Натурный эксперимент
Серия натурных экспериментов с помощью лидара проводилась на борту исследовательского судна Viking Exploring в период с 25 августа по 8 сентября 2011 года. Задачи экспериментов заключались в следующем:
1. проверка устойчивости функционирования прибора в соответствующих климатических условиях при его эксплуатации на малотоннажном судне;
2. получение данных о пространственном распределении хлорофилла и растворенного органического вещества в условиях полярного дня, в частности, вблизи тающих ледников;
3. возможность измерения вертикального профиля температуры морской воды в условиях ограниченной прозрачности, наличия плавающего льда и пресной воды от ледников;
4. изучение динамики спектров эхо-сигнала при замораживании морской и пресной воды в баке большого объема в условиях медленного охлаждения от комнатной температуры до – 10 ° С.
Конфигурация устройства позволяет при высоком отношении сигнал / шум одновременно регистрировать линию лазерного излучения( 527 нм), спектр стоксовой компоненты( 650 нм) комбинационного рассеяния излучения накачки в воде, а также сигнал флюоресценции растворенного органического вещества и хлорофилла. Изображение спектра передается на стробируемый усилитель яркости Andor iStar, управляемый с персонального компьютера. Длительность( до 5 нс) и задержка строба относительно зондирующего импульса задавались в диалоговом режиме с шагом 0,25 нс. Увеличение задержки строба позволяет регистрировать профиль коэффициента обратного рассеяния по глубине, а также отсекать оптические шумы, возникающие от атмосферы и поверхности.
Экспедиция началась в порту Лонгйирбюен, путь пролегал до поселка Свеа и обратно. Эксперимент шел во фьордах Исфьорд и Ван-Мидж, а также в районе ледника Паулабрин( рис. 2). Измерения производились в условиях полярного дня. Лидар был установлен в ходовой рубке судна Viking Exploring, на его верхней палубе закреплено поворотное зеркало, направляющее излучение лазера на морскую поверхность( рис. 3, 4).
После проведения серии калибровочных измерений эхосигнала у пирса, в море проводились измерения интегральных по глубине спектров эхо-сигнала с целью выявления пространственных вариаций концентрации хлорофилла и растворенного органического вещества в поверхностном слое океана( эффективная глубина ~ 1 м) на скорости примерно 4,5 узлов.
Далее калибровочные измерения проводились на стоянке и при локальном маневрировании в районе острова Акселойя( 77 ° 41,957’ с. ш., 14 ° 42,130’ в. д.), где глубина доходила до 14,8 м. При этом проверялись различные режимы накопления сигнала. Были также проведены кинетические измерения
Баренцбург
Свеа
Рис. 2. Карта маршрута экспедиции
Лонгйирбюен
Ш П И Ц Б Е Р Г Е Н
Белльсунн о. Акселойя
Исфьорд
Ван-Мидж фьорд
Рис. 3. Исследовательское судно Viking Exploring в порту. На заднем плане видно поворотное зеркало лидара в карданной конструкции
сигнала по глубине с целью измерения вертикальных профилей температуры и концентрации хлорофилла и растворенного органического вещества. Прямые измерения температуры осуществлялись с помощью профилографа Sea Bird.
На пути в поселок Свеа вдоль фьорда Ван-Мидж в течение пяти часов с интервалом примерно в 8 мин. проводились измерения лидарного эхо-сигнала с целью определения степени распределения хлорофилла и растворенного органического вещества в Ван-Мидж. Особенность этой акватории в том, что на состав примесей в воде с одной стороны влияет большое число примыкающих ледников, с другой стороны – значительный объем грузоперевозок, в частности угля из поселка Свеа. Из поселка Свеа Viking Exploring направился в Исфьорд, где в течение почти трех часов, примерно каждые 5 мин, проводились измерения эхо-сигнала. В задачу входило дистанционное измерение температуры( параллельно с контактными измерениями Sea Bird), обнаружение форм спектра комбинационного рассеяния, характерных для воды и массивного льда.
На обратном пути к острову Акселойя в Ван-Мидж были произведены измерения пространственного распределения хлорофилла и растворенного органического вещества в морской воде.
No. 1( 4) / 2014, Морские информационно-управляющие системы 57