Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Концепция и методические основы региональной спутниковой океанографии и их использование на примере Балтийского моря

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Содержание диссертации, доктора географических наук, Викторов, Сергей Васильевич

Актуальность проблемы

Систематическое использование спутниковых данных для изучения отдельных морен началось в конце 1970-х- начале 1980-х гг. Для этого периода характерны определенная настороженность и даже скептицизм океанографической общественности по отношению к спутниковым методам изучения океана. Такое положение было связано с методическими факторами (непрямой характер определения принятых в океанографии параметров с ИСЗ. низкая точность определения океанографических параметров с ИСЗ по сравнению с точностью измерений, выполненных с помощью традиционных контактных средств, нерегулярность и фрагментарность спутниковой информации), психологическими ф:»ггор;ши (отличие спутниковой информации от традиционной по своей физической сущности и по формам ее представления затрудняли само восприятие и дальнейшее использование новой информации), технологическими факторами (основное достоинство спутниковой информации - мгновенный обзор значительных по площади акваторий одновременно в нескольких Диапазонах электромагнитного спектра - приводило к необходимости обработки и анализа таких значительных объемов цифровой информации, которые были совершенно непривычны для традиционных океанографических уч-'режденнй и требовали кардинальных шагов в области технического оснащения и подготовки кадров),

Следует отметить, что в этот период космические программы в целом «страдали от того, что ОНИ были излишне разрекламированы (over-sold ) в 60-е ГОДЫ» ( Allan 1983). Поэтому дальнейшее развития спутниковой океанографии требовало кропотливой углубленной работы с реальной информацией, усилий, направленных на выработку адекватного представления о роли и месте спутниковых данных в информационном обеспечении океанографических исследований.

Названные выше общие причины трудного становления спутниковой океанографии необходимо было рассмотреть и проанализировать в отношении отдельных океанографических параметров, в конкретных физико-географических условиях, съемки и применительно к определенным видам первичных спутниковых данных, что потенциально позволяло надеяться на возможность нахождения приемлемых путей преодоления возникших трудностей в каждой конкретной ситуации. Таким образом, среди других важных проблем спутниковой океанографии конца 1970-х - начала 1980-х гг. возникла актуальная задача перехода от общих дискуссий к практической демонстрации достоинств и выявлению ограшгчений нового научного направления применительно к изучешпо конкретных акваторий.

Цель работы

Цель работы состояла в разработке концепции и методических основ комплексного научного направления "Региональная спутниковая океанография" (РСО) и их использовании применительно к комплексному исследованию Балтийского моря.

Задачи исследований

Конкретные задачи работы включали (1) обоснование концепции и разработку методологии РСО на основе анализа трудностей становления спутниковой океанографии и учета тенденций развития этой дисциплины, (2) исследование региональных особенностей получения, совместной обработки, анализа и интерпретации многосенсорных спутниковых изображений, авиационных и судовых данных о природной среде Балтийского моря, (3) выбор основных направлений исследований, информационное ■обеспечение, организацию и проведение в 1980-х гг. экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря, (4) выполнение методами РСО многолетних исследований динамических явлений в Балтийском море, (5) проведение методами РСО многолетних исследований локальных полей сезонного цветения водорослей и «загрязнения» Балтийского моря.

Научная новизна работы

Термин «Региональная спутниковая океанография» (спутниковое мореве-дение) введен автором доклада в отечественную научную литературу в 1986 г., в международный оборот - в 1988 г. ( на 16-й Конференции Балтийских Океанографов (КБО) в Киле, ФРГ в тексте официальной рекомендации Конференции по наиболее важным направлениям работы на следующие 2 года).

Региональная спутниковая океанография - это комплексное научное направление, использующее методы дистанционного зондирования Земли га космоса и океанографии, базирующееся на анализе спутниковых изображений и изучающее процессы и явления, преимущественно, в морях, прибрежных зонах и отдельных районах океана. Последний из названых признаков определяет отличие «региональной спутниковой океанографии» от «глобальной спутниковой океанографии», которая имеет дело, главным образом, с процессами и явлениями в океане как едином целом.

Региональная спутниковая океанография» как направление научных исследований признано Государственным океанографическим инеппугом (ГОИН) (статья директора Санкт-Петербургского отделения ГОИН В. А. Рож-кова в монографии «Исследование морей и океанов», выпуск 2, посвященной 50-летию ГОИН). Позиция автора о разделении спутниковой океанографии на «глобальную» и «региональную» не противоречит позиции Всемирной Метеорологической Организации (ВМО), ■ руководство которой заказало С.В.Викторову статью «Спутниковая океанография» для специального выпуска Бюллетеня ВМО, посвященного Году Океана (1998). Интерес мировой научной общественности к этому направлению исследований и к результатам работ в этой области в СССР отражает опубликование в 1996 г. в Лондоне издательством «Taylor and Francis» монографии С.В.Викторова «Региональная спутниковая океанг ;\фия» - первой книги по этому междисциплинарному научному направлению. Монография получила положительные рецензии, опубликованные в нескольких периодических изданиях.

В результате исследований по направлению «Региональная спутниковая океанография» применительно к акватории Балтийского моря впервые

-проведена серия активно управляемых КОПЭ, в ходе которых изучены трехмерные структуры вихревых и грибовидных динамических образований,

-введено понятие «Допустимый интервал нссннхронности» измерений в системе «спутник-самолст-судно» и исследованы значения этого параметра для конкретных практических ситуаций в задачах обнаружения и идентификации динамических явлений,

-предложен метод калибровки бортового ИК-радиомстра по естественным полигонам , основанный на использовании деталей структуры сезонного термобара в крупных озерах,

-создана База данных спутниковых многосенсорных изображений Балтийского моря за 25-летний период, включающая также данные авпанаблюденнй.

-исследованы динамические явления (сезонные прибрежные фронты, прибрежные апвеллинги, вихревые структу ры различных типов, стоковые фронты и линзы), проведена их типизация по механизмам возникновения и определены районы и периоды наблюдения,

-составлена сводная схема полей сезонного «цветения» моря за 1980

-исследована пространственно-временная изменчивость полей взвеси в Невской губе и восточной части Финского залива в синоптическом, сезонном и межгодовом интервалах изменчивости.

Практическая значимость п реализация результатом работы В национальном докладе РСФСР, Эстонии, Латвии и Литвы на 17 КБО (Норрчепинг, Швеция, 1990), подводившем итоги океанографических исслс-доганий Балтийского моря за 1980-е гг., использован термин «Региональная спутниковая океанография» , а среди наиболее значительных достижений названо проссдсние экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря, выполнение серии между народных океанографических подспутниковых экспериментов СССР-ГДР и разработка концепции экологической геонн-формационной системы для региона «Балтийская Европа», включающей спутниковый сегмент.

Методтгческие наработки (в форме методических документов, технологических схем и программных продуктов) и текущие результаты исследований Балтийского моря методами РСО (в форме схематических карт элементов динамики сод и полей «загрязнений») регулярно передавались в СевероЗападное управление Гидрометслужбы и ААНИИ для оценки, испытания и использования. Сводный документ «Методические указания по комплексному использованию спутниковой информации для изучения морей», разработанный в ЛОГОИН (научный руководитель С. В. Викторов), были рассмотрены и одобрены Методической комиссией ГОИН 28 марта 1986 г. , изданы Гидроме-теонздатом В 1987 Г. и разосланы во все морские управления Гидрометслужбы и заинтересованные учреждения Минрыбхоза, Минобороны и других министерств и ведомств СССР.

Унге начиная с 1986 г. впервые в отечественной практике региональных океанографических исследований на основе оригинальной научной программы на Балтийском море были организованы и успешно проведены долговременные (алрсль-сентхбрь) комплексные экспедиционные исследования в области региональном еттниковой океанографии, позволившие получить материалы, характеризующие пространственно-временную структуру поля ТПМ по спутниковым (несколько сеансов в сутки).л опорным судово-самолетным данным, исследовать биологические явления и локальные поля «загрязнений» на акватории Балтийского моря. Результаты анализа этих материалов использованы для дальнейшего изучения особенностей гидрологического и гидробиологического режима Балтийского моря, (включая прибрежную зону), и для подготовки в 1986 г. обоснованных предложений по подготовке экспериментального физического спутникового мониторинга этого и других окраинных морей СССР на регулярной основе, реализованных в заданиях Государственных На-учно-Тсхничсских Программ (НТП) 0.74.02 «Космос» и НТП 0.74.01 «Мировой океан» (1986-1990) в следующей кооперации: ЛОГОИН (головной), ГОИН. ОПИ Минвуза УССР, СЗПИ Минвуза РСФСР, ДВ УГКС, ОдОГОИН.

Материалы аэрокосмичсского мониторинга восточной части Финского залива и Невской губы, проведенного нами в 1980-е гг., вошли в состав материалов. официально переданных в Международную комиссию экспертов, приглашенную ГКНТ по поручению Правительства СССР для проведения экологической экспертизы по проблеме воздействия сооружения комплекса защиты города от наводнений. Наши материалы были использованы в качестве объективного источника наглядной информации о визуализации поля течений и распределении потоков речных вод и переносе взвешенных веществ в акватории п бы и залива. Результаты выполненных исследований также использованы при обработке материалов выполненного осенью 1993 г. реального полномасштабного физического эксперимента по манипуляции воротами водопропускных сооружений КЗС с целью изучения возможности управлегам перераспределением потоков в акватории Невской Губы (Усанов и др, 1994).

Первичные изображения, схемы распределения полей взвеси в различных гндрометеороогических апуациях, результаты типизации полей взвешенных веществ, общие результаты анализа материалов 25-летнего озрокосмического мониторинга Невской губы и восточной части Финского залива были использованы в ходе выполнения в составе международной группы работы ПО созданию региональной ГИС «Защита .города от наводнений» в составо проекта «Интегрированной системы управления водными ресурсами региона Санкт-Петербурга» (совместный проект Правительства города и Правительства Нидерландов, выполненный в 1997-2000 гг., координатор СО стороны города -Управление «Морзащита»), *

Наряду с результатами работы национальной спутниковой ледовой информационной системы, результаты экспериментального спупшшзого мониторинга Балтийского моря были включены в доклад «Океанографические спутниковые программы Российской Федерацию), представленный Комисат по морской метеоров ни ВМО в 1993 г.

Материалы исследований по направлению «Региональная спутниковая океанография», полученные на акватории Балтийского моря, использованы при подготовке двух кандидатских диссертаций, выполненных под руководством автора настоящего доклада.,

Концепция и методология РСО, текущие рец.пллгы исследовании Балтийского моря методами РСО исполыованы ашором в материалах отдельных учебных лекции. прочитанных в университетах Данди и Эдинбурга (Великобритания) в 1990-х гг. в том числе на moictn народных зетних школах но дистанционному зондированию, организованных в Университете Данди в 1992 г. и 1997 г.

Ocnoinn.it' nav4iii.iL' положения. ih.iiiociiMi.ie на laimnv

1. Формулирование концепции и разработка методических основ комплексного научного направления «Региональная спутниковая океанография», интегрирующего достижения океанографии, информатики и дистанционного "онднрования Земли из космоса.

2. Разработка научной программы. организация и проведение на экспериментальной основе комплексных спутниковых исследовании Балтийского моря в 1980-х гг.

3. Создание компьютерной базы данных многосенсориых июбраженнй водных объектов Северо-Запада России (моря, озера и их прибрежные зоны), полученных за период 1973-1998 гг. со спутников ("ССР/РФ. США. Франции, Японии, Индии и Европейского космическою агентства и авианоентелей, как информационной основы мониторинга шмененнй природной (морской и прибрежной) среды региона.

4. Методические особенности получения, совместной обработки и интерпретации многосенсорных спутниковых, авиационных и судовых данных о природной среде Балтийского моря (в контексте подготовки и проведения экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря)

5. Результаты многолетних комплексных исследований Балтийского моря, выполненных методами региональной спутниковой океанографии, в том числе:

• результаты исследования динамических явлений на Балтийском море (прибрежные апвеллинги, вихревые структуры различных типов, фронтальные зоны и др.),

• результаты исследования полей «загрязнения» Балтийского моря (выносы рек и зоны их распространения, сезонное цветение водоро;;сй, аномалии полей взвешенных веществ антропогенног о происхождения).

• результаты много.сенсорного мониторинга Невской Губы и восточной части Финского залива в контексте проблемы строительства «Комплекса защитных сооружений Ленинграда-С.-Петербурга от наполнений» и задачи «и-дания «Системы интегрального управления водными ресу рсами решона».

Апробация

КонцепцЛя и методология РСО. текущие реплылты исследований Балмгй-ского моря методами РСО, а также методические вопросы приема, обработки и анализа спутниковой информации дотожены и обсуждены на нескольких десятках Международны >. Всссоюшы\ и pei иона.н.ных конференций в том числе на Втором (Я.иа, СССР. ГЖ2) и Третьем (Пенинграл. ГСП' И87) Съездах советских океанологов. Техническом конференции BMO-NK Ж по н.то полегшим океана и < космоса (Берген Норьегой lV'M) Течипчеегси юнфсренцни КММ ВМС) по дистанционному зондированию океана (Лиссабон, Порпталия. 1993). 13-й ( Хельсинки. Финляндия. 1982). 14-й (Гдыня. Польша. 1984). 15-й (Копенгаген, Дания. 1986). 16-й (Киль, ФРГ, 1988). 17-й(Норрче-пннг. Швеция. 199»), 18-й (С.-Петербург. РФ, 1992), 19-й (Сопот, Польша, 1994) и 20-й (Рейне. Дания.) Конференциях Балтийских океанографов. Материалы диссертации докладывались на заседаниях Ученого Совета ЛО ГОИН (СПО ГОНЫ). ГОИН. ГосНИЦ ИПР, Научного Совета по дистанционному зондированию Земли при Ленинградском научном центре АН СССР, на семинарах в научных учреждениях и университетах СССР, Великобритании, Нидерландов. Германии. Франции.

Публикации

Основной перечень научных публикаций по теме диссертации включает 114 наименований. В докладе приведен сокращенный список из 72 наименований. включающий 2 монографии.

Личный п клад автор а п совместных публикациях

Из названных 114 работ 30 выполнены без соавторов. Формулирование определения, разработка концепции и методологии региональной спутниковой океанографии выполнены автором. Им же проводился анализ текущего состояния, проблем становления и тенденций мирового развития спутниковой океанографии в системе дистанционного зондирования Земли из космоса в период 1970-2000 гг. Автором выполнен анализ развития спутниковой океанографии в бывшем СССР. Рассмотрена роль авиационных носителей в сборе океанографической информации и проведена классификация авиационных средств по типам используемого оборудования.

С 1978 г. автор является руководителем работ ЛОГОИН-СПОГОИН по еттниковой океанографии, научным руководителем - ответственным исполнителем нескольких десятков тем Плана НИР Госкомгидромета СССР - Росгидромета. Автору принадлежит основная роль в разработке программы экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря, в разработке научной, программы, подготовке и непосредственном оперативном руководстве серией международных КОГ1Э, выполненных на акватории Балтийского моря в 1983-1988 гг.

В монографии «Региональная спутниковая океанография», изданной на английском языке в Лондоне в 1996 г. изложены основы и методология ЭТОГО научного направления, выполнен обзор мировых работ в области, охватываемой термином «региональная спутниковая океанография», и обобщен многолетний опыт исследований, выполненных в 1970-е -1990.-е гг. в Лаборатории космической океанографии и аэрометодов (ЛКО и AM) ЛОГОИН-СПОГОИН под научным руководством и при непосредственном участии автора настоящего доклада.

В монографии «Дистанционное определение температуры моря» (Ленинград, ГиДрометсоиздат. 1987. соавторы И.А.Бычкова и В.В.Виноградов) представлены материалы связанные с определением места еттниковой океанографии в современных на\ках о Земле, методические материалы по совместной обработке спутниковых и опорных океанографических данных и материалы по использованию данных ПК-радиометрических измерении температуры поверхности моря (ТПМ) в научных целях

В совместных журнальных публикациях автору, как правило, принадлежи! постановка задачи, определение пулей се решения, выбор мелола и варианюв обработки данных, участие в получении ре иль пп л н его ана ли те. учасгне в наппсании'слатьи и редактирование ее текста. Как научный руководитель ле-магпки, С.В.Викторов обычно придерживался принципа расположения соавторов в алфавитном порядке.

Автор выражает искреннюю благодарность всем своим соавторам и коллегам но работе с 1977 г.

