых учёных – исполнителей данного проекта. Фотография участников экспедиции приведена на рис.4. Рисунок 1 - Фотография участников научной экспедиции на ПУС «Надежда» Для выполнения научной программы второго этапа проекта был выбран маршрут морской экспедиции, который включает в себя Японское и Охотское моря. Эти моря были выбраны исходя их того, что они подвержены ярко выраженному воздействию основных климатообразующих факторов, действующих в Северо-западной части тихого океана: пылевые бури из континентальных районов Китая и Монголии; вулканическая деятельность Камчатки, Курильских и Алеутских островов, Аляски; тропические циклоны; развитая динамика стратосферного озонового слоя над акваторией этих морей. С другой стороны на этих акваториях наблюдается высокая активность фитопланктонных сообществ (районы с высокой биопродуктивностью и большим удельным воспроизводством органического вещества фитопланктонными сообществами). Кроме того, на исследуемых акваториях находятся уникальные районы, наиболее подходящие по атмосферным, океанологическим, биооптическим и биологическим характеристикам для проверки гипотезы о влиянии фитопланктонных сообществ на формирование атмосферного аэрозоля в приводном слое (банка Кашеварова в Охотском море и банка Крузенштерна в Тихом океане). Для проведения натурных экспериментов были разработаны следующие аппаратные комплексы, которые использовались для проведения измерений или проходили испытания в этой экспедиции: 1. Двухчастотный прокачиваемый лазерный флуориметр для оперативного измерения спектров лазерной индуцированной флуорисценции морской воды (хлорофилла А и других пигментов клеток фитопланктона, растворённого органического вещества) непрерывно по ходу судна. Флуориметр концентрацию позволяет определять флуоресцирующей концентрацию части РОВ, хлорофилла оценивать А, удельное воспароизводство растворённого органического вещества в морской воде, а так же температуру и солёность морской воды. Фотография двухчастотного лазерного флуориметра, установленного на борту ПУС «Надежда» приведена на рис.5. Рисунок 5 - Исполнитель проекта д.т.н. Майор А.Ю. проводит настройку двухчастотного прокачиваемого лазерного флуориметра на борту ПУС «Надежда» во время экспедиции. 2. Судовой малогабаритный аэрозольный лидар для зондирования атмосферы приведён на рис. 6. Он использовался для мониторинга аэрозольной компоненты атмосферы в диапазоне высот от 150 м до 12000 м. Измерения выполнялись в комплексе с мониторингом спектров восходящего из морской толщи излучения, с фотометрическими измерениями, а так же с контактными измерениями микрофизических параметров аэрозоля. В дальнейшем эти данные обрабатываются совместно со спутниковыми измерениями сканеров цвета морской поверхности (MODIS) и спутниковыми лидарными измерениями (CALIPSO). Рисунок 6 - Исполнитель проекта к.ф.-м.н. Шмирко К.А. проводит на стройку аэрозольного лидара на борту ПУС «Надежда». 3. Аэрозольныя микрофизических станция параметров для атмосферного контактных измерений аэрозоля (аэталометр, контактный измеритель счётной концентрации частиц, прокачиваемые фильтры для забора проб на химический анализ). Фото приборов приведена на рис.7. 4. Фото радиометра для измерения восходящего излучения моря приведена на рис.8. 5. На рис.9 приведена фотография зонда для выполнения измерения гидрологических и биооптических характеристик на станциях. Рисунок 7 - Аппаратура для измерения параметров приводного аэрозоля на борту ПУС «Надежда». Рисунок 8 - аспирант Качур В.А. проводит измерения спектра восходящего излучения моря Рисунок 9 - Студенты и аспиранты проводят измерения с погружным зондом SBE19+ на станции. 6. На мачте парусника была установлена автоматическая метеостанция которая проводила измерения стандартных параметров атмосферы (температура, давление, скорость и направление ветра относительную влажность), кроме этого были устарновлены датчики освещённости и измерители концентрации СО2 и паров воды. фотография этих приборов. На рис. 10 приведена Рисунок 10 - автоматическая метеостанция, измеритель освещённости, концентрации СО2 и паров воды, установленные на мачте парусного учебного судна «Надежда».
