- •Часть II
- •Содержание
- •1. Общие сведения о мировом океане
- •1.1. Науки, изучающие океан
- •1.2. Основные проблемы, связанные с изучением и использованием Мирового океана
- •1.3. Краткая история исследований Мирового океана
- •1.4. Запасы воды на Земле и водообмен
- •1.5. Происхождение Мирового океана и формирование его солевого состава
- •1.6. Береговая черта — граница Мирового океана
- •1.7. Деление Мирового океана
- •1.8. Рельеф дна и глубины Мирового океана
- •1.8.1. Уровень Мирового океана
- •1.8.2. Рельеф дна Мирового океана
- •1.8.3. Измерение глубины океана
- •1.9. Химический состав морской воды
- •1.10. Соленость морской воды
- •1.11. Плотность морской воды
- •1.12. Водные массы
- •1.13. Ледовый режим Мирового океана
- •2. Оптика моря
- •2.1. Распространение и преобразование лучистой энергии в атмосфере и океане
- •2.2. Основные количественные характеристики поля излучения
- •2.3. Уравнение переноса для стационарного поля излучения
- •2.4. Рассеяние, ослабление и преломление света водой
- •2.5. Ослабление лучистой энергии Солнца в морской воде
- •3. Термика моря
- •3.1. Вертикальная температурная структура океанов и морей
- •3.2. Пограничные слои океана и атмосферы и их взаимодействие
- •3.2.1. Деятельный слой океана
- •3.2.2. Пограничный слой атмосферы
- •3.2.3. Взаимодействие пограничных слоев
- •3.3. Уравнение теплового баланса океана
- •3.4. Тепловой баланс Мирового океана
- •3.5. Поток солнечной радиации при отсутствии атмосферы
- •3.6. Ослабление лучистой энергии в атмосфере
- •3.7. Спектральный состав суммарной радиации
- •3.8. Альбедо водной поверхности
- •3.8.1. Интегральное альбедо водной поверхности
- •3.8.2. Альбедо гладкой поверхности
- •3.8.3. Альбедо взволнованной поверхности
- •3.8.4. Альбедо для суммарной радиации
- •3.9. Эффективное излучение водной поверхности
- •3.10. Турбулентность: основные понятия и определения
- •3.11. Параметризация потоков тепла и влаги в приводном слое атмосферы
- •3.12. Основы методики актинометрических измерений
- •3.12.1. Общая классификация калориметрического метода
- •3.12.2. Компенсационный пиргелиометр Ангстрема
- •3.12.3. Пиранометры
- •3.12.4. Пиргеометры и балансомеры
- •3.13. Аппаратура и методика измерения гидрометеорологических характеристик в морских условиях
- •3.13.1 Задачи и специфика измерений
- •3.13.2. Общие требования к аппаратуре и методике
- •3.13.3. Методика измерений в приводном слое атмосферы
- •3.13.4. Методика измерений в деятельном слое океана
- •4. Пленки на поверхности океана
- •4.1. Термический пограничный слой на поверхности океана
- •4.2. Пленки поверхностно-активных веществ (пав)
- •4.3. Нефтяные пленки
- •4.4. Слики
- •5. Течения в океане
- •5.1. Общая характеристика течений
- •5.2. Силы, действующие на морскую воду
- •5.2.1. Сила увлечения ветра
- •5.2.2. Сила градиента давления
- •5.2.3. Сила внутреннего трения
- •5.2.4. Сила Кориолиса
- •5.3. Дрейфовое течение
- •5.3.1. Дрейфовые течения
- •5.4. Градиентные течения
- •5.5. Прибрежная циркуляция
- •5.6. Происхождение Гольфстрима
- •6. Поверхностное волнение
- •6.1. Общие сведения о поверхностном волнении
- •6.2. Общие сведения из теории свободных волн на поверхности воды
- •6.3. Статистика волн и применение спектральных методов
- •6.3.1. Расчет энергетического спектра
- •6.3.2. Интерпретация волновых спектров
- •7. Тропические циклоны
- •7.1. Классификация тропических циклонов
- •7.2. Последствия тропических циклонов
- •7.3. Структура тропического циклона в зрелой стадии
- •7.3.1. Приземное давление
- •7.3.2. Динамическая структура (поле ветра)
- •7.3.3. Поле температуры
- •7.3.4. Осадки и влажность
- •7.3.5. Параметры, определяющие интенсивность тц
- •7.4. Динамика и энергетика тц
- •7.5. Тропические циклоны и другие атмосферные вихри
- •7.6. Проблемы и методы изучения тропических циклонов
- •Контрольные задания
- •18. Градиентные течения.
- •30. Ледовый режим Мирового океана. Литература
3.13.3. Методика измерений в приводном слое атмосферы
Специализированные измерения (градиентные и микроструктурные) проводятся с целью изучения вертикальной структуры и характеристик турбулентности для расчета потоков импульса, тепла и влаги. Основу их составляют синхронные измерения или непрерывная регистрация средних значений и пульсаций скорости ветра u, температуры t и влажности воздуха q на нескольких уровнях над водой (обычно до 10 м). Они дают необходимые данные для описания и параметризации вертикальных профилей u, t и q, выявления их подобия или различия, расчета стратификации в воздухе, а также решения ряда других вопросов. Датчики располагаются на выносных устройствах либо непосредственно с борта судна, либо на свободно плавающих (типа вехи Фруда) буях, позволяющих снизить влияние корпуса судна и волнения на результаты измерений. Посредством кабеля датчики соединяются с измерительной системой и регистрирующим прибором, которые находятся на борту судна.
В качестве датчиков скорости ветра применяются механические анемометры с электрической или механической регистрацией, термоанемометры постоянного тока или постоянной температуры, в которых используется зависимость электрического сопротивления чувствительного элемента от скорости воздушного потока. В последние годы разработаны и совершенствуются акустические анемометры двух классов: фазовые и частотные. В акустических фазовых анемометрах измеряется зависящее от скорости набегающего воздушного потока время между фронтами посылаемых излучателем ультразвуковых импульсов; в частотных — измеряется изменение частоты следования импульсов.
Датчиками температуры служат в основном термометры сопротивления — металлические или полупроводниковые. Для измерения разности температур на двух уровнях используются термопары или два термометра сопротивления, расположенные на этих уровнях и включенные в противоположные плечи мостовой схемы.
Для определения характеристик влажности имеется довольно большое разнообразие методов: психрометрический, оптический, точки росы и др. Для морских условий наиболее подходящими, по-видимому, являются: психрометрический метод с использованием показаний сухого и смоченного термометров сопротивления, или сорбционный с датчиками, изменяющими свое сопротивление в зависимости от относительной влажности.
Для микроструктурных пульсационных измерений используются термоанемометры, акустические анемометры, металлические и полупроводниковые термометры сопротивления, УФ-гигрометры и т. д. Продолжительность непрерывной регистрации в этих методах обычно не превосходит 40–60 минут. Измерительные системы в большинстве случаев оригинальные и имеются в единичном исполнении.
3.13.4. Методика измерений в деятельном слое океана
Аппаратура и методика измерений в деятельном слое океана весьма разнообразны. Что касается датчиков, то для температуры это термометры сопротивления или термопары; для скорости течения — датчики гидродинамического (вертушки, роторы и др.) или акустического типа; для электропроводности (с целью расчета солености) — емкостные и индуктивные; для давления (с пересчетом на глубину) — датчики механические или тензометрические1.
Наиболее распространенным видом измерений в деятельном слое океана является непрерывное вертикальное или горизонтальное зондирование. При этом датчики имеют непосредственный контакт с окружающей средой, а измерительная система и регистратор располагаются либо на борту судна, либо в герметизированном корпусе зонда. По принципу использования различают зонды одноразового и многоразового действия, по способу измерений — зонды, опускаемые на кабель-тросе, свободнопадающие или всплывающие или буксируемые. В морских исследованиях, выполняемых в нашей стране, преимущественное распространение получили зонды многоразового использования на кабель-тросе и буксируемые системы. Примерами такой аппаратуры могут служить зонды «СТД» (соленость, температура, давление), «АИСТ» (автоматический измеритель скорости течения).
В практическом применении зондов и буксируемых систем встречается ряд технических трудностей, связанных с устранением их вибрации, особенно при тонкоструктурных измерениях, с удержанием датчиков на заданной глубине или изотерме при горизонтальной буксировке. Единой методики таких измерений и их обработки пока нет.