СОДЕРЖАНИЕ РАНО ГЫ

1. КОНЦЕПЦИЯ РЕГИОНАЛЬНОМ СПУТНИКОВОМ ОКЕАНОГРАФИИ

1.1. Спушпконап океанографии как- час п. системы дистанционного зондировании Земли (ДЗЗ) из космоса

В конце 1970-х годов был запущен спутник SEASAT, предназначенный для проверки концепции создания аппарата, предназначенного именно дли океанографических исслсдонанпн (26 нюня - 10 октября 1978 г ) В период, предшествовавший запуску этого спутника, п в течение нескольких лет после него многие ученые стремились определить истинное значение новых методов для океанографии и надлежащее место результатов дистанционного зондирования в ряду традиционных данных, а также идентифицировать конкретные характеристики, которые превращают спу тниковую океанографию в самостоятельный раздел науки о наблюдениях Земли из космоса Многочисленные авторы обсуждали ход развипгл этого междисциплинарного нау чною направления, анализируя первые достижения и препятствия на пули дальнейшею нро-двнжЗения, излагали свое видение перспектив в области разработки соответствующих методов и технических средств (S/ekielda, 1976. Apcl. 1977, Fedorov, 1977; Allan, 1979; Nclepo. 1979).

В период 1977 - 1998 гг. автор настоящею доклада в рамках плановых научных исследования, а также по просьбе зарубежных научных лрежлепий и в качестве члена международных специалишрованных экспертных групп Всемирной метеорологической организации (ВМО) исследовал различные аспекты становления и развития спутниковой океанографии в мире и, в частности, в нашей стране [19, 20, 25, 28, 52, 60-66. 68, 69]

В нашей статье 1982 г. «Спутниковая океанография: предмет, состояние, перспективы» [1'»] обсуждались основные причины более трудною становления космической океанографии, по сравнению с другими раиелами научного направления «Дистанционное зондирование Земли nt космоса», за 25 лет космической эры. Там же рассмотрено состояние использования спутниковой информации в отдельных разделах океанографии Li.i ю покатано, чло на рассматриваемом этапе степень развития спутниковых методов опреле теиии отдельных океанографических параметров была емткч i пенно р.млнчна. на р,и-ит,тх стадиях находилось и воплощение чих меюлов в бортную ami.i|>ai\p\

НС'}, и. как следствие, возможности использования спутниковой информации для определения того пли иного океанографического параметра были весьма . различны. К зтому моменту уже существовал определенный опыт применения методов дистанционного зондирования в других науках о Земле. Этот опыт в сочетании с анализом трудностей и препятствии, стоящих на пути развития спутниковой океанографии, свидетельствовал о необходимости использования системного подхода к проектированию и разработке технических средств, а также методов получения спутниковых данных, их обработки и использования. Были рассмотрены очередные задачи спутниковой океанографии и высказано мнение о насущной необходимости повышения роли специалистов-океанологов в комплексе исследований и разработок, реализующих названный системны- подход [19] Наше видение роли океанологов в решении проблемы подроби" осуждалось в [19].

Хотэта идеальная схема никогда не была реализована, и в действительности развитие спутниковой океанографии в мире пошло другим путем, в 1980-х годах велись обширные методические исследования, направленные на создание системы наблюдения Земли из космоса, включая и се океанский компонент. Первое системное представление широкой общественности национальной программы оперативного наблюдения Земли из космоса сделано в 1984 г. нографни «Природа Земли из космоса» (составители А.П.Тищенко и С.В.Викторов). Список отечественных работ в этой области в рассматриваемый период включает монографии Нелепо Б.А. Терехина Ю.В., Коснырева В.К. Хмырова Б.Е. «Спутниковая гидрофизика» (1983), Нелепо Б.А., Коротае-ва Г.К. Суегина B.C. Терехина Ю.В. «Исследование океана из космоса» (1985). Бычковой И.А. Викторова С.В. Виноградова В.В. «Дистанционное определение температуры моря» (1988). и многочисленные статьи в журнале "Исследование Земли из космоса", опубликованные в 1982 - 1987 гг. Наряду с проведением широких методологических и общесистемных исследований и разработок, направленных на создание космической системы изучения природных ресурсов Земли (ИГ1РЗ) и Мирового океана. 1980-е годы характеризуются существенно новым процессом - переходом к практическим применениям данных с ИСЗ в океанографии, не дожидаясь общего сбалансированного прогресса в развитии всех аспектов спутниковой океанографии, при отсутствии специализированных, чисто океанографических спутников, не говоря уже о полноформатной спутниковой океанографической системе. Этот процесс Лыл основан на наличии регу лярной информации неограниченного доступа со путников серии НОЛА, появлении новых экспериментальных бортовых устройств. развитии техники приема и обработки данных с ИСЗ. работающих в режиме непосредственной передачи данных, на появлении специализированных вычислительных средств для обработки изображений, а вскоре и появлении персональных компьютеров, и общем прогрессе информационных технологий [65]

Спутниковую океанографию (СО) нельзя рассматривать лишь как изучение Мирового океана in космоса Она представляет собой много- дисциплинарное научное направление смесь традиционных на\к о море, методой дистангшонного зондирования и современной информатики. Некоторые характеристики современной спутниковой океанографии, тенденции ее развития на рубеже 21 века, а также реалистичные оценки качества полу ченных с помощью космических измерений величин океанографических параметров подробно рассмотрены нами в заказной статье для специального выпуска Бюллетеня ВМО, посвященного Всемирному Году Оксана

1.2. Характеристики и тенденции развитии спупшкопоп океанографии

Системные тенденции. В работе [28] к числу системных тенденций мы отнесли следующие:

• Размывание понятий «океанографический спутник» и «спутниковая океанографическая наблюдательная система» с постепенным трансформацией концепции отдельной смут тисовой океанографической системы в концепцию распределенного океанского сегмента комплексной системы глобальных наблюдений. Начиная с конца 1970-х годов концепция создания океанографического спутника постоянно менялась, да и сам этот термин постепенно утратил свое первоначальное значение. На нынешнем этапе нам приходится иметь дело с океанскими датчиками,, рассеянными по спутникам различных типов, а также с космическими сенсорами, данные с которых представляют интерес для многих наук, в том числе и для океанографии. [28].

• разделение на глобальную и региональную спутниковую океанографию. Для удобства изложения вторая системная тенденция будет подробно обсуждена в следующем разделе.

Основные тендениии развития структурных частей системы наблюдении океана, обработки данных и аначиза результатов (бортовая аппарату ра, базы данных, обработка данных, информационная продукция, ориентированная на потребителя, система специализированного образования) рассмотрены нами в [28]. Там же подробно обсуждаются такие факторы, как уязвимость существующих спутниковых источников океанографической информации, недостаточный уровень «операционализации» спутниковой океанографии, а также перспективы развития спутниковой океанографии.

1.3. Предмет И задачи региональной спутниковой океаног рафии

Тенденция разделения спутниковой океанографии (СО) н;утвл направления: глобальная спутниковая океанография (ГСО) и региональная спутниковая океанография (РСО), по нашим оценкам, наметилась примерно 15 лет тому назад (24, 25]. Общие принципы деления СО на РСО и ГСО на основе дифференциация задач и методов спутниковой океанографии рассмотрены нами в работах (24, 25, 65]. Там же отмечены характерные особенности обоих направлений во всем многообразии аспектов современной спутниковой океанографии. В работах [24, 25] формулируется концепция спутникового мореведе-ния (РСО) и развивается подход к РСО как к самостоятельному направлению дистанционного зондирования.

Определение: Региональная спутниковая океанография - это комплексное научное направление, использующее методы дистанционного зондирования Земли из космоса й Океанографии, базирующееся на анализе спутников),гх изображений и изучающее процессы н явления, преимущественно, в морях. прибрежных зонах и отдельных районах океана.

Последний из названых признаков определяет отличие «региональной спутниковой океанографии» от «глобальной спутниковой океанографии». Ее-,, ли объектом исследопания ГСО является Мировой океан в целом как часть гидросферы, то под объектами исследования РСО будем понимать отдельные моря, прибрежные и шельфовые зоны, а также выделенные районы океанов.

Область исследования (задачи) РСО - это изучение динамики водных масс в пределах отдельных акваторий, динамики распространения шлейфов речных вод. вопросы биологической продуктивности конкретных районов, проблемы, связанные с состоянием окружающей среды (качество воды, перенос загрязняющих веществ), проблемы взаимодействия между прибрежной зоной и открытым океаном, вопросы морфологии ледяного покрова и т. п. [24, 25. 65]. Среди конкретных задач упомянем изучение процессов водообмена изучаемой акватории с соседними акваториями, исследование динамики различных водных масс, связанных с наличием речного стока, бнопродуктнв-ность, перенос загрязняющих веществ, проблема взаимодействия прибрежной зоны и открытого моря.

РСО и ГСО различаются во всем спектре своих характеристик (структурно-технологических аспектов), среди которых назовем следующие:

• Требования, предъявляемые к первичным спутниковым данным;

• Конфигурация спутниковых датчиков и режимы их функционирования;

• Алгоритмы и методы обработки и анализа спутниковых данных;

• Средства сбора калибровочных (подспутниковых) данных морских наблюдений;

• Конфигурация баз данных;

• Требования к линиям связи, используемым для передачи информации;

• Запросы потребителей и существующие стандарты; *

• Форматы представления информационной продукции;

• Системы распространения конечных результатов.

При определении океанографических параметров огромное значение имеют такие характеристики, как область охвата наблюдениями, пространственное разрешение, частота получения изображений и задержка в передаче данных. Различия между требованиями, предъявляемыми ГСО и РСО к этим характеристикам. влияют и на все другие вышеназванные характеристики. Сравнение некоторых обобщенных требований к спутниковым данным в задачах ГСО (на примере программы ТОГА) и РСО проведено нами в [24]. Важной составной частью процесса перехода от общесистемных и методагческих исследований к практическим применениям данных с ИСЗ в океанографии стали комплексные океанографические подспутниковые эксперименты (КОПЭ), первоначально призванные обеспечить практическую проверку методик обработки спутниковой информации и исследование достоверности результатов интерпретации данных дистанционного юндирования.

Такие работы, в сочетании с использованием автономных пунктов приема и обработки спутниковых данных, расположенных непосредственно на изучаемой акватории, предопределили получение океанологически значимых результатов. Важным компонентом этих исследований становились априорные знания особенностей гидрологического режима изучаемых акваторий. На основе анализа этого опыта произошло осознание необходимости сочетания трех составляющих: (1) независимые источники спутниковых данных, (2) собственные опорные измерения, (3) экспертные знания "своей" акватории. Тем самым был сделан еще один шаг в направтении усиления регионального аспекта исследований в спутниковой океанографии и становления РСО как научного направления.

1.4. Методология рсч110н;1лы1(>й спу пшкошш океанографии В работах [22, 54] уже формировался системный подход к изучению проблем отдельных морей на основе комплексного использования всех доступных спутниковых данных, опорной и априорной информации, излагались некоторые принципы "спутникового мореведения" или "региональной спутниковой океанографии". Под технико-методологической базой 1'СО будем понимать совокупность вышеназванных структурно-технологических аспектов

ОБЩАЯ СТРАТЕГИЯ

1. Анализ проблем изучения данного моря.

2. Выделение главных задач

3. Присвоение приоритетов этим задачам

4. Анализ возможностей использования спутниковой информации

Выделение текущих задач и перспективных задач

СБОР СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ

6. Накопление и систематизация первичной спутниковой информации

7. Получение дополнительной спутниковой информации (СИ)

8. Проведение КОП

ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ СПУТНИКОВЫХ И ОПОРНЫХ ДАННЫХ

9. Обработка и интерпретация СЙ на основе общих существующих методических приемов. Выявление ограничений метоойк.

10. Разработка новых региональных методик

П. Использование "синергетического"подхода

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

12. Разработка методов использования СИ в научно-исследовательских работах, направленных на изучение данной акватории.

13. Использование спутниковой информации для совершенствования экспедиционных работ

14. Прямое обеспечение отраслей экономики информационной продукцией[

Рис. 1.1. Структурная■ схема проведения исследований в рамках направления «региональная спутниковая океанография», характери ivio-щая методологию РСО. спутниковой океанографии, применяемых к региональным и локальным задачам исследования океанологических процессов и явлений в специфических условиях каждой отдельной акватории.

Необходимо заметить, чго исследования в области РСО не сводятся лишь к обработке и интерпретации изображений исследуемых акваторий, полученных в различных диапазонах электромагнитного спектра, хотя эти работы являются важнейшими в РСО. Важную роль в усвоении спутниковой информации, в ряде случаев, играют результаты термогидродинамического и динамико-стохастичсского моделирования. Особую роль в РСО следует отвести моделированию отдельных динамических явлений и процессов, при этом могут быть использованы локальные модели одного и того же явления, адаптированные к особенностям отдельных участков акватории. С разработкой научно-методических основ использования спутниковой информации в РСО тесно смыкается проблема становления спутникового мониторинга морей. Методологические вопросы РСО в аспекте подготовки комплексного спутникового мониторинга морей изложены в [24, 56, 65]. Методология региональной спутниковой океанографии, схематически представленная в виде 4-х модулей на рис. 1.1, была положена в основу плановых тематических исследований ЛОГОИН по этому направлению и реализована при подготовке научных программ и проведении КОПЭ, подготовке и проведении экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря в 1980-х гг. [65] и в ходе последующих исследований Балтийского моря и крупных водоемов

Северо-запада России, выполненных в 1990-е гг. на основе комплексного анализа спутниковых изображений и опорной информации [13, 16].

2. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СПУТНИКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ

2.1. Источники спутниковой и опорной информации

В соответствие с информационным модулем методологии РСО в основу стратегии получения спутниковых данных по акватории Балтийского моря был положен принцип комбинирования данных из централизованных источников и из автономных региональных источников.

Централизованные источники. Централизованным источником спутниковых данных должен был являться ГЦПОД, который в тандеме с ГосНИЦИПР был определен на государственном уровне ответственным за обеспечение спутниковыми данными НИИ Гидрометслужбы. В период проведения экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря в 1980-х гг. источниками первичных спутниковых данных являлись в ИК-диапазоне: сканирующие радиометры на ИСЗ типа «Метсор-2» и ИСЗ серии НОАА; в видимом диапазоне: сканирующие устройства типа МСУ-С, МСУ-СК и матричное устройство МСУ-Э на ИСЗ «Метеор- Природа»: в СВЧ - диапазоне - радиолокационная система бокового об юра на ИСЗ типа «Космос-1500». Затем к ним прибавились бортовые датчики спутников «Космос-1939». ИСЗ серии «Рсслрс-01». ИСЗ серии «Оксан-01». Номснюпгра. качество и регулярность поступления данных из централизованных источников не удовлетворяла потребности океанографической науки. В связи с отсутствием оперативных каналов связи данные в аналоговой форме поступали из Москвы по почте с задержкой от недели и более. Данные в цифровой форме начали поступать лишь в 1988 г.

Со второй половины 1980 гг. из названных источников мы пользовались только данными видимого диапазона и радиолокационными данными низкого разрешения, полностью ориентируясь на использование данных теплового ИК-диапазона с ИСЗ серии НОАА, получаемых самостоятельно на автономных пунктах приема информации (АППИ), размещенных непосредственно в регионе Балтийского моря.

Автономные станции приема спутниковых данных. В соответствие с информационным модулем методологии РСО в 1980-е гг. нами проведены комплексные работы по программе «Создание, внедрение и усовершенствование аппаратно-программных средств приема и цифровой обработки спутниковых данных на судовых и береговых АППИ для получения спутниковой информации в реальном масштабе времени с целью их усвоения в климатически-ориентированных1 и региональных задачах, в том числе для оперативного управления экспедиционными исследованиями».

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, направленные на создание технических средств и методов приема, обработки и хранения информации с ИСЗ США типа НОАА проводттлись в СССР в 1980ч; гг. независимо в нескольких организациях - ЛГУ Минвуза РСФСР, МГИ АН УССР, ИАПУ ДВНЦ АН СССР и ЛОГОИН (7, 31, 41]. В ЛОГОИН в кооперации с ЛПИ Минвуза РСФСР (применительно к ЭВМ «Минск-32») и Одесским Политехническим институтом Минвуза УССР (применительно к ЭВМ типа ЕС-1022) была выполнена разработка и выпущена малая серия аппаратно-программных комплексов, которыми было оснащено несколько научно-исследовательских судов ОдО ГОИН. В 1986 г. Институтом математики и кибернетики АН Литовской ССР был изготовлен опытный экземпляр аппаратуры «Регистратор-анализатор спутниковой информации (РАСИ)» (совместная разработка ЛОГОИ'Н-ИМК), рассчиташюй на работу с ЭВМ типа СМ-4. В 1987-88 гг. выполнялись совместные работы ЛОГОИН и ЛИИ АН СССР (Ленинград), направлен, lie на создание регионального экспериментального АППИ на базе радиоприемного тракта и аппаратуры преобразования спутниковой информации «Парсек» (вклад ЛО ГОШ) и ЭВМ типа СМ-4 ЛИИ АН СССР с обеспечением волоконно-оптической линии связи между двумя организациями.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Концепция и методические основы региональной спутниковой океанографии и их использование на примере Балтийского моря"

ций, эксплуатируемых специально обменными сотрудниками Лаборатории космической океанографии и аэрометодов ЛОГОИН - японская коммерческая присмо-регистрирующая аппаратура JAA-2N с системой анализа изображения JCV-5 на АППИ в поселке Лесное Калининградской области и специализированный экспериментальный аппаратурный комплекс на АППИ ЛИИ-Л О ГОИН в Ленинграде [7, 8, 31].

Эффективность работ по автономному приему и обработке спутниковых данных по Балтийскому морю. С целью получения длительных рядов регулярных спутниковых наблюдений и определения представительности этих данных ЛО ГОИН в 1980-е гг. в период «весна-осень» проводил продолжительные (до 5-ти месяцев) экспедиционные работы, включающие прием данных с ИСЗ НОАА на экспериментальных АППИ, судово- самолетные работы и сбор попутных опорных данных. Составной частью усилий СПО ГОИН по подготовке и осуществлению на практике экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря явилась серия международных КОПЭ, проведенных в 1980-е гг. Наши операторы осуществили прием данных с ИСЗ типа НОАА на АППИ в поселке Лесное (Калининградская область) в 1983-1985 гг. в течение 30 сугок в нерегулярном режиме и в весснне-осенннй период 1986-1988 г.Г. в течение 258 суток в регулярном режиме. За этот период было получено свыше 1000 изображений Балтийского моря с пространственным разрешением около 3 км и температурным разрешением около 0.4-0.5 К, из которых было проанализировано около 400 наиболее информативных изображений.

Достоверность извлеченной информации контролировалась с помощью опорных судовых и самолетных данных, а также путем сравнения информации с различных витков одного ИСЗ и квазиеннхронных данных С разных ИСЗ. В течение суток проводилось от 2 до 13 сеансов связи с двуштпутнюсамн ссрни НОАА, частота сеансов определялась операторами в зависимости ОТ облачно* сти и с учетом информативности поступающих' данных. Проверка со'постпви-мости данных двух ИСЗ проводилась по плану «рандомизированного блочного эксперимента»: путем сопоставления значений остаточной ДИСПерсшГисгйе-довалось, приводят ли измерения разных ИСЗ к одинаковым резут&татам. Проверка соответствия результатов позволила заключить, что шмерерзи двух' ИСЗ типа НОАА приводят к одинаковым результатам. Коэффициент корреляции между спутниковыми и опорными данными , собранными в период ДИН (допустимый интервал несинхронности , см. ниже) составил 0.8-0.9. Средне-кпадратическое отклонение между спутниковыми и судовыми данными составляло 0.4-1.5 К, в зависимости от местных условий приема данных, изменчивости характеристик атмосферы и других факторов [49].

Эффективность использования собственного АППИ сравнительно с централизованным источником видна из следующих фактов. За период с 22 апреля по 10 сентября 1986 г. (140 суток наблюдений) на нашем АППИ проведено 490 сеансов связи с ИСЗ НОАА-6 и -9, при этом 255 из них были забракованы из-за сплошной облачности. 10 - по техническим причинам. Полностью безоблачными можно было считать лишь 56 сеансов, в остальных 179 облака закрывали в разной степени отдельные части акватории. Всего обработано и проанализировано 225 изображений поля ТИМ с рсирешением около 3 км. За апрель-сентябрь 1986 г. из централизованного источник;! на основе данных с ИСЗ типа «Метеор-2» получено 52 бумажные распечатки с разрешением по полю ТПМ 20 км.

Приведенные данные свидетельствуют о правильности выбранной нами в начале 1980 г. стратегической линии на использование при проведении исследовании Балтийского моря методами РСО децентрализованного источник;! спутниковых данных ИК-днапазона с ИСЗ типа НОАА.

2.2. База многолетних спутниковых данных по региону Балт ийского моря

Представленная в этом разделе доклада компьютерная база данных многолетних спутниковых изображений региона Балтийского моря является информационным продуктом исследований и разработок, первоначально направленных на создание национальной спутниковой океанографической системы. Наряду с созданием подспутниковых контрольно-калибровочных океанографических полигонов, другой стороной проведенных нами исследований структуры подсистемы опорной океанографической информации для интерпретации космических измерений являлось изучение проблемы содержания банка данных, принципов его организации и использования. [40].

В соответствии с нашей концепцией мы начали создавать региональную базу спутниковых и опорных данных и базу знаний по Балтийскому морю в самом начале 1980-х гг. и продолжаем их пополнение по настоящее время. База содержит изображения, полученные за период 1973-1998 гг. со спутников СССРЛРФ, США, Франции, Японии, Индии и Европейского космического агентства типа «Метеор», «Метеор-Природа», «Космос», «Ресу рс-Ф», «Рссурс-01», «Океан», NOAA, Nimbus-G, SPOT, JERS, ADEOS, IRS, ERS, в видимом, ближнем ИК, тепловом ИК и микроволновом диапазона спектра, и радиолокационные изображения. База структурирована по географическому признаку -Балтийское море в целом и отдельно Финский залив, а также по типу спутниковой зондирующей аппаратуры - радиолокационные изображения выделены в самостоятельный раздел. г -Спутниковые изображения хранятся.в базе данных в расовой форме в шспггабахгсбусловле^шых масштабом исходных данных, в виде файлов типа (*.tif), (*.jpg) и (*.img) а программной среде Windows. Спутниковые изображения частично подвергнуты процедурам « геометрическая коррекция» и «географическая привязка». Особенность созданной базы спутниковых изображений является хранение не только каждого первичного изображения, но, для части изображений, и результатов tlx обработки и представления, как правило „в нескольким вариантах, с краткой отметкой о примененной процеду ре обработки. При этом использованы программные пакеты 1DR1SI, Bine Marble. Arc View, Map Info. При использовании наиболее ценных и качественных старых архивных спутниковых изображений они были предварительно проектированы. Архив цифровых изображений размещены на компакт-дисках (CD-ROM) и на магнитных лентах типа Exabyte. Общий объем информации составляет около 20 Гбайт.

Созданные метабазы содержат сведения не только традиционного характера, но также и аналитическую информацию. В результате визуального просмотра и предварительного экспертного анализа каждого изображения выявлены и занесены в метабазу данные о наличии технических недостатков изображения и общей информативности данного изображения (по 4-х балльной шкале). В метабазе отражено также информационное содержание каждого изображения в соответствии с проблемно-ориентированным характером наших исследований Балтийского моря. В некоторых случаях в отдельную графу эксперт заносил рекомендации по совместной обработке данного изображения с другим изображением [51].

В последние годы база спутниковых данных была расширена за счет включения в качестве разделов совокупности спутниковых и авиационных изображений Баренцева и Белого морей и их прибрежных зон. Таким образом, в целом созданный информационный массив является компьютерной базой данных много-сенсорных изображений водных объектов Северо-Запада России (моря, озера и их прибрежные зоны), полученных за период 1973-1998 гг. с перечисленных спутников и авианосителей.

Региональная база спутниковых данных по Балтийскому морю, кроме своего прямого назначения, дополнительно может быть рассмотрена как составная часть совокупности информационных баз, входящих в структуру предложенной нами региональной ГИС «Балтийская Европа» [57, 59].

2.3. Основы «спнсргстнч^ского» метода использования данных дистанционного зондирования п задачах региональной спутникооой океанографии и комплексного изучения прибрежных зон морей

В дистанционном зондировании термином «синергизм» обозначается эффект нелинейного возрастания количества извлекаемой полезной информации при совместной обработке различных данных, когда совокупная информация оказывается значительнее, чем простая сумма знаний, содержащихся В отдельных блоках собранной информации (совокупность больше суммы частей). Под научными основами синсргетического метода использования данных дистанционного зондирования при решении задач РСО и комплексного изучения акваторий и прибрежных зон морей мы понимаем совокупность (1) физических основ научного направления «Дистанционное зондирование Земли из космоса», (2) общенаучного понятия синергизма, (3) методических приемов планирования получения, обработки и проблемно-ориентированного анализа оптимального (квази-оптнмального) набора данных дистанционного зондирования. учитывающих специфику объекта изучения.

Автором введено понятие синергетической матрицы [13, 18, 50} Это проблемно-ориентированный документ, содержащая оптимальный набор (перечень) изображений и рекомендацию по их совместной обработке. Нами рассмотрены некоторые направления применения принципа синергизма в региональной спутниковой океанографии. К таким направлениям относятся комплексные процедуры планирования, получения, анализа и интерпретации информации. основанные на использовании различных комбинаций изображений. [13.18.50]. Следует та кисе подчеркнуть значение синергизма как фактора устранения методических неопределенностей интерпретации материалов космических съемок в региональной спутниковой океанографии, особенно применительно к проблемам изучения мелководных прибрежных зон морей.

В наших работах [13. 18. 50] показана полезность применения синсргетиче-ский подхода к решению ряда задач, включая исследование динамических явлений на поверхности прибрежных вод морей При существующих ограничениях на номенклатуру и регулярность получения данных с отечественных ИСЗ. использование синсргетичсского подхода как на этапе планирования заказа, так и на этапе анализа информационного содержания спутниковых изображений приобретает особое значение.

2.4. Общий взгляд на проблему обработки, анализа и интерпретации спутниковых изображении в задачах региональной спу тниковой океанографии

Исходя из анализа тенденций развития спутниковой океанографии и учитывая собственный многолетний опыт работы, мы сформировали обшнй взгляд на проблему обработки, анализа и интерпретации спутниковых изображений на современном этапе развития региональной спутниковой океанографии [65].

На основе учета специфики решаемой задачи, используя синергстическнй подход при планировании съемок (или при отборе изображении в базах данных, или комбинируя оба вида работ), эксперт получает в свое распоряжение оптимальный набор изображений.

Если в 1980 гг. - первой половине 1990 гг. наличие технических и программных средств обработки изображений, адекватных по своим характеристикам решаемым задачам, являлось решающим и жизненно важным обстоятельством длл отечественных специалистов, то в настоящее время это лишь вопрос финансирования и обучения. В современных условиях имеющиеся на рынке универсальные технические средства обработки изображений, при ис-пользовашш коммерческих программных продуктов позволяют производить над исходным спутниковым изображением разнообразные стандартные манипуляции. Используя наборы этих манийуляций, путем их последовательного применения согласно рекомендациям, эксперт-аналитик добип;>гся представления исходного изображения или его фрагментов в виде, наиболее удобных для (1) обнаружения и в.ыделешгя какой либо детали (образа) в изображении, (2) выдвижения рабочей гипотезы относительно природы той или иной детали в изображении (то есть о ее принадлежности к тому или иному классу объектов) и (3) последующей работы с базой знаний с целью проверки рабочей гипотезы. Одновременно эксперт извлекает из изображения конкретные значения рекомендованных информационных параметров (см., например [50]).

На основании опыта работы с нашей базой знаний по Балтийскому морю и другими базами знаний, мы пришли к выводу, что при наличии достаточно полной, хорошо структу jjiipoBannoii. разработанной специально для данной задачи (или ограниченного и четко очерченного круга задач) и тестированной региональной базы знаний, квалифицированный эксперт-аналитик, имеющим опыт работы с аэрокосмнческими изображениями именно данного регион;). успешно справляется с задачей.

С целью упрощения принятия управленческих решений, в рамках представления об «индексах» окружающей среды в [67] мы обсудили возможность прямого извлечения «макропараметра» из спутникового изображения и соответствующие методические подходы.

3, МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СПУТНИКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ

Задачи интерпретации данных дистанционных неконтактных измерений чаще всего принадлежат к классу некорректных задач. Эта ситуация приводит к необходимости использовать дополнительные данные, различные для разных задач обработки.

При обработке, анализе и интерпретации спутниковых изображений в спутниковой океанографии, по сравнению с другими направлениями космического землеведения, использование информации авиационного и наземного уровней сбора опорных данных, и использование баз знаний имеет весьма специфический характер. В соответствии с концепцией и методологией региональной спутниковой океанографии на всех этапах работы со спутниковыми и опорными данными и извлекаемой из данных информацией необходим учет региональных особенностей изучаемой акватории.

3.1. Авиационные исследования пространственно-временной изменчивости нолей океанографических параметров на подспутниковых контрольно - калибровочных полигонах

Согласно принятой в конце 1970-х гг. концепции космическая система операгнвного наблюдения Земли «включает, как неотъемлемый элемент, подсистему сбора дополнительной (опорной и априорной) информации» [3]. Сбор подспутниковой информации планировалось проводить на постоянных, заранее выбранных тестовых участках специальных контрольно-калибровочных полигонов.

Первоначальной целью исследований ЛО ГОИН по этому направлению явилась выработка обоснованных рекомендаций по размещению тесторых участков полигонов, исходя из географических особенностей, гидрологического и метеорологического режимов района. В соответствии с разработанной в Лаборатории космической океанографии и аэрометодов ЛОГОИН концепцией, авиационные аппаратурные комплексы для измерения океанографических характеристик должны рассматриваться, с одной стороны, как часть системы сбора опорной подспутниковой информации, а с другой стороны, как самостоятельный инструмент для определения состояния морской поверхности [20]. В 1979 г. нами рассмотрены основные виды авиационных информационных измерительных комплексов, различающихся по назначению, оснащению и особенностям использования информации, проанализированы требования к авиационным носителям для таких комплексов, сделан обзор зарубежных и отечественных авиационных комплексов для изучения природных ресурсов Земли [21]

В отличие от известных методик калибровки дистанционной аппаратуры по совокупности точечных контактных измерений, развиваемых в 1970-е -начале 1980-х гг. рядом авторов, нами предложена методика, основанная на площадных авиационных измерениях (см. [20]). В этом случае ансамблю нескольких спутниковых измерений, каждое из которых соответствует элементу пространственного разрешения спутникового датчик;), может быть соотнесена определенным образом усредненная по площади совокупность линейных (гипсовых) измерений. В основе этого метода лежит гипотеза о «замороженностн» поля исследуемого океанографического параметра.

Предложенная методика реализована на примере исследования температуры нескольких участков акваторий Балтийского и Каспийского морей. Экспериментальные авиационные исследования в принципе показали пригодность выбранных участков для проведения калибровок различной спутниковой аппаратуры, предназначенной для определения температуры поверхности моря. Результаты исследований позволили дать рекомендации по рациональному проведению таких работ в различные сезоны года. Разработанный методический подход является общим и может быть использован для обоснованного выбора тестовых акваторий и для проведения калибровки спутниковой аппаратуры, предназначенной для определения других океанографических характеристик.

Накопленный опыт, в частности, был успешно использован при организации комплексных океанографических подспутниковых экспериментов (КОПЭ) на Балтийском море.

3.2. Серия активно-управляемых международных комплексных океанографических подспутниковых экспериментов (КОПЭ), проведенных на Балтийском морс в 1980-х гг.

В 1982-1988 г.г. в ЛО ГОИН совместно с коллегами из ГДР подготовлены и успешно проведены активно управляемые КОПЭ на Балтийском море. В подготовке и проведении серии КОПЭ участвовали организации Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды. Академии наук ГДР и Метеорологической службы ГДР (научныйруководители: от СССР - С.В.Викторов, от ГДР - Х.-Ю.Брознн).

Общими целями всех. КОПЭ были: .

• Получение материалов синхронных и квазиеннхронных судовых, авиационных и спутниковых измерений, необходимых для изучения гидрологического, гидрохимического и биологического режимов Балтийского моря и разработки методических рекомендаций по обнаруженшо динамических явлений и зон повышенного содержания взвешенных материалов на основе спутниковых данных.

• Отрабозка элементов технологической схемы взаимодействия судовых, авиационных и космических измерительных средств в рамках управляемого КОПЭ.

КОПЭ подробно описаны в монографическом сборнике [42] и статьях [1. 44, 47, 49] в этом разделе доклада кратко остановимся на особенностях каждого КОПЭ. обратив внимание на схемы управления многоуровеннымн измерениями параметров моря и атмосферы над ним [1, 23.29. 42. 44. 47]. (Рис. 3.1 и 3.2).

Псрнмй КОПЭ проведен в апреле 1982 г. в центральной части Балтийского моря в районе международной станции 9А (56 06 с.ш., 19 10 в.д.).

Спутниковый уровень наблюдений. По району КОПЭ с двух ИСЗ серии «Метеор» после окончания эксперимента получена информация в виде цифровых карт ТПМ (в утреннее и послеполуденное время) с разрешением 20 км. С двух других ИСЗ серии «Метеор» получены изображения района эксперимента в видимом диапазоне с разрешением от 80 м (экспериментальная аппаратура «Фрагмент») до 1000 м в виде фотоотпечатков.

Судовый уровень наблюдений. В основе методики синхронных работ в этом эксперименте был положен принцип движения исследовательского судна Института Морсвсдсння АН ГДР «Александр фон Гумбольдт» по заданному маршруту со строгим фиксированием времени движения. С судна определялись: ссстон и хлорофилл или фаепигменты, набор гидрооптичсских характеристик. радиационная температура морской поверхности, температура приповерхностного слоя моря, вертикальное распределение температуры и плотности воды.

Авиационный уровень наблюдений. Полеты самолета ИЛ-14 ЛО ГОИН проводились по системе галсов, внутри квадрата, диагональ которого яв.лялась гипотенузой треугольника - маршрута судна. С высоты 300 м выполнены непрерывные измерения радиационной температуры поверхности моря с помощью ИК-радиомстра, аналогичного радиометру на борту судна. Программа полетов строилась исходя из расчета проведения синхронных измерений с ИСЗ «Метеор». Полеты самолета АН-30 ГосНИЦИПР с многозональной аэрофотосъе-мочной аппаратурой МКФ-6М проводились на высотах от 1000 м до 6000 м по специальной системе галсов, проложенной над судном, с учетом с учетом расписания судовых гидрооптичсских станций. Фотографирование морской поверхности выполнено при разных высотах Солнца и разных азимутах полета. Самолет АН-30 обеспечивал проведение синхронных съемок с ИСЗ cepmi «Метеор».

Упрощение эксперимента ц. На базе Клайпедской морской пщромет-обсерватории была организована работа оперативной Группы управления экспериментом, которая поддерживала регу лярно телефонную и телетайпную связь с ГЦПОД в Москве и аэропортами базирования самолетов (Вильнюс и Паланга). Была установлена радиотелефонная ссансная связь и с судном. Группа контролировала все виды измерений, связанные единым оперативным графиком.

Особый интерес представляет успешное выполнение оперативного маневра q-дном с целью обеспечения проведения судовых синхронных работ при пролете над районом эксперимента 30-го ИСЗ серии «Метеор» с экспериментальной аппарату рой высокого разрешения «Фрагмент».

Рис. 3.1. Районы проведения КОПЭ. Цифрами обозначены номера КОПЭ.

Второй КОПЭ выполнен в мае-июне 1983 г. По сравнению с первым экспериментом, в нем расширен пространственный масштаб синхронных измерений, увеличена оперативная фаза эксперимента, увеличен состав участвующих судов (НИС АН ГДР «А.ф.Гумбольдт», НИС АН Эстонской ССР «Аю-Даг», ЬШС Госкомгидромета «Рудольф Самойлович»), В ходе КОПЭ проведены интеркалибровки судовой аппаратуры участвующих сторон. Важно отметить, что во время этого КОПЭ нашими операторами уже проводился экспериментальный прием данных с ИСЗ типа НОАА на региональном береговом АППИ в пос. Лесное, оперативно связанным с Группой управления в Клайпеде. Тем самым впервые было обеспечено оперативное поступление несколько раз в сутки изображений акватории с разрешением около 3 км непосредственно в районе проведения КОПЭ.

Дальнейший анализ материалов обоих КОПЭ показал, что оперативная обработка информации непосредственно в ходе КОПЭ позволила бы при необходимости вводить изменения в программу' работ, управляя положением отдельных измерительных платформ в пространстве, и гибко перестраивать измерительные циклы в зависимости от изменяющихся океанографических и метеорологичеешх условий.

Именно на решение Такой задачи была нацелена программа следующего, третьего эксперимента (май 1935 г.). Организация работ на полигоне удовлетворяла требованию достижения максимальной синхронности работы технических средств в системе «судно-самолет-спутник» при комплексном изучении динамикр океанографических явлений.

Рис.3.2. Схема управления международными комплексными океанографическими подспутниковыми экспериментами, проведенными в 1980-х гг. на Балтийском море.

Программой предусматривались два вида судовых съемок. Вначале судно выполняет общую съемку полигона. Затем судно выполняет специализированную управляемую съемку в «океанографических координатах», то есть целенаправленное изучение динамического явления (вихрь, апвеллинг, гидрологический фронт) или аномалий в поле планктона и др. В район работ судно наводится по каналам радиосвязи Группой управления на основе оперативного анализа спутниковой информации в темпе ее приема, с учетом результатов общей предварительной судовой съемки. По такой схеме в ходе КОПЭ по «спутниковой наводке» впервые в натурных условиях проведено изучение с помощью судовой аппаратуры грибовидной структуры (вихревого диполя), описанное в разделе 4 доклада.

В августе-сентябре 1986 г. был проведен четвертый КОПЭ СССР-ГДР, в котором участвовало научно-исследовательское судно АН ГДР «Профессор Альбрехт Пснк». Ввиду крайне неблагоприятных погодных условий программа работ была сокращена.

Пятый КОПЭ был проведен в мае-июне 1988 г. по традиционной программе. Со стороны ГДР работало НИС «Профессор Альбрехт Пенк». В числе динамических явлений, наблюденных в этот период, следует отмепггь наблюдение струй теплых вод. распространявшихся из Куршского залива в юго-западном направлении, с образованием линз речных вод, наблюдаемых на расстоянии до 150 км от Клайпсдского пролива.

Выполненные в 1980-\ гг. мсждунлг. тные КОПЭ СССР - ГДР на Балтииском море обеспечили получение синхронных судовых и авиационных измерений, согласованных с регистрацией информации видимого и ИК-диапазона от отечественных и зарубежных ИСЗ нескольких типов. В процессе выполнения опорных измерений отработана методика и элементы технологии выполнения подспутниковых работ, личный состав участников экспериментов приобрел опыт взаимодействия в условиях активно управляемых КОПЭ.

3.3. Допустимый интервал несинхронностн (ДИН) в шмерительной системе «спутник - самолет - судно».

При проведении КОПЭ неизбежно возникают методические проблемы согласования измерений с ИСЗ и измерений подспутниковых уровней. В нашей работе [4] введено понятие «допустимый интервал несинхронностн» (ДИН) и разработана методика оценки допустимого интервала несинхронностн измерений отдельно для систем «ИСЗ - судно» и «ИСЗ - самолет», основанная на учете особенностей каждого носителя аппаратуры. Метод был успешно опробован в 1983 г. во время проведения 2-го КОПЭ. [4].

Следует заметить, что в случае, если предполагаемый район авиаработ захватывает участки с существенно различной временной изменчивостью поля ТПМ (например, прибрежную зону и открытое море), то контрольные авиационные полигоны необходимо располагать отдельно в каждом из таких участков, например, в открытой части моря и в прибрежной зоне . Имеющиеся оценки ДИН необходимо накапливать в региональной базе знаний. [4]

3.4. Калибровка спутникового ИК-раднометра но естественным полигонам

В 1986-1987 гг. в ходе проведения экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря, программа которого предусматривала получение длительных серий спутниковых наблюдений акватории в видимом и ИК-диапазонах спектра на собственном АППИ, нашими операторами была проведена регистрация изображений Ладожского озера ). Совместная обработка спутниковых изображений как морской акватории, так и крупного водоема суши, укладывается в общую концепцию и методологию РСО и отвечает бассейновому принципу мотггорннга региона Балтийского моря в границах «Балтийской Европы». Полученные материалы были использованы для изучения явлеш!й «термического бара» и апвеллинга в Ладожском оз-je [12].

Кроме того, результаты исследования явления термобара на Ладожском озере навели нас на мысль об использовании этого природного явления для калибровки бортовой спутниковой аппаратуры ИК диапазона. Узкая (1 км) зона самого термобара, температу ра которого постоянна и составляет 4 градуса, может быть использована для этой цели применительно к аппаратуре ИК-днапазона высокого (не хуже 100 м) пространственного разрешения. Более значительная по своим размерам термоинерционная область (ТИО) была предложена в качестве естественного стандарта для калибровки более распространенных бортовых приборов с разрешением около 1000 м. Как известно, в течение всего периода суп:.;: гвования термобара (май - середина июля на Ладожском озере) изменчивость температу ры в ТИО составляет всего 1-2 градуса при низкой межгодовой изменчивости этого параметра. Строго говоря, речь шла не о собственно калибровке, а об удобной оценке правильности применясмых процедур обработки спутниковой цифровой информации, в частности, процедуры атмосферной коррекции [11].

Результаты проверки метода на спутниковых материалах с,НОАА за период 1986-1990 гг. показали, что точность атмосферной коррекции по методу естественных стандартов составила 0.7 градуса, а по регрессионному методу, основанному на анализе данных опорных измерений на сети прибрежных станций, около 1-2 градусов (Bychkova 1994).

3.5. Особенности анализа изображений поверхности моря, содержащих изображения элементов облачности

При массовом анализе изображений, получаемых многократно (в нашем случае, от 2 до 13 сеансов) в течение суток на регулярной основе в ходе длительных многомесячных исследований, в соответствии с методологией РСО мы разделили акваторию Балтийского моря на пять районов - Ботнический залив. Финский залив. Рижский залив, центральная Балтика и юго-западный район с проливами. По определению, мы считали информативным («безоблачным») днем такой день, ь течение которого хотя бы в одном из принятых изображений и хотя бы в одном из исследуемых районов отсутствует облачность. Гибкое планирование сеансов приема данных, при обеспечении некоторой их избыточности, позволяет находить окна в облачном покрове и обеспечивать максимально возможную информативность рядов спутниковых наблюдений. Отметим, что для Балтийского моря в 1986 г. из 140 суток регулярного многократного приема безоблачными (в вышеописанном смысле) оказались 73 суток, что указывает на преимущества использования для региональных и локальных океанограф1гческих исследований собственного АППИ.

Для спутниковых изображении, частично «засоренных» облаками, применяются специальные процедуры цифровой обработки данных, позволяющие точно определять границы распространения сплошного облачного покрова и восстанавливать истинные значения ТМП в случае частичного облачного покрова. Метод пространственной когерентности, впервые разработанный (Coaklcy and Brethcrton 1982) для этой задачи применительно к открытому океану, модифицирован нами с учетом специфики Балтийского моря применительно к задаче обнаружения и идентификации динамических структур [15].

3.6. Экспериментальная проверка обоснованности оценок динамики поверхностной подпой массы, выполняемых по спутниковым измерениям ТПМ.

Двумерная структура поля ТПМ.

Предварительные оценки пригодности доступных спутниковых данных о ТПМ для использования в региональных океанографических исследованиях с целью изучения динамики модных масс были сделаны нами в 1978-1981 г.г. на материалах с ИСЗ серии «Метсор-2».

В качестве материалов подспутникового сопровождения (опорных данных) использовались авиационные карты ТПМ. полученные при помощи ИК-радиометра «Мир-3». установленного на самолете-лаборатории ЛОГОИН Ил-14, и данные контактных наблюдений разных видов. При построении спутниковых карт ТПМ по одной из методик в значения радиационной температу ры включалась поправка на атмосферное ослабление ИК-излучения, вычисленная по данным аэрологического зондирования на береговых станциях. С учетом этдй поправки, например, средняя температура центральной части Балтики составила в конце мая 1978 г. по спутниковым данным 14,4°С (измерения проводились в безоблачные дни), эта же величина по судовым данным оказалась равной 14,5°С.

Совместный анализ карт температуры, полученных летом 1978 г. - 1981 г. на основании измерений с ИСЗ, самолета и судов, показал, что между ними нет статистически значимых различий в величине средних квадратических отклонений. Так, по данным наблюдений, выполненных летом 1978 г., величина о для участка акватории, исследованного с ИСЗ, самолета и судов, составила соответственно: 2.2К; 1.5К; 2.5К. Размах измеренных значений температуры был примерно одинаков при наблюдениях как с ИСЗ, так и с самолета и судов, и составлял в весенне-летний период 7-10 К. Расчет автокорреляционных функций поля ТПМ, полученного с ИСЗ и самолёта на океанографическом полигоне, также дал близкие результаты, что позволило сделать вывод о подобии внутренней структуры спупшковых и авиационных полей ТПМ и попытаться с определенной правомерностью использовать полученные спутниковые данные для анализа пространственно-временной изменчивости поля ТПМ Балтийского моря [20, 72].

Трехмерная структура поля ТМП.

В ходе второго КОПЭ была проведена проверка наличия статистически значимой связи между радиационной температурой (Гр), измеренной с ИСЗ и самолета, и термодинамическими температурами (Го), измеренными с судна на полигоне как на поверхности, так и на некоторой глубине. Для исследования было выбрано два дня с экстремальными погодными условиями: 6 июня 1983 г., когда измерения проводились в штормовую погоду (сила ветра превышала 10-12 м/с, сига-слой отсутствовал, а поверхностный слой моря был хорошо перемешан),, и 8 июня, в маловетреный день (сила ветра 2-3 м/с, влияние скин-слоя было максимальным). В результате анализа данных стандартными статистическими методами, был сделан вывод, что 6 июня корреляционная связь радиационной температуры (причем полученной как,; ИСЗ, так и с самолета) и судовой термодинамической температуры прослеживается до 17 м. На глубине 35-40 м коэффициент корреляции становится отрицательным, что соответствует образованию противотечения в слое Экмана. Глубина трения для 6 шоня, рассчитанная по судовым данным, составляла около 30 м. 8 нюня корреляционная связь Т,„ измеренной с самолета, и и 7'„ прослеживается также до 17 м. (Рис. 3.3.)

В целом 'данные полигонных измерений позволили сделать вывод о существовании корреляционной связи между дистанционными измерениями ТПМ и стандартными наблюдениями температуры на полигоне, связь прослеживается до глубины залегай.'! тер.моклнна. Следовательно, в рассмотренной ситуации использование спутниковых карг ТПМ для слежения за дрейфовыми течениями, обусловленными ветровым сдвигом (т е. в слое ветрового перемешивания толщиной в несколько метров) может дать статистически достоверные результаты [10].

-0.4 -0,2 О 0.2 0,4 0,6 г

10

20

30

40

50

Рис. 3.3. Корреляционная связь между радиационной температурой на полигоне и контактными океанографическими измерениями на различных горизонтах: 1 - по данным ИСЗ 6 июня 1983 г.; 2- по данным авиационной съемки 6 нюня 1983 г.; 3 - по данным авиационной съемки 8 июня 1983 г. [10].

4. ИССЛЕДОВАНИЕ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ МЕТОДАМИ РЕГИОНАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ ОКЕАНОГРАФИИ

4.1. Основные направления исследования Балтийского моря методами региональной спутниковой океанографии

При определении основных направлений исследования Балтийского моря методами региональной еттниковой океанографии нами использованы аналитические модули, входящие в состав методологии, и консультации специалистов, в течение десятилетий изучавших Балтийское море различными традиционными (не-спутниковымн) методами (И.М.Соскин, И.Н.Давидаи, В.А.Рожков, Ю.В.Суставов, А.М.Айтсам, В.Маттеус, С.Фонзелиус и др.).

Интерес к проблеме системного использования спутниковой информации был проявлен нами в самом начале 1980-х г.г., что позже нашло отражение в опубликованных работах [22,24,25]. В частности, в работе [22] подробно рассмотрены вопросы использования существовавшей на тот период и перспективной спутниковой информации для изучения каждого из вышеназванных факторов. Вывод}.! были представлены в сводке океанологически - значимых результатов, которые на уровне развития региональной спутниковой океанографии в мире в первой половине 1980-х гг. принципиально можно получить для Балтийского моря. Считаясь с реальной ситуацией, мы рассмотрели три варианта поступления спутниковых данных (Таблица 4.1.).

Базируясь на результатах нашего анализа, и соблюдая баланс между прин-uumianhiihivu возможностями РСО и реальными организационнотехническими и информационными возможностями отечественных океанографов, мы выстроили программу многолетних спутниковых исследовании Балтийского моря, нацелив ее на исследование динамических процессов в акватории и локальное изучение полей «загрязнения» (в широком понимании -этого термина) моря.

Как объект изучения методами дистанционного зондирования. Балтийское море представляет значительные трудности по следующим причинам: (1) пространственные масштабы явлений и процессов здесь невелики, что диктует необходимость использования спутниковой информации преимущественно высокого разрешения, (2) море имеет своеобразную форму, оно сильно вытянуто в меридиональном направлении, причем Ботнический залив простирается далеко на север, а Финский залив - далеко на восток, что приводит к климатическому разнообразию в пределах акватории уже по чисто географическим причинам, (3) береговая линия моря чрезвычайно изрезана и имеет множество мысов, заливов и бухт, которые играют значительную роль в генерации сложной структуры полей океанографических параметров, (то же относится и к топографическим особенностям дна с резкими перепадами глубин и наличием зон мелководий), (4) общее число безоблачных дней в году невелико, что существенно затрудняет условия получения изображений в видимом и ИК диапазонах спектра, характеризующимися наилучшим пространственным разрешением.

4.2 Многолетние исследования динамических явлении на Балтийском море методами региональной спутниковой океанографии

Согласно классификации, принятой при спутниковом исследовании динамики поверхности океана ( Apel 1980 ), исследованные нами явления - прибрежные вихри, апвеллинги, прибрежные фронты и фронты в эстуариях - относятся к классу явлений «промежуточного масштаба», которые занимают среднее' положите между явлениями «планетарного масштаба» (западные пограничные течения, экваториальные течения, крупномасштабные фронты, исторически первым среди которых с помощью спутниковых изображений был исследован Гольфстрим), и «мелкомасштабными движениями» (главным образом, зто внутренние, поверхностные гравитационные и капиллярные волны). Динамические явления «промежуточного масштаба» начали изучать с помощью спутниковых изображений лишь в середине 1970-х гг. (см., например, Bernstein et al 1977, Stumpf and Legeckis 1977, Lcgeckis 1977, 1978, Fcely et al 1979, Apel 1980) на основе данных теплового ИК-диапазона с ИСЗ типа NOAA и видимого диапазона с ИСЗ типа

Landsat, (позднее - Nimbus-7). Таким образом, начало наших исследований динамических явлении на Балтике на основе спутниковых данных (конец 197"0-х - начало 1980-х гг.) является периодом освоения мировой океанографической наукой новых методов изучения акваторий и приложения этих методов к изучению отдельных морен.

В качестве трассеров динамических явлений нами использовались температура поверхности. моря (ТОМ), взвешенные вещества, водоросли и поля льда, (а в самое последнее время, и шероховатость морской поверхности).

Таблица 4.1.

Океанологическая информативность спутниковых данных в зависимости от их

Параметр Точность Однократные, ра> Серия после- Регулярные определе- рознешрле данные довательных данные в течения данных ние месяцев, года

Темпера- 1 К Поле температуры, Динамика Характериститура по- наличие фронталь- поля темпе- ки теплозапаса верхности ных зон, апвеллин- ратуры, гене- и теплообмена, моря (теп- гов и вихревых об- зис и разру- элементы тепловой ИК разований (в усло- шение апвел- лового баланса диапазон) виях ограниченной лингов, ха- систехты «мореоблачности или при рактеристики атмосфера», ее отсутствии) миграции оценки энергевихревых тики вихрей образований в условиях переменной облачности)

Биоонти- Достаточ- Наличие полей цве- Динамика ■Оценка биолоческий ная для тения планктона, зон развития гической пропараметр обнаруже- повышенного со- планктона, дуктивности.в видимый ния кон- держания взвешен- характерн- различных часи ближний трастов ных частиц и рас- ей 1ки дина- тях акватории,

ИК диапа- творештых веществ; мики мор- характеристики зоны) вихревых образова- ских вод (в устойчивых ть том числе течений и вихнаправление ревых образоводообмена с ваний, оценка

Северным баланса азота, морем), ха- экологические рактеристики исследования миграции фитопланктона, вихревых оценка годово

- образований, го (сезонного) характери- стока отдельстики речно- ных рек го стока

Лед (пло- 15 % Общая площадь, Динамика Анализ общей щадь по- распределение по образования ледовитости, крыт ня) акватории, сплочен- (разрушения) оценка межговидимый, ность, оценка воз- ледяного довой изменчи

ИКнСВЧ раста, оценка прохо- покрова, вости • диапазоны) димости движение льдов как индикатор динамики водных масс,

4.2.1. Обнаружение и идентификация динамических явлений в спутниковых изображениях.

Сезонные щшбрежиые фронты

Фронты этого типа наблюдаются во время весеннего прогрева вод и во время осеннего выхолаживания прибрежных вод. Особенность вод Балтийского моря - их низкая соленость - создает предпосылки для формирования плотностных фронтов по типу явления «термобара» на больших озерах .

Положение такого фронта в данный момент может совпадать с положением определенной изобаты. По мере прогрева моря фронт движется от берега, повторяя форму' изобат. Скорость продвижения фронта зависит от потока тепла и приблизительно обратно пропорционально уклону дна. Фронты этого типа прослеживаются в спутниковых изображениях в поле ТПМ у юго-восточного побережья Балтийского моря в течение месяца, при этом перепад температуры поперек фронта достигает 3-4 градусов Цельсия. Характеристики фронтов представлены в таблице 4.3. [49].

Прибрежные апвеллингч.

Явление апвеллннга в океанах изучается уже в течение многих лет, однако проблема изучения локальных апвеллингов в отдельных морях методами РСО возникла сравнительно недавно и нуждалась в постановке целенаправленных работ. При постановке исследований прибрежных апвеллингов в Балтийском море нами были сформулированы следующие задачи:

• определить зоны, в которых наблюдается явление прибрежного апвеллннга,

• установить пространственные размеры и положение фронтальных зон;

• оценить интенсивность апвеллингов (по величине перепада температур между водами апвеллинга и окружающими водами и величине горизонтальных градиентов ТПМ в зоне апвеллингов);

• выяснить роль топографии дна и орографии береговой линии в генерации апвеллинга и возникновении конкретных особенностей его развития (наличие центров апвеллинга, филаментов, корреляция положения фронтальных зон с положением определенной изобаты);

• дать оценку частоты наблюдения апвеллннга в тех или иных районах;

• описать процесс развития апвеллинга во времени, включая определение основных фаз развития этого явления и периода инерционности (промежуток времени, прошедший от момента установления благоприятных для генерации апвеллинга ветров до выхода холодных вод из-под пнкноклнна на поверхность моря).

Разработанные процедуры анализа спутниковых изображений ПК диапазона подробно описаны в работе [9]. При анализе сначала выдвигалась гипотеза о наличии явления апвеллинга. которая затем проверялась по данным наблюдений наземного уровня. Например, при исследовании апвеллинга в июне 1983 г. у восточного берега Балтийского моря (рис. 4.1) привлекались данные 38 станций за 7 суток.

В результате анализа долговременных рядов спутниковых ::аГ);:;гзс:п:й на

Таблица 4.2.

Параметры зон аивеллиигов в Балтийском море (без Ботнического залива) по спутниковым данным [5].

Зона Хар размё актерные ры (км) Ветер * Время жизни, Разность температур, Градиент ТПМ

Длина Ширина

К С-3 от острова Рюген 50-100 20-40 . отЗ к В 4-6 суток

Польское побережье 150200 10-50 В, ЮВ 6-7 суток

У полуострова Хель 50-100 10-30 В, ЮВ 6-7 суток, 3 К

Литовское и латвийское побережье 250 6-20 С 4 - 8 К

Восточный берег Рижского залива 75-100 10-30 ЮВ 0.5 - 10 суток

Западное побережье острова Сааремаа 55 5-30 С 0.5-1 К \ 1 км

Южный берег Финского залива 20-3040 (*) 5-40 В, СВ 0.5-1 К\ 1км 6 - 8 К

Северный берег Финского залива 100300 30-40 юз-з 0.5-1 К \ 1 км 2-3 К

Восточное побережье Швеции 160 10-50 юз до 10 К

Западное побережье острова Готланд 80 1-5 СВ

Восточное побережье острова Эланд 130 5-10 юз

Восточное побережье острова Готланд 30 5-10 юз

Залив: !ано 100 5-15 сз,з 7 К \ 9 км

Южное побережье Швеции 60 5-40 юз, сз; 3

Примечание: (*) - кусочная структура зоны апвеллинга.

Балтийском море нами выявлены 14 зон (без Ботнического залива), где были зарегистрированы am шнгн разной интенсивности и длительности (Таблица 4.2). Для всех тон характерно меандрирование и образование холодных "языков", обусловленных топографическими особенностями дна. На рис. 4.2 показано несколько видов конфигурации фронтов зон апвеллинга у берегов разной формы.

Опубликование результатов наших исследований в 1985-1987 гг. привлекло вн" мание к проблеме изучения прибрежных апвеллингов Балтийского моря в более широком контексте. Углубленный анализ рядов спутниковых изображений за период 1980-1988 гг. позволил выявить свыше 20 зон (с под-зонами) прибрежного апвеллинга на акватории всего Балтийского моря и определить их основные параметры, однако доступный ряд спутниковых изображений по естественной причине был слишком коротким для определения частоты появления апвеллингов в этих зонах. Для изучения этой llfr У •о л> у I ратсзис ч /г I ъКдаки Vh '1 18 0- V h ^ t 2 3 -0 "0 -E 6 1 ^Jlii-mamc } |рКла"(Педл a f^^- lbcirrci \ ■ \'Кллмп А —d) Ь Чех W rv "Щсцич У '

Рис.4.1. Схема развития апвеллннга у восточного берега Балтийского моря по данным аэрокосмнческих наблюдений. Карты поля ТПМ (°С), построенные: а) по результатам авиасъемки 10 июля 1983 г.; б) по данным ИСЗ NOAA-7 за 12 июля 1983 г.; в) ПО данным ИСЗ NOAA-7 за 14 июля 1983 г. [9]. Рис. 4.2. Типичные формы фрошгов зон прибрежного апвеллннга но данным спутниковых наблюдений в различных районах Балтийского моря. Направление ветра показано стрелками, а) наложение фронтов апг.еллиига у северозападного побережья о-ва моря при разных ветровых ситуациях Рюген. зарегистрированных 12 июля 1982 г.( 1), 11 нюня 1980 г. (2). 14 мая 1980 г. (3): б) апвеллинг вдоль сглаженного берега с отдельными мысами, при вдольберего-вых ветрах: в) то же при ветрах с берега; г) апг.еллннг у очень гладкого берега: д) апвеллинг у изрезанного берега. [5]. характеристики спутниковые данные были дополнены всеми доступными историческими материалами измерений температу ры воды, которые могли содержать ннформащпо о явлениях апвеллннга. Анализу подверглись данные судовых экспедиционных исследований с 1908 г. данные измерений температуры воды на плавмаяках и береговых станциях с 1936 г. (по зарубежным источникам). а также карты авиационных наблюдсииц£3 УГКС за 1965-1986 гг.

17]. При обработке этих материалов были применены наши стандартные методические подходы и критерии. В результате для детального анализа было отобрано около 1300 случаев апвеллинга. Совместный анализ спутниковых рядов полей ТПМ и рядов традиционных измерений температуры воды позволил оценить время жизни пр"ибрежных апвеллингов в целом по акватории всего моря и частоту генерации апвеллингов по месяцам в период с мая по сентябрь в некоторых пунктах наблюдений, где длительность ряда составляла от 13 до 22 лет.

Явления прибрежного апвеллинга в различных зонах были сопоставлены с явлениями крупномасштабно!! атмосферной циркуляции на Северо-западе Европы. Это дало возможность рассмотреть возможность прогнозирования прибрежных апвеллингов [17].

Вихревые структуры

Проблема изучения вихревых структур на Балтийском море привлекла внимание отечественных и зарубежных ученых еще в 1970-е гг. (А.Айтсам, Х.Хансен, 10.В.Суставов и др.), а активные судовые исследования мезо-масштабных вихрей на Балтике продолжались и в 1980-е гг. При исследовании вихревых структур методами РСО в начале 1980-х гг. нами были поставлены следующие первоочередные задачи :

• обешопъ вое тл^еннье дтньс о вихревых структур14 и фНэогарных тсениях, o&ctpr,'-/штньгс Ki атуштявых if юбрнжэтиях Балппского хюря,

• определить основные параметры этих структур,

• провести их классификацию по району и механизму фронтогенеза.

В дальнейшем предполагалось последовательно накапливать сведения о вихревых структурах различных типов при анализе вновь поступающих спутниковых изображений акватории во всех диапазонах спектра.

Результаты решения первоочередных задач представлены в нашей работе [б], в которой впервые в систематизированном виде излагаются сведения о вихревых структурах Балтийского моря по данным спутниковых измерений. Обнаружены многочисленные вихревые структуры разных типов, выявлены группы фронтальных, топогенных, адвективных и фрикционных вихрей (рис. 4.3). Отмечены две особенности вихревых структур на Балтике. Большинство вихрей, ^зарегистрированных на спутниковых изображениях, имеют циклонический характер вращения, что, по-видимому , причинно обусловлено. Другой особенностью вихреобразования на Балтике является наличке протяженных вихревых цепочек, достаточно часто регистрируемых в определенных частях акватории, например, вдоль побережья о. Элавд. [б]. Характеристики вихревых структур представлены в Таблице 4.3.

Течения грибовни,;ой формы

В середине 1980-х гг. на основании анализа дистанционных измерений морской поверхности в видимом и инфракрасном диапазоне Гинзбург и Федоровым (1984) сделан важный вывод о существовании еще одной формы движения, имеющей меньшие временные масштабы по сравнению с вихревыми структурами - так называемых течений грибовидной формы. Возникновише

Г. lu'.VM;-,! !'. ТГЧС'Г:-.:'! Л'Т» С "><••!. ГКО ВС • Т.ЗЙС :ВЩ'М ЛОКАЛЬНОГО ИМПУЛЬСЗ НП ТОНкий слой поверхностных вод.

На Балтийском море в полях естественных трассеров нами выявлены течения грибовидной,формы (их еще назыьают грибовидными структурами или вихревыми диполями). Нами предложена классификация этих структур, в основу которой положен генетический признак - это структуры, обусловленные (а) циркуляцией прибрежных вод и местными ветровыми условиями, (б) стоком рек, (в) изменением направления водообмена через Датские проливы, (г) локальной неустойчивостью фронтов и течений [6]. Характеристики идентифицированных в спутниковых изображениях Балтийского моря грибовидных структур приведены в таблице 4.3. В ходе управляемого подспутникового эксперимента с участием НИС АН ГДР "А.Ф. Гумбольдт" в мае 1985 г. специалистами СССР и ГДР впервые выполнены подробные целенаправленные гидрологические работы в районе "грибовидной" структуры, позволившие определить толщину возмущенного слоя, время жизни этого образования, и выявившие значительную пространственно-временную изменчивость основных океанографических параметров в тонком слое воды, охваченном "грибовидным" вихревым течением (подробнее см. ниже). В ряде случаев картина течений, визуализированная с помощью спутниковых данных, представляет сложную систему компактно упакованных грибовидных структур (рис. 4.4).

4>4*> -И Щш К .• (Or* ъ? Ц Ч.П —л l С L., >'V | -7 VlV

Л-.й <V tM/w^V^ / n. \. S V \ % ■ лгм

Рис. 4.3. Примеры вихревых структур, обнаруженных в спутниковых изображениях Балтийского моря с использованием в качестве трассера ТПМ (а-в) и сине-зеленых водорослей (г,д). [б].

Рис. 4.4 Примеры грибовидных структур, обнаруженных в спутниковых изображениях Балтийского моря с использованием в качестве трассера ТПМ (а-в). льда (г) и сине-зеленых водорослей (д). [6].

По спутниковым данным, основными районами вихреобразопания являются Аркоиский бассейн, где генерируются фронтальные, топогенные, фрикционные вихри, горло финского залива и Гданьская котловина, где неоднократно зарегистрированы антициклонические вихри, зона проливов (Бсльтскке проливы, Эресушг, Кадет-Реинен), где наблюдаются грибовидные структу ры, обусловленные изменением режима водообмена через проливы, а также многочисленные районы с резко выраженными нсоднородностями рельефа дна. [б]

Таблица 4.3.'

Характеристик динамических явлений в Балтийском море (по данным спутниковых наблюдений, выполненных в 1982-1989 гг.) [49]. ,.,.

Явление Трассер Период наблюдений (мес.) Типичные размеры (км)

1 2 3 4 5

1 Лпвеллинг ТПМ 4-10 200-300(1), 10-20 (2)

2 Стоковые струи ТПМ, взвесь 4-11 10-30(1), 10-100 (2)

3 Вихревые структуры ТПМ, взвесь, лед, водоросли круглогодично 1 - 50 (3)

4 Грибовидные структуры ТПМ, взвесь, лед, водоросли круглогодично 20-50(1), 2-8(4)

5 Стоковые линзы ТПМ, взвесь 4-11 10-30 (3)

6 Направление «водообмена» ТПМ круглогодично 10-20(1)

7 Штилевые зоны ТПМ 4-8 10-100(3)

8 Прибрежные фронты ТПМ, взвесь 4-8 10-20 (2) продолжение таблицы

Перепад температуры (град.) Частота наблюдений Детали Время жизни (сутки)

I 6 7 8 9

1 2-10 до 30 % Струи до 100 км (1) Ядра около 10 км (3) 0.5-14

2 2-4 до 100% (♦) Правосторошыя асимметрия Сезонное явление

3 0.5-1 О Эпизодически Ядро и периферия. В основном, циклошгтеское вращение. Вихревые цейочки. 1-7

А 0.5-1 Эпизодически Вихревые пары 1-3

5 около 1 Эпизодически Увеличение размера при удале-шш от источника 1

6 1-2, Постоянно Грибовидные структуры Связано с синоптическими процессами

3-4 Эпизодически Теплое ядро 1 "

I -4 Постоянно Меандры на фронте Сезошсое явление

Примечания: (1) - длина, (2) - ширина, (3) - диаметр, (4) - толщина «ножки». (*) - зависит от ветровой ситуации и стока реки.

Стоковые фронты

На Балтийском море наблюдаются стоковые фронты двух типов: обусловленные непосредственным выносом речных вод в море и выносом рек через ,, свои эстуарии, представленные в ряде случаев мелководными заливами. Например, Куршский залив может рассматриваться как эстуарий реки Неман, Вислинскнй залив - как эстуарий реки Висла. Узкие проливы, соединяющие заливы с морем, часто выполняют роль «сопел», генерирующих струи, вихри, грибовидные течения и отдельные линзы. Указанные явления наблюдаются на расстояниях до примерно 150 км от источника.

Уже в период 1985-86 гг. нами обнаружено около 50 явлений стоковых фронтов на выходе из Куршского залива и свыше 20 аналогичных явлений на выходе из Вислинского залива, а также несколько случаев наблюдения таких явлений для рек Одер, Даугава, Нарва и Дейма. В отношении реки Невы указанные динамические явления рассмотрены в следующем разделе доклада. Стоковые линзы, как продукт развития стоковых струй, выходящих из Куршского. залива, исследованы в ходе пятого КОПЭ в 1988 г. По данным В.Г.Смирнова (1989), обработавшего этот раздел судового массива данных наблюдений, горизонтальные масштабы линз составили 10-30 км при толщине 7-11 м и перепаде температуры и солености на границах линз соответственно около 1 градуса'и 0.6 промилле. Некоторые характеристики стоковых фро!ггов приведены в таблице 4.3.

В ходе экспериментального спутникового мониторинга Балтийского моря, проведенного нами в 1980-е гг., изучалось и другие явления, связанные с динамикой вод.

Явление водообмена через Датские проливы. Спутниковые изображения ИК диапазона позволяли наблюдать характерные грибовидные структуры, расположение которых указывало на направление течений в поверхностном слое воды.

Штилевые зоны». В летний период 1985 - 1988 гг. в некоторых спутниковых изображениях ИК диапазона регистрировались аномалии поля ТПМ (пятна) размером около 100 км. Они имели выраженный суточный ход с максимумом в 15-16 ч и ядро наиболее нагретых вод в центре пятна. Это динамическое явление, возникающее в условиях маловетренной погоды и интенсивного солнечного прогрева, было подробно изучено Бычковой (1990).

4.2.2. Восстановление и исследование трехмерной структу ры вихревых образований по спутниковым и судовым данным Исследование трехмерной структуры адвективно-вихревого фронта в центральной части Балтийского моря в июне 1983 г

В ходе второго КОПЭ по спутниковым и судовым данным за 6 нюня построена трехмерная термическая структура полигона. В этот день спутниковые измерения зафиксировали наличие на полигоне характерного теплого S-образного вихря, полностью размещавшегося в границах полигона. Максимальная Тр соответствует положению центральной станции полигона, причем характерное опускание изотерм с выходом к поверхности теплых вод отмечается на всех вертикальных сечениях полигона, проходящих через центральную станцию. Характерные, в виде вытянутых языков, формы изотерм и изохалин, построенные по судовым данным, также свидетельствуют об образовании вихревой структуры, охватывающей толщу:, вод, примерно, до горизонта 30 м. Принимая во внимание тесную корреляционную связь спутниковых и судовых данных о температуре воды, можно заключить, что зафиксированный по данным ИСЗ вихрь обусловлен нестабильностью дрейфового течения. Параметры образовавшегося температурного фронта на периферии вихря по данным ИСЗ следующие: максимальный температурный градиент 0,5°С/км, температурный контраст между водами в центре вихря и окружающей водой 3°С, протяженность фронта не менее 40 км, ось фронта направлена с северо-запада на юго-восток. ширина фронтальной зоны 3-15 км. Согласно (Нелепо и др. 1983), характерный S-образный изгиб изотерм в зоне вихря и температурный фронт на его периферии являются основными признаками синоптического вихря, по которым, собственно, он может быть идентифицирован [10]. Исследование фрикционного вихря в горле Финского залива в августе 1983 г.

На спутниковом изображении от 22 августа 1983 г. у входа в Финский залив, к северу от о.Хнйумаа, массы сине-зеленых водорослей сбиты в спиралевидную структуру: образующую антицнклонический вихрь диаметром 35-37 км. За период с 22 по 27 августа наблюдалось перемещение вихря к северо-востоку по южной периферии входящего в Финский залив течения со средней скоростью 6-7 км/сутки. Время жизни вихря было не менее 5 суток. Согласно систематизации (Булатов и Тужилин 1980), такой вихрь должен быть отнесен к категории вихрей фрикционного типа. В пользу этого говорят следующие наблюдения: (а) характерная спиралевидная форма вихря, (б) место зарождения - граница потока, (в) траектория движения - вдоль потока по его периферии. (г) ассимстрия вихря - сплюснутость у берега, (д) его горизонтальные размеры около 35 км, что превышает радиус Россби (для этого района 12 км). Эти выводы, сделанные исключительно на основе анализа серии из трех спутниковых изображений видимого диапазона, были подтверждены данными контактных наблюдений, выполненных в этом районе с НИС «Рудольф Са-мойлович» в период 24-28 августа 1983 г. [14,71].

Изучение грибовидной структуры в юго-восточной Балтике в мае 1985 г.

В хо;-: третьего КОПЭ во второй половине мая 1985 г. в условиях стабильной погоды с высоким давлением и сильным солнечным прогревом воды (в период 17-25 мая ежесуточно температура повышалась на 0.3-0.37 градуса), в спутниковых изображениях юго-восточной части Балтики, полученных в ИК-днапазоне с ИСЗ типа НОАА, была зафиксирована обширная тепловая аномалия, распространявшаяся из Клайпедского пролива в виде двух пятен теплой воды в направлениях . • северо-запад и запад-юго-запад. 18-19 мая, при резкой перемене направления ветра на восточное, на фоне нестабильности фронтальной зоны аномалии произошло формирование

Re 4.5. Ихпдаашс трехмерна! структуры ([ршогапого вихря в горле Фшсюто залива а) Нтблкдапсза1Еракшзп1?.1Е11чря. 1 - раатредлзп с тапгртуры mocpxi rrri i ввды (°C) rn данным НИС «Рудольф СчмаЧхиго) 24-28 август 1983 г.; 2 -капуры шкрезюш обргтиам по донным МСУ-С ИСЗ «Метеор» за 22 август 1983 r.Qn С; - цзпры larvjn го отуппсювым ихйраяапгам соошповснго за 22 и 27 август 1983 г. б) Полоиппе тсрмоклит по донным кмрзлш НИС «Рудольф Са\юйлои!ч» га станциях. в) Глубина затглтя ишииагшш геверхшеш а = 4,5; 79, 85 - шмера сганщй. г) Кзупьташ pccra тспглй дннамичааким мзщэсм.[14,71}

Рис. 4.6. КгртТТМвкхх«осго'ПшЕгтппсшд1К1[ьмИСЗКЮАЛ.-10 19 мая 1985r.(oni> шгельныз еяинины). Погазан маршрут судна in фжпгссюй точки его нахеидапи к> момоп ш^чздакавдыгагсрелишпЕвтояу А [49) струйного течешш с грибовидной структурой, направленного на запад. По данным спутниковых наблюдений, максимальная фаза развития грибовидно!! структуры зафиксирована в спупшковом изображении, принятом в 7 ч 19 мая.

На основании анализа последовательных спутниковых изображений 19 мая оперативная Группа управления 3-го КОПЭ выдала команду на НИС «Александр фон Гумбольдт» начать срочное перемещение в точку А (рис. 4.6) для исследования трехмерной структуры грибовидного образования. Координаты точки А были вычислены, исходя из прогноза движения струи, времени перемещения судна н задержки в передаче сообщения в режиме ссансной связи.

НИС достигло точки А и выполнило работы на первой станции в 20 ч 15 20 мая и повторило измерения на той же станции в 03 ч 15 м и 14 ч 15 м 2! мая, по которым были определены характеристики термохалшшой crpyinyp; и гидростатической стабильности слоев воды в точке А. Затем судно выполнило измерения на нескольких станциях в окрестностях точки А. Фактически судовые измерения следует рассматривать как исследование трехмерн. структуры грибовидного образования на стадии его релаксации. Судовые г. мерения зафиксировали существование поверхностного слоя толщиной око 15 м с температурой на 1.5-2.5 градуса выше и соленостью на 0.1-0.2 промилл-ниже, чем окружающие воды. В поверхностном слое происходил интенсивный вертикальный обмен. Высокая изменчивость температуры воды внутри динамической структуры видна из таких наблюдений: повторение станции в теплом ядре подтвердило значительный адвективный рост температуры, составлявший более 0.2 градуса в час.

По результатам спутниковых'и судовых наблюдений, время жизни грибовидной структуры составляло не более 4 суток, из которых оно надежно определялось в спутниковых изображениях ИК-днапазона в течение 1.5 суток. Таким образом, проведенное комплексное изучение грибовидного динамического образования с использованием спутниковых изображений в оперативном режиме, с наведением судна на температурную аномалию, и с последующим детальным измерением гидрологических характеристик аномалии, позволило впервые получить сведения о трехмерной структуре грибовидного течения (в фазе его релаксации) [45,46]. Позже автором были сформулированы рекомендации по дальнейшему изучению грибовидных структур и других океанографических динамических явлений со схожими параметрами, (в основном, это касается времени жизни), с учетом характеристик средств наблюдения и наличия региональной проблемно-ориентированной базы знаний [65].

4.3. Спутниковые исследования биологических явлений н элементов загрязнении Балтийского моря

Как отмечалось выше, водоросли используются в качестве трассера для исследования динамических явлений в Балтийском море. Однако еще более важным является обнаружение и мониторинг наблюдающегося на Балтике так называемого «сезонного цветения» моря, так как концентрация фитопланктона и его вид являются важными индикаторами состояния морской, среды. Важные методические особенности исследования этих явлений в Балтийском море методами РСО рассмотрены нами в [65].

Явление сезонного цветения обнаруживалось в спутниковых изображениях Балтийского моря, вероятно, с 1973 г. сначала по данным ИСЗ «Лэвдсат», а затем «Нимбус-7», НОАА и, наконец, «Метеор-Природа» (29,71). Трудности наблюдения этого явления, отмеченные в [65], вероятно, объясняют незначительное количество успешно проанализированных изображений, - всего единицы в год в период 1976-1982 гг. Цветение водорослей в Балтийском норе по данным ИСЗ типа «Метеор» впервые обнаружены нами в 1981 г., а первая серия изображений (5 за 4 последовательных дня) получена нами лишь в августе 1983 п Качество изображений такого специфического объекта, как поля (фи-ламенты) водорослей была невысоким в отечественных материалах вплоть до 1992 г., когда впервые получено изображение филамеитов, сравнимое по контрастности с нзобра г "1иями ИСЗ «Лэндсат» и «Нимбус-7». Результаты нашего анализа cepjni спу'шиковых изображений полей водорослей за август 1983 г. в горле Финского залива были дополнены и подтверждены квазиеннхрон-ными судовыми гидробиологическими наблюдениями с НИС «Стрелец». [71].

По доступным материалам нами создана интегральная карта-схема отдельных полей водорослей за 1980-84 гг., (в отечественных спутниковых изображениях за лето 1985-1986 гг. это явление не наблюдалось) [71].

Анализ возможностей спутниковых методов изучения океана применительно к исследованию его «загрязнения» (в широком смысле этого термина, включая мутные речные воды и тепловые аномалии) и сравнительные характеристики информативности неконтактных и традиционных методов контроля загрязнения поверхности моря рассмотрены нами в работе [53]

В ряде случаев мутные воды могут трассироваться на значительных расстояниях от источника. Например, мутные воды Немана - Куршского залива наблюдались нами в ста километрах к северу от Клайпеды в виде полосы шириной 70 км вдоль латвийского побережья. Мутные воды от техногенных источников вблизи С.-Петербурга наблюдались в Финском заливе на расстоянии до 60-100 км, влияя на качество воды.

Кроме взвешенных веществ, к числу факторов, влияющих на состояние морской и прибрежной среды, относится и «тепловое загрязнение». Источниками этого вида загрязнений являются мощные искусственные источники тепла, например, системы охлаждения ядерных реакторов атомных электростанций. В окрестностях г. Сосновый Бор нами неоднократно отмечалась тепловая аномалия, приводившая зимой к появленшо полыньи в поле льда.

4.4. Многолетний спутниковый многосенсорныи мониторинг Невской Губы и восточной части Финского залила п контексте проблемы строительства «Комплекса защитных сооружении (КЗС) Лепингрлда-С.-Петербурга от наводнений»

Основная задача мониторинга этой части акватории Балтийского моря состояла в ' изучении пространственно-временной изменчивости распределения взвешенных осадков вблизи мегаполиса в условиях воздействия антропогенных нагрузок; Эти исследования, выполненные в Невской гу бе и в посточной части Финского залива, являются примером использования концепции и методологии «р:п10ТШЫЮЙ спутниковой океанографии» в локальных задачах изучения состояния морской н прибрежной среды.

Наши псследошшя демонстрируют также подход к решению проблемы раз-дешпш прпрОДНЬК п антропогенных факторов, формирующих поля взвешенных Есщсгтп в рассматриваемой акватории.

Впервые Ш1 обратились к этой акватории при анализе оптических нсоднород-ностей, зарегистрированных в изображениях, полученных со сканеров МСУ-М и -С на ИСЗ «Метеор-Природа» в летний период 1982-83 гг. [33] Впоследствии нами детально проанализированы все доступные данные аэрофотосъемки, спутниковые Сканерные и спутниковые фотографические изображения акватории, начиная с 1973 г., включая изображения, полученные с зарубежных спутников.

Аэрокосмические изображения Невской губы и восточной части Финского залива запечатлели сложнейшую структуру полей взвешенных веществ, которые характеризуются значительной разномасштабной изменчивостью в пространстве и времени и размахом значений концентраций, достигающим двух порядков величины [ 34, 37-39. 53. 56, 58, 70].

Гиптация полей взвешенных веществ

Основными источниками повышенного содержания взвешенных материалов в

Невской губе являются: (1) гидротехнические работы, в основном, по добыче песка и намыву городских территорий:, которые проводились в квазипостоянном режиме, в районах Лахты и Южной Лахтинской отмели, с начала 1970-х до конца 1980-х гг.; периодические дноуглубительные работы; свалка грунта (до 1988 г.), строительство земляных дамб КЗС; (2) взмучивание и перенос донных отложений в результате воздействия ветроволнового перемешивания и течений; (3) технические и бытовые сбросы неочищенных вод, (4) таяние грязного льда. Как следует из анализа данных дистанционного зондирования, наибольший вклад в загрязнение акватории Невской губы и восточной части Финского залива взвешенными осадками, при использовавшейся несовершенной технологии (значительные потерн в трубопроводах при их негерметичности), вносили грунтонамывные работы.

•) • нагони*.» ситуация (псемнни пгриол)

Рис. 4.7. Типовые поля взвеси в Невской губе (пояснения в тексте).

Дополнительному увеличению концентрации взвешенных частиц в водной т*. ги.с е''СС0-";тл01!а in вегро-волновые воздействия на "подвижные" слои тонкоднсперсных пелитовых осадков, которые образовывались вдоль мелководных прибрежных зон со слабыми течениями. 1980-е годы характеризуются установившимся квазипостоянным режимом проведения гидротехнических работ по выемке грунта и намыву городских территорий. Для этого периода на основе анализа серии спутниковых изображений МСУ-СК и МСУ-Э исследованы характерные особенности и проведена типизация полей взвешенных веществ в районе Невской губы в зависимости от преобладающего воздействия ветров, интенсивности хода и фазы колебания уровня моря.

Основные различия в структуре полей взвеси наблюдаются в изображениях, относящиеся к следующим ситуациям: а) устоГгчивой стоковой ситуации, при штиле или слабых ветрах переменных направлений, с незначительными колебаниями уровня моря, б) сгонной ситуации при длительном воздействии ветров северо-восточных направлений (от умеренных до сильных), при резком падении уровня, в) нагонной ситуации при длительном воздействии ветров западных направлений и интенсивном повышении уровня (рис. 4.7, сверху вниз). Кроме этих, могут быть выделены и промежуточные ситуации. В частности, интересная структура поля взвеси наблюдается при смене фаз колебаний уровня моря.

Локальные особенности динамики вод

Изучена дальность распространения речных вод в Финский залив. Минимальное удаление.границы речных вод от устьевого створа регистрируется в весенне-летний период при стоковых и нагонных ситуациях и составляет 35-40 км. При сгонных ветрах северо-восточных направлений мутные речные воды, с концентрацией взвеси от 10-15 до 15-20 мг/л, распространяются вдоль южного побережья залива, достигая Копорской губы. В подобных ситуациях мутные воды идентифицируются на максимальных расстояниях до 100 км от устьевого створа. Поздней осенью, при охлажден"» поверхностных вод и интенсификации процессов перемешивания, в нагонных ситуациях, в вершине Финского залива, на расстояниях до 60-80 км от устья, наблюдается квазиоднородное поле взвешенных веществ, с концентрацией 20-25 мг/л, с резкой фронтальной границей. Отделяющей эти воды от западной части Финского залива. Обнаружены также Динамические явления на поверхности (вихревые и грибовидные структур, локальные апвеминги).

Разномасштабная изменчивость полей взвешенных веществ В распределении полей взвеси в Невской губе отмечена значительная изменчивость синоптического масштаба. В течение нескольких часов картина распределения взвеси в Невской губе может существенно измениться.

Сезонная изменчивость в распределении взвешенных веществ в Невской губе обусловлена, главным образом, изменчивостью ветрового воздействия, например, >вздичением в осенний период повторяемости вегров западных направлений. Значительный вклад в сезонную изменчивость вносили сезонные графики производства грунтонамывных работ. Изменчивость картины распределения взвеси в восточной части Финского залива связана с изменением гидрометеорологических условий и воздействием локальных апвеллингов, периодически возникающих в этом районе в условиях сформировавшегося термоклина. Сезонная изменчивость здесь выражена сильнее, чем в Невской губе.' Характерные особенности распределения полей взвешенных веществ для близких гидрометеорологических условий, относящиеся к разным сезонам, могут существенно различаться.

Межгодовая изменчивость •распределения взвешенных осадков, выявленная на основе рассматриваемого 25-летнего ряда данных, обусловлена вариациями условий антропогенного воздействия на акваторию, среди которых наиболее существенными являются: (1) изменение объемов свалки (дамиинга) грунта вплоть до прекращения этих работ, (2) сокращение объема и изменение режима проведения грунтонамывных работ, (3) краткосрочное изменение, в 1985-1986 гг., условий прохождения потоков речных вод через Южные и Северные Ворота, что привело к изменению режима течений в Невской губе в этот период.

В контексте «горячей» проблемы экологического состояния акватории Невской Губы в связи со строительством комплекса защитных сооружений (КЗС) Ленинграда-С.-Петербурга от наводнений выполнен,детальный анализ всего ряда аэрокосмических изображений в терминах «до дамбы» и «после дамбы». Показано, что как до начала строительства, так и в ходе строительства и после завершения интенсивных строительных работ в акватории наблюдались значительные вариации полей взвешенных веществ.

Общая многолетняя тенденция. Сравнительный анализ материалов комплексного мониторинга Невской губы в 1990-е годы и архивных данных многолетних дистанционных наблюдений за загрязнением приповерхностного слоя моря взвешенными веществами позволил заключить, что за последние 10 лет интенсивность загрязнения Невской губы взвесью уменьшилась, суммарная площадь зон загрязнения сократилась и концентрация взвеси в конкретных районах снизилась.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В обл сти акт г« и bi.стаз д ы тсц.хннцй ргзш пня апуп икотой океанографии

1. Выявлены системные тенденции:

• размывание понятий «океанографотеский спутник» и «спутниковая океанографическая наблюдательная система» с постепенным трансформацией концепции отдельной спутниковой океанографической системы в концепцию океанского сегмента комплексной системы глобальных наблюдений, и

• разделение на глобалыгую спутниковую океанографию (ГСО) и региональную спутниковую океанографию (РСО) и ряд тенденций развития структурных частей системы наблюдений океана (бортовая аппарату ра, базы данных, обработка данных, информацион-• ная продукция, орь лрованная на потребителя, система специализированного образована).

2. Выявлены следующие факторы:

• Уязвимость существующих спутниковых источников океанографической информации.

• Недостаточный уровень «операционализации» спутниковой океанографии.

• Объективная невозможность в настоящее время и в ближайшие годы полностью удовлетворить требованиям, уже сформулированным океанографическим сообществом.

В области разработки концепции и методологии РСО

1. О|ср№7вцт1Ю0прсзгыасРСО

2. Г^лго1рс!ши]г1клр.1слл1гпгаРТОотГТЮювосмат^^

3. P,cpa6cranNCTQ^TDnKPCO,rpGXT.\arnnra Мкгаташшнобьедпапп.м^г»)»ля(стршшгЕсксгоа1сп1га, ^юрхЕЩштнэгообсспсчзшя, обробошидшныхшспатьэовашш результатов).

В области информационного и методического обеспечения региональной спутниковой океанографии

1. Проведены авиационные исследования пространственно-временной изменчивости поля ТПМ на выбранных подспутниковых контрольно -калибровочных полигонах, в том числе на Балтийском морс, выявившие условия их использования в составе спутниковой система наблюдений океана.

2. . Предложен метод калибровки спутникового бортового ИК-радиомстра по естественным полигонам , основанный на использовании деталей структуры сезонного термобара в крупных озерах Северо-Запада России.

3. Проведена серия активно управляемых КОПЭ, в ходе которых выполнена проверка обоснованности оценок динамики водных масс, выполняемых по спутниковым измерениям ТПМ, разработана и практически реализована технология оперативного наведения судна на аномалии поля ТПМ, наблюдаемые с ИСЗ в реальном масштабе времени.

4. Введено понятие «Допустимый интервал несинхронности» измерений в системе «спутник-самолет-судно» и исследованы значения этого параметра для конкретных практических ситуаций в задачах обнаружения и идентификации динамических явлений.

5. Созданы База данных спутниковых многосенсорных изображений Балтийского моря за 25-летний период, включающая также данные авиапа-блюдений.

6. Практически реализовано информационное обеспечение исследований посредством использования автономных пунктов приема информации (ИСЗ типа НОАА, ИК-диапазон, длительные серии (квази) регулярных изображений) и цетрализованного источника (отечественные ИСЗ разных типов, видимый диапазон, одиночные нерегулярные изображения).

7. Предложен и реализован принцип сегментирования акватории, повышающий общую информативность спутниковых наблюдений при ежесуточном многократном приеме информации с нескольких витков двух спутников.

8. Разработаны основы синергетического метода использования данных дистанционного зондирования в задачах регионально!'! спутниковой океанографии. включая изучение прибрежных зон морей.

9. Сформулирован общий подход к проблеме цифровой обработки, анализа и интерпретации спутниковых изображений в задачах региональной спутниковой океанографии на современном этапе ее развития, основанный на использовании сннергстнчески.х моделей решения типовых задач и нспользовании региональных проблемно - ориентированных баз знаний.

В области исследования Балтийского моря методами региональной спутниковой океанографии

Определены основные приоритетные направления исследований Балтийского моря методами РСО. По этим направлениям в ходе многолетних экспериментальных спутниковых наблюдений получены следующие результаты:

II области исследования динамических явлений:

1. Изучены динамические явления (сезонные прибрежные фронты, прибрежные апвеллинги, вихревые структуры различных типов, стоковые фронты и линзы, «штилевые зоны»), определены их характерные параметры, проведена их типизация по механизмам возникновения и определены районы и периоды наблюдения.

2. В рамках активно управляемых экспериментов в ходе синхронных (квази-синхронных) судовых и спутниковых измерений изучены трехмерные структу ры вихревых и грибовидных динамических образований.

Воблехзни исследования биотическихтчаш и элементов«загрязнения»моря

1. Ссспттз о сод ш cvota пахй сета п dto «цветения» моря за 1990-1984 гг. 2. В прнбрс-кюй хис опрахлзю ихюлью .таальных плотников внутртсюоового за-фяаисиан1рогогаоюгопро1!сдакзэ111я.

3. В поле лита выяасш юзшьгалшпьных источников теплового загрязнения на побережье Финского залива. ( у" '

При исследовании локального объекта - акватории Невской Губы и восточной части Финского залива в результате анализа многолетнего ряда аэро-космичсских наблюдений

1. Установлена иерархия источников загрязнения акватории взвешенными веществами, при этом показано, что в 1980-е гг. основным источником являлись гидротехнические операции по намыву городских территорий.

2. Показано, что как до начала строительства КЗС, так и в хода строительства и после завершения интенсивных строительных работ на КЗС в акватории наблюдались значительные пространственно-временные вариации полей взвешенных веществ.

3. Определены типичные образы полей взвеси, зафиксированные в азро-космичсч~ких изображениях акватории при различных гидрометеорологических ситуациях. .

4. Выявлена разномасштабная изменчивость полей взвеси (синоптическая, сезонная, межгодовая). За последние 10 лет зафиксировано общее уменьшение загрязнения Невской губы взвесью.

Проведенные исследования явились необходимым этапом становления и развития региона.т • й спутниковой океанографии и заложили научно-методические-основы для перехода к практическому осуществлению комплексного физико-биологического спутникового мониторинга состояния природной среды не только Балтийского моря и Прибалтийского региона, но и всего Северо-Западного федерального округа, включая моря, крупные озера и их прибрежные зоны, с использованием существующих и перспективных отечественных и зарубежных спутниковых систем наблюдения;

Основные публикации по теме диссертации

1. Берестовскнп И.Ф. Брозин Х.-Ю. Викторов С В. Океанографически!! подспутниковый эксперимент СССР-ГДР. Исследование Земли in космоса, 1983, 61. с. 121-122.

2. Берсстовский И.Ф., Викторов С В. Роль перспективных космических систем в выполнении океанографического раздела Всемирной программы исследования климата. Метеорология и пирология. 10. 1981. с. 113-119.

3. Блинов В.Г. Берсстовский И.Ф., Викторов С.В., Симонов 10.Г. Сбор подспутниковой информации. В кн.: Природа Земли из космоса. Л. Гндроме-тсоиздат. 1984. с. 35-38.

4. Бычкова И.А. Викторов С.В. Исследование допустимой несинхронностн наблюдений разного уровня при проведении комплексных океанографических подспутниковых экспериментов Исследование Земли из космоса, 1985, 6. с. 93-1()о"

5. Бычкова И. А., Викторов С.В. Выявление и систематизация апвеллингов Балтийского моря на основе спутниковых данных. Океанология. 1987, T.XXYII. 2, с. 218-223.

6. Бычкова И.А., Викторов С.В. Параметры вихревых структур и грибовидных течений в Балтийском морс по спутниковым изображениям. Исследование Земли из космоса, 1988, 2, с. 29-35.

7. Бычкова И.А., Викторов С.В., В.В.Виноградов, Смирнов В.Г., А.Е.Вишневский, Попов С.С, Тарасов B.C., Родионов Д.Д., Филимонов В.И. Техническое оснащение экспериментального автономного пункта приема спутниковой информации и технология цифровой обработки данных теплового ИК-днапазона ДЛЯ изучения Балтийского моря. В со : Некоетактные методы И средства измерений океанографических параметров. Сборник докладов 5-го Всесоюзного семинара (Москва, 20-23 сентября 1983 г.) Москва. Гидрометсо-юдат. 1986. с. 219-223.

8. Бычкова И.А., Викторов С.В., Виноградов В.В. Дистанционное определение температуры моря. Ленинград. Гидрометеоиздат. 1988. 223 с.

9. Бычкова И.А., Викторов С.В., Виноградов В В. Использование спутниковых данных для изучения апвеллинга и фронтогенсза в Балтийском морс. Исследование Земли из космоса. 1985,2. с. 12-19.

Ю.Бычкова И.А., Викторов С.В., Виноградов В.В., Лосинский В.Н. Брозпн Х.-Ю. Аэрокосмические наблюдения адвсктивно-вихрсвы.х образований в центральной части Балтийского моря. Исследование Земли из космоса. 1985. 1. с. 118-122.

Н.Бычкова И.А., Викторов С.В. Демина М.Д. Использование метода калибровки спутниковой аппаратуры по естественным полигонам в целях региональной океанографии. В сб.: Изучение океана из космоса Экспресс-информация АН СССР. Ленинград N 4-89. 1989. с 3-4.

12.Бычкова И.А., Викторов С.В. Демина М Д Исполыог.анпе регулярных спутниковых данных ИК-диапазона для и'.учения явлений термобара и апвеллинга. Океанология. 1989. том XXIX. 5. с 759-76(>.

13. Бычкова И.А., Викторов СВ. Кнльдюшевскин Е.И., Су.хачсва Л.Л. Ис- -пользование материалов дистанционного зондирования при изучении морских побережий и акваторий. В кн.: Аэрокосмпческие методы геологических исследований. Санкт-Петербург, Издательство Картографической фабрики ВСЕГЕИ. 200». с. 204-255.

14. Бычкова И.А., Викторов С.В., Лобанов В.10., Су.хачсва Л.Л. Проблемы спутникового экологического мониторинга Финского залива. В сб.: Изучение океана из космоса. Экспресс-информация АН СССР, Ленинград. N 4-89, 1989, с. 13-26.

15. Бычкова И.А., Викторов С.В., Смирнов В.Г. Особенности использования спутниковой информации ИК-дпапазона для изучения акваторий при облачных ситуациях. Исследование Земли из космоса, 1986, 3, с. 60-66.

16. Бычкова И. А., Викторов С.В., Су .хачсва Л. Л. Аэрокосмическнй мониторинг водных ресурсов С.-Петербурга и Ленинградской области. Разведка и охрана недр, 1998, 7-8, 42-44.

17. Бычкова И.А., Викторов С.В. Шумахер Д А. О связи крупномасштабной атмосферной циркуляции и процессов возникновения прибрежного апвеллннга в Балтийском море. Метеорология и гидрология. 1988, К), с. 91-98.

18. Бычкова И.А., Викторов С.В. Кнльдюшевскин Е.И., Сухачева Л.Л. Си-нергетичеекпм подход к использованию аэрокосмической информации для изучения прибрежных зон. Отечественная геология., 6, 1999, с. 40-46.

19. Викторов С.В. Космическая океанография: предмет, состояние, перспективы. Труды ГОИН. Космическая и аэроокеанология (под редакцией С.В.Викторова). Выпуск 166. Ленинград. Гндрометеоиздат. 1982, с.4-23.

20. Викторов С.В. Исследования в области космической и аэроокезногра-фнн. В кн.: Исследование океанов и морей (под редакцией Ф.С.Терзиева). Москва. Гндрометеоиздат. 1983. с. 185-202.

21. Викторов С В. Авиационные средства сбора опорной океанографической информации. В сб.: Комплексный подспутниковый океанографический эксперимент СССР-ГДР на Балтийском море. (Под ред. С.В.Викторова). Ленинград. Гндрометеоиздат. 1985, с. 10-16.

22. Викторов С.В. Комплексное исследование Балтийского моря с помощью ciu тиковых данных. Морской гндрофиз1пескнй журнал. 1986, 4, с. 5964.

23. Викторов С В. Комплексные подспутниковые эксперименты как этап развития космической океанографии. В сб.: Неконтактные метода н средства измерений океанографических параметров. Сборник докладов 5-го Всесоюзного семинара (Москва, 20-23 сентября 1983 г.) Москва. Гндрометеоиздат. 1986. с. 45-4S.

24. Викторов С.Ь. Спутниковое мореведение (региональная спутниковая океанографии). В со : Исследование океана дистанционными методами. Труды 5-го Всесоюзною совещания-семинара но спутниковой гидрофизике, г, Севастополь. сентябрь 1987 г Дел. ВИНИТИ, 1989, № 3765-89. 39 с.

25. Викторов С В Счутпиконое мореведенне (Региональная спутниковая океано! рафн.п Москва .Гндрометеоиздат 1988. 16 с.

26.Викторов С.В. 16-ая Конференция Балтийских океанографов. В сб.: Изучение океана из космоса. Экспресс-информация АН СССР, Ленинград. N 4-89. 1989 с. 4-13.

27. Викторов С.В. Междуведомственный семинар "Проблемы спутниковой океанографии: использование информации ИК-днапазона (Памяти члена-корр. АН СССР К.Н.Федорова)" (Ленинград. 27-3» марта 1989 г.). Исследование Земли из космоса, 1990, 4,'с. 124-126.

28. Викторов С. Спутниковая океанография. Бюллетень ВМО, том 47, 1, январь 1998 г., с. 51-65 (в английском издании стр. 40-50).

29. Викторов С.В., Бычкова И.А., Виноградов В.В., Суханова Л.Л. , Драб-кин В.В., Брозин Х.-Ю., Зигель X. Использование спутниковых данных видимого и ИК-диапазона для исследования Балтийского моря. В кн.: Дистанционное зондирование Земли из космоса. Сборник статей по итогам научно-технического сотрудничества между СССР и ГДР в 1980-1985 гг. (На русском и немецком языках). Потсдам, 1987, с. 143-180.

30. Викторов С.В., И.А.Бычкова. В.В.Виноградов. Использование в региональных океанографических исследованиях спутниковых цифровых карт температуры поверхности воды. В кн.: Природа Земли из космоса. Ленинград. Гндрометеоиздат. 1984, с. 125-128.

31. Викторов С.В., В.В.Виноградов, А.Е.Вишневский. С.С.Попов. В.С.Тарасов, В.И.Филимонов. Устойство ввода, информационное и программное обеспечение судовой системы обработки информации спутниковой сканирующей аппаратуры. Труды ГОИН. Космическая и аэрооксапология (под редакцией С.В.Викторова). Выпуск. 166. Ленинград. Гндрометеоиздат. 1982. с. 41-47.

32.Впкт0р0Б С.В., Гнатовская Н.Б. Как исцелить Балтику. Вестник Академии наук СССР. 1990, 10, с. 128-130.

33. Викторов С.В., Казьмин А.С., Скляров В.Е., Гашко В А., Сухачева Л.Л., Антоненко В.Г., Сажин С.М. Исследование водных масс с различными оптическими характеристиками. Определение полей планктона и взвесей . В кн.: Природа Земли из космоса. Ленинград. Гндрометеоиздат. 1984. с. 118-124.

34. Викторов С.В., Кравцова В. И, Сухачева Л. Л., Загрязнение сод. Морские акватории. Невская губа Балтийского моря / Атлас. Космические методы геоэкологии. МГУ им. В. М. Ломоносова. М. 1998. лист 18.

35. Викторов С.В., Локк Я.Ф. Некоторые концепции организации морских подспутниковых контрольно-измерительных полигонов. В сб.: Неконтактные методы и средства измерений океанографических параметров. Сборник докладов 5-го Всесоюзного семинара (Москва, 20-23 сентября 1983 г.) Москва. Гндрометеоиздат. 1986. с. 30-32.

36.Викторов С.В., Сажин С.М. Интерактивная обработка на ЭВМ спутниковых изображений акваторий. В сб.: Неконтактные методы и средства измерений океанографических параметров. Сборник докладов 5-го Всесоюзной' семинара (Москва, 20-23 сентября 1983 г ) Москва Г'идромеюопздат. 1986. с. 227-230.

37. [Викторов С.В., Сухачева Л Л. Что отражают космические снимки Нг'п

CKoii губы. Энергия. N 6, 1992. С. 77-79. .

38. Викторов С.В. Суханова Л.Л. Витер В.В. Постников И.Ю. Широков П.А. Визуализация струнных течений в Невской губе на радиолокационных изображениях высокого разрешения. Доклады АН СССР, 1990. т. 315, 2, с. 337-340.

39. Викторов С.В. Су.хачсва Л.Л., Лобанов В.Ю., Лебедева Н.И., Некрасова А.Н. Особенности распространения взвешенных веществ в Невской губе при различных гидрометеорологических ситуациях Метеорология и гидрология. 1991. 7, с. 80-85.

40. Викторов С.В. Тшценко А.П. Принципы организации банка опорных данных для использования в интерактивных системах обработки космической информации об океане. Труды ГОИН. Космическая и аэрооксанология (под редакцией С.В.Викторова). Выпуск. 166. Ленинград. Гндрометеоиздат. 1982. с. 24-29.

41. Иванов М.Ф., Казанский А.В., Викторов С.В. Судовые системы сбора и обработки дистанционных измерений с искусственных спутников Земли. -Итоги науки и техники. ВИНИТИ, Атмосфера, океан, космос - Программа "Разрезы"'', 1986. 7. с. 189-199.

42. Комплексны!! подспутниковый океанографический эксперимент СССР-ГДР на Балтийском море. (Под редакцией С.В.Викторова). Ленинград. Гндрометеоиздат. 1985. 103 с.

43. Природа Земли из космоса. (Изучение природных ресурсов Земли с помощью данных, передаваемых со спутников по радиоканалам.) Составители: А.Г1.Тшценко и С.В Викторов, (под редакцией Н.П.Козлова). Ленинград. Гид-рометсоиздат. 1984, 151 с.

44. Berestovskij, I.F., Brosin, H.-J., Viktorov, S.V. Internationales Subsatelliten-E.xperimcnt in der Ostsee. Beitrage zur Mccresknndc, 1984, Heft. 50, s. 5-7.

45. Brosin, H.-J., Gohs, L„ Seifert, Т., Siegel, H., Bychkova, I., Viktoriv, S., Demina, M., Lobanov, V., Losinskij, V., Smoljanitskij, V.M. Some Investigations on Mesoscale Phenomena in the Southeastern Part of the Baltic Sea in the Frame of Ground-Truth Experiments. In: Proceedings of the 15th Conference of the Baltic Occanorraphcrs (Copenhagen, Denmark, October 1986), pp.109-118.

46. Вгоы.1. H.-J., Gohs, L., Seifert, Т., Siegel, H., Bychkova, I., Viktoriv, S., Demina. M., Lobanov, V., Losinskij, V., Smoljanitskij, V.M. Mesoskale Struk-turcn in der sudostlichen Ostsee im Mai 1985. Beitrage zur Meereskunde, Berlin, 58, 1988, 9-18.

47. Brosin. H J., Victorov, S.V., 1984, Joint Complex Oceanographic Subsatellite Experiments of the tJ.S S.R. and G.D.R. on the Baltic Sea. In: Proceedings of the 14th Conference of t. Baltic Oceanographers (Gdynya, Poland, September 1984), v.I, pp 95-103.'

48. Bychkova. I.A., Victorov, S.V., Smirnov, V.G., Dubra, J.J., Brosin, H.-J. Studies of the Ri c. Discharge Spreading in the South-Eastcrn Pari of the Baltic'Sea on the Basis of Satellite Imagery. In: Pioceedings of the 17th Conference of the Baltic Occanogra-phcrs (Norrkoping. Sweden. Seplembcr 1990). 9 pp.

J9 RvriiVova. 1 A. ViMorov S V. Demina, M D. Lobanov. V.Yu. Losinskij,

V.N., Smirnov, V.G., Smolvanitskij. V.M. Sukhacheva. L.L. Brosin, H.-J., Experimental Satellite Monitoring of the Baltic Sea in the 1980s. Paper presented at 78th Statutary Meeting of ICES (Copenhagen. October 1990). Hydrography Committee, Session P. ICES Paper C.M. 1990 / C:14.

50.Bychkova. I.A., Kildushevsky E.I. Sukhacheva L.L. Victorov S.V. Multi-platform Multi-sensor Study of the White Sea Coastal Waters. /In : Proceedings of the International Conference "Current Problems in Optics of Natural Waters',-(St.Petersburg, Russia, September 25-29, 2001). pp. 86-91.

51. Bychkova, I.A., Sukhacheva L.L., Victorov S.V. Monitoring of Water Objects in St.-Petersburg Region using Remotely-Sensed Data Sets. /In : Proceedings of the International Conference ''Current Problems in Optics of Natural Waters', (St.Petersburg, Russia, September 25-29, 2001), pp. 92-98.

52. Sherman, J.W., III, Allan T.D., Attema E„ Heron M.L., Nakanishi I., Roquet H., Shida K., Viktorov S.V. Polar Orbiting Satellites and Applications to Marine Meteorology and Oceanography. Report of the CMM-IGOOS-IODE Sub-group on Ocean Satellites and Remote Sensing . Marine Meteorology and Related Oceano-graphic Activities. Report No.34. 1996. WMO/Tcchnical Document No.763.

53. Victorov, S.V Present Stage in the Use of Remote Sensing Data for Marine Pollution Estimation. In: Proceedings of the United Nations Training Seminar on Remote Sensing. Applications (U.S.S.R., Baku, 17-29 November 1980). Baku, 1982, part 2, pp. 116-132.

54. Victorov, S.V. Problems of Complex Investigation of the Baltic Sea with Remote Sensing Data. In: Proceedings of the 14th Conference of the Baltic Ocean-ogrcphers (Gdynya, Poland, September 1984), v.l. pp.391-401.

55. Victorov, S.V. Complex Studies of the Baltic Sea Based on Satellite Information. In: Proceedings Of the 16th Conference of the Baltic Oceanographers (Kiel, FRG, September 1988), v.2, pp. 1079-1090.

56. VictoroV, S.V. Environmental Monitoring of the Gulf of Finland: an Approach Bared on Remote Sensing Data. Statistical Journal of the United Nations Economic. Commission for Europe, v. 7, 1990, 3, pp. 149-162.

57. Victorov, S.V. International project in regional environmental gcoinformat-.ics- BALTIC EUROPE. Consultation on the development of a health and environment GIS for the European Region. RIVM, Bilthoven, . The Netherlands, 10-12 Dcccmber 1990. WHO Paper 1СР/ СЕН 90/A/28, 25 pp. J

58. Victorov S.V. Water Dynamics and Pollution nearby Leningrad Dam. In: The Interaction between Major Engineering Structures and the Marine Environment. P,roccedings of the International Association for Bridge and Structural Engineering Colloquium, (Nyborg, Denmark, May 1991). IABSE Reports, vol. 63, pp. 215-223.

59. Victorov, S.V. International project in regional environmental geoinformat-iCS-BALTIC EUROPE. Part l.Conccpt. / In: Environmental management in the Baltic region, 1992, Collection of papers presented at International Workshop (Leningrad, U.S.S.R., 21*24 November 1989). INENCO Proceedings No 1, St.Petersburg, 1992, pp. 64-96. 60. Victorov, S.V.'' Some Notes on the Oceanic Aspect of the Remote Sensing o^ Global Climate Change Issue. In: Remote Sensing and Global Climate Change.

NATO ASI Series. Series I: Global Environmental Change, vol. 24. Proceedings of the 7th Dundee Summer School in Remote Sensing, (Dundee, Scotland, 19 July - 8 August 1992), pp. 411-427.

61. Viaorov, S.V. RcnxXe Sensing Applicrtions in Ctetnogmpliic Rssirdi in tie Former U.S.SJR. In: Remote Sensing from Reraidi to Operation. Proc 18th Annual Confcrarce Remote Saisirig Soaefy. (Dundee, Scotland, UK 15-17 Sep enter 1992), pp.47-62.

62 Viaorov S. V. Former Soviet Union Satellites (Rdaant to Occan Observation). In.' Proceedings ol tie WMQTOC Tcdinical Confcraiac on Sprafimi Oasm Obsrvrtiotis, Bagai, Norway, 5-10 September 1993. \VMOTcduucJEXxanmitNor>49,1994,pp. 9-31.

63. Viaorov, S.V. Russum oceanograpliic sfdlitcs : .Sti!oof4lK.4irt . Proceeding cf Conferace Oocanolo»' IiUcnritiotril V4'. (8-11 Mudi 1994, BriglHoa UK). \oL2,14pp.

64. Viaorov. S.V. Russia's oosinogr.ipluc satellites face Haiti Tines'. Microwave Engineering Europe; An^ist-Scp<aiixTl994.pp. 31-32 35-36.

65. Via опт/,S.V.RcponalS'Sdl;ieOtom;n!p!iy.TrvtatndFraos,London, 1996.312pp.

66. ViaorovS. V,Tcwunjscpcratiomlrcgiaials;itdlilc oocjinognpIiyfortlcBallicsa.Procaxliiigs cftlc R't'tic Mirnic Sdaxr Congress. (Cfclobcr 22-26, 1 996, Rmic Bomliolm, Etatirmrk). 8 pp.

67. Viaorov S. V. Emironmafcil Indices Design with Raintdy Sensed Data la Environmental Indian Fdhcd by YAPvkh DEHy.flt. RJMLcrv, Pnxcedinys cf tic First Intarotional Conference on Enviromcrtil Indxxs S>aans Amhsis Appradi (INDEX-97), (StftJasburg, Russia, July 7-11,1997). EOLSS Pitelm Loncba 1997. pp. 287- 294.

6.4. Viaorov, S.V. Pdluion moniioring: darning caw.il zones in tic past-Sovrt era In: Fiscal Processes in tic CaM.il 7av, Con peer Modelling and Ranote Sensing. Proceeding! cf the 4<Mh Scotish Universities summer sd col in Plnsies. (Dundx. UK, August I997)C SUSSPPltiislicreEndlnrtiti&cf HnscsPiMsliing. 1998. [p 335-381.

69. VaoiwS.V„ Kirpov AV„ Nikiiin P.A Ooatn Satellites Progamrrc in tie PoirianFcbra-txxvlnc Proceeding; of tic Cminiission for Mnirc Mctcorologr' Tcdirrsil Cor&oiGСП Ctan Ri> mote Saising (26 April 1993, Lisbon Patu^il). PeportNo2& WMOTechnialDoasrcmNoCOl, pp 922

70. Victorov S.V, Lohrnov V.Yu. Snkkricvu LL, Snrt>arsti<y VM.Ldtob.aNl, Шжзз\а AN. Efcsnans of w;«cr dvnnnics in tic c«an part of the Gif af Finland ш nmdod in h'^MCSofiikm satellite imagay. In' Proocedingpoftlc 17ili Caifcrcnx af the Nontepn% Swafcn, Scptaiixr 1990.10 pp

71. Viaorov, S.V. Ixtjiriqj. V.N. Sukhricvn, LL Studies cf Seasonal BkmcftfeEaliic Smart! Elements of Eddy Dynamics of tic Upper Lfvcr Based on ScCdlC: Dca ofVisbb Dipam In: Proaxd-in^oftlc ]6ih Confaacc of tic Rihic Occanograplias (Щ ERQ Sqfcnfcsr 15E3), v2, ppi 10631078.

72. Victorov, S.V., Vinogradov, V.V., Terzicv, F.S. Studies of the Baltic Sea with the Help of lR-diapason 'Meteor-2' Information. In: Proceedings of the 13tit Conference of the Baltic Oceanographers (Helsinki, Finland, September 1982), v.l, pp.732-741.