Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности локальных течений и рельефа дна на участках Азово-Черноморского побережья Украины и в районе Украинской Антарктической станции "Академик Вернадский"

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидат географических наук, Саркисов, Александр Ашотович, Севастополь

62 11/21

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ ЮЖНЫХ МОРЕЙ ИМЕНИ А.О. КОВАЛЕВСКОГО

На правах рукописи УДК 551.465

Саркисов Александр Ашотович

ОСОБЕННОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ ТЕЧЕНИЙ И РЕЛЬЕФА ДНА НА УЧАСТКАХ АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ УКРАИНЫ И В РАЙОНЕ УКРАИНСКОЙ АНТАРКТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ "АКАДЕМИК ВЕРНАДСКИЙ"

11.00.08 - океанология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель:

?7 1ш?ппа ,

£ ............ доктор географических наук,

старший научный сотрудник

П.Д. Ломакин

Севастополь, 2005

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................4

РАЗДЕЛ 1. РАЙОНЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. БАЗЫ ИСХОДНЫХ ЭМПИРИЧЕСКИХ ДАННЫХ, МЕТОДИКИ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ. КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЙ ПРОМЕРНЫЙ КОМПЛЕКС...........................20

1.1. Характеристика исследуемых акваторий и степень их изученности

с позиций гидрографии и физической океанографии..................................20

1.2. Базы исходных эмпирических данных, методики и средства исследования .............................................................................................................23

1.3. Компьютеризированный промерный комплекс, как основное средство исследования............................................................................................25

1.3.1. Анализ функционирования промерного комплекса при производстве съемки рельефа дна...................................................................26

1.3.2. Теоретические основы построения системы информационной поддержки оператора-гидрографа при производстве гидрографической съемки.....................................................................................29

1.3.3. Методика использования системы информационной поддержки оператора-гидрографа при производстве гидрографической съемки..............................................................................................31

1.4. Выводы к разделу 1 .....................................................................................52

РАЗДЕЛ 2. ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ТЕЧЕНИЙ У КРЫМСКОГО

ПОБЕРЕЖЬЯ, В КЕРЧЕНСКОМ ПРОЛИВЕ И В РАЙОНЕ АРХИПЕЛАГА АРГЕНТИНСКИЕ ОСТРОВА................................................55

2.1. Дополнительные функции КПК, как средства для оперативной оценки характеристик течений в навигационном слое моря......................55

2.2. Течения прибрежной зоны Крыма..............................................................57

2.3. Течения в Керченском проливе..................................................................69

2.4. Система течений межостровной зоны архипелага Аргентинские острова (место расположения украинской антарктической станции "Академик Вернадский")...............................................................................78

2.5. Выводы к разделу 2 .....................................................................................94

РАЗДЕЛ 3. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДВОДНОЙ

ОКРАИНЫ КРЫМСКОГО ПОЛУОСТРОВА. ОСОБЕННОСТИ

СТРУКТУРЫ И ИЗМЕНЧИВОСТИ РЕЛЬЕФА ДНА НА

ПРИБРЕЖНЫХ УЧАСТКАХ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЗОНЫ УКРАИНЫ.

РЕЛЬЕФ ДНА В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ УКРАИНСКОЙ

АНТАРКТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ "АКАДЕМИК ВЕРНАДСКИЙ"

(АРХИПЕЛАГ АРГЕНТИНСКИЕ ОСТРОВА)................................................97

3.1. Общая характеристика и мезо-масштабные элементы структуры рельефа дна в районе подводной окраины Южного Крыма......................98

3.2. Особенности морфометрической структуры подводной окраины восточного черноморского побережья Крымского полуострова............108

3.3. Основные результаты гидрографических исследований прибрежных участков Черного и Азовского морей..................................................118

3.4. Характеристика морфологической структуры дна в районе архипелага Аргентинские острова (место расположения Украинской Антарктической станции "Академик Вернадский").......................................121

3.5. Перспективы усовершенствования КПК и его использования в различных областях прикладной океанографии, морском промысле, ры-бохозяйственной практике и гидробиологических исследованиях.........132

3.6. Выводы к разделу 3 ...................................................................................137

ВЫВОДЫ.................................................................................................................140

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ 142

ПРИЛОЖЕНИЕ...........................................................................152

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность тематики диссертационной работы. Появление настоящей диссертационной работы было обусловлено необходимостью решения важных задач, возникших в начале 90-х годов в морехозяйственном комплекса Украины [1]. Работа формировалась в течение нескольких этапов, включивших, как научно-технические, так и гидрографические, и океанографические исследования. Первый, технический, этап был связан с созданием более эффективного и экономичного промерного комплекса по сравнению с аналогичными приборными средствами, использовавшимися в Гидрографии бывшего СССР. Последующие этапы касались гидрографических, геоморфологических и океанографических исследований важных в прикладном плане акваторий Черного и Азовского морей, Керченского пролива и участков шельфа Антарктического полуострова. Причем эти исследования в значительной мере базировались на эмпирических данных, полученных в результате активной эксплуатации разработанного соискателем промерного комплекса. Полученные таким образом материалы, их анализ и осмысление стимулировали автора настоящей диссертационной работы к дальнейшему более глубокому и тщательному исследованию затрагиваемых проблем, прибегая зачастую к базам архивным эмпирических данным других организаций и ведомств.

В течение нескольких лет, прошедших после распада СССР и временем становления национальной Гидрографической службы Украины, регулярные гидрографические работы в Черном и Азовском морях были практически приостановлены. Для их восстановления, усовершенствования и дальнейшего успешного развития понадобились новые средства, принципы организации и аппаратурное оснащение.

На начальной стадии деятельности сформированной Гидрографической службы Украины вопрос о создании эффективного промерного комплекса, эксплуатация которого могла бы в сжатые сроки принести к решению практически

значимых и необходимых задач, представлялся в ряде первоочередных проблем. При этом все необходимые требования по качеству получаемой гидрографической информации новым измерительным приборным средством должны были удовлетворять существующим стандартам. Такой прибор (Компьютеризированный промерный комплекс (КПК)), базирующийся на использовании современных информационных технологий [2-7] был разработан автором настоящей диссертации и внедрен в практику Севастопольского Государственного предприятия Гидрографической службы Украины.

Массовые гидрографические съемки многочисленных участков акваторий экономической зоны Украины, организованные и реализованные автором на основе использования КПК, были ориентированы на решение целого ряда инженерных, поисковых и научно-исследовательских задач. Анализ их результатов позволил выявить интересные и неисследованные ранее закономерности системы локальных течений в районах Крымского полуострова, в Керченском проливе, а также особенности рельефа дна подводной окраины Крымского полуострова и отдельных участков побережья Черного и Азовского морей.

В 1996 году Украина получила в дар от Великобритании антарктическую научно-исследовательскую станцию "Фарадей" ныне "Академик Вернадский", которая расположена на одном из островов архипелага Аргентинские острова. С этого времени были развернуты активные океанографические исследования межостровной зоны архипелага и прилегающей к ней акватории, которые практически не проводились здесь британскими учеными. Особую значимость в комплексе исследований имели прикладные направления, связанные в первую очередь с безопасностью мореплавания и ведением швартовых операций и по-грузочно-разгрузочных работ при снабжении станции. - Это гидрографическое и океанографическое направления. Поскольку сведения о рельефе дна в данном районе базировались на довольно грубых навигационных картах Британского Адмиралтейства и изобиловали многочисленными "белыми пятнами", а данные, например, о течениях отсутствовали вовсе. Для решения этих вопросов, в одной из морских национальных экспедиций в Антарктику были проведены ис-

следования с помощью КПК на акватории межостровной зоны архипелага Аргентинские острова. Для комплексности предстоящих исследований в функциональную схему прибора был включен специальный блок, позволяющий получать сведения о течениях в навигационном слое вод на ходу судна. КПК был успешно использован для накопления информации о структурных особенностях рельефа дна и течениях региона, а закономерности, выявленные соискателем в результате анализа полученных, а затем обобщенных по материалам четырех первых Украинских Антарктических экспедиций данных, определили заметный вклад в океанографию этого интересного до недавнего времени не исследованного региона.

Особо актуальны результаты, относящиеся к исследованию динамики вод на участках Крымского побережья и течений в Керченском проливе, выполненные на современной инструментальной базе, собранной практически за всю историю океанографических исследований акватории пролива.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнена в Отделе Марикультуры и Прикладной Океанографии Института Биологии Южных Морей Национальной Академии Наук Украины в рамках следующих государственных программ и проектов:

1. Тема № 010Ш001448 "Разработка научных основ биотехнологий воспроизводства и использования морских ресурсов".

2. Программа НАН Украины "Океан-атмосфера" - исследование пространственно-временной изменчивости полей и процессов взаимодействия в системе

океан-атмосфера. Шифр: 0196Ш15534.

3. Проект НАН Украины "Регион" - разработка теоретических и технологических основ диагностирования и прогнозирования систем, управления их ресурсным потенциалом, обеспечения эколого-технической безопасности и рекультивации водной среды (на примере Азово-Черноморского бассейна).

Шифр: 0196Ш17322.

4. Проект НАН Украины "Акваполис" - создание экономически выгодной

системы комплексного использования природных ресурсов прибрежной зоны

моря. Шифр: 0198Ш04698.

5. Государственная научно-техническая программа развития Гидрографии Украины - "Создание системы и технологий навигационного, картографического и гидрографического обеспечения мореплавания". Шифр: "Гидрография".

6. Государственная программа исследований Украины в Антарктике (утверждена Постановлением КМ Украины № 719 от 04.07.1996 г.).

Цель диссертационной работы:

- Исследование закономерностей системы локальных течений на прибрежных участках экономической зоны Украины, а также в районе архипелага Аргентинские острова, где расположена Украинская Антарктическая станция "Академик Вернадский";

- изучение особенностей рельефа дна указанных акваторий;

- создание комплекта навигационных крупномасштабных карт украинских портов, припортовых акваторий, и интенсивно эксплуатируемых участков побережья на основе использования созданного автором компьютеризированного промерного комплекса (КПК) и баз архивных эмпирических данных.

Для реализации обозначенной цели решены следующие задачи:

1. Выполнено физико-географическое описание исследуемых регионов. Оценена степень их изученности с позиции физической океанографии и гидрографии.

2. Подготовлены и перенесены на магнитные носители базы исходных эмпирических данных. Проведен их критический анализ.

3. Разработан и введен в эксплуатацию компьютеризированный промерный комплекс (КПК), способный фиксировать характеристики течений на ходу судна при производстве съемок рельефа дна. При этом реализация задач осуществлялась поэтапно:

Предложена функциональная схема измерительного комплекса,

основанная на использовании системы информационной поддержки оператора-гидрографа;

- Создана имитационная модель процесса съемки рельефа дна. Разработан пакет программ имитационного моделирования процесса съемки донного рельефа, которые использованы в тренажерном режиме функционирования системы информационной поддержки оператора-гидрографа;

- Решен ряд методических задач по адаптации комплекса к работе в тренажерном режиме и последующему внедрению в практику гидрографических работ.

4. Решены методические задачи по приданию дополнительной функции КПК, позволяющей оперативно получать и визуализировать информацию о течениях в навигационном слое вод на ходу судна.

5. Проведены массовые расчеты течений во время выполнения гидрографических съемок на участке Крымского побережья от Судака до Севастополя. На основе анализа полученных результатов предложены типичные для данного участка схемы циркуляции вод. Получены статистические характеристики системы течений, построены их ежемесячные розы.

6. Рассчитаны вероятностно-статистические характеристики и выполнен статистический анализ системы течений в Керченском проливе.

7. В рамках второй морской Украинской экспедиции в Антарктику при помощи КПК проведены массовые измерения характеристик течений в верхнем слое вод межостровной зоны архипелага Аргентинские острова. Обобщены все имеющиеся данные о течениях данного региона.

8. Разработана модель рельефа дна и рассчитаны статистические характеристики его мелкой и мезо-масштабной структуры для района подводной окраины южного побережья Крыма.

9. Рассчитаны статистические характеристики средних и мелких структурных форм и выявлены особенности рельефа дна подводной окраины у восточного побережья Крыма.

10. При помощи КПК выполнены массовые промеры дна прибрежных акваторий Черного и Азовского морей, на основе которых обнаружены активные процессы заносимости отдельных портов, припортовых акваторий, бухт, фарва-

теров, каналов. Отмечены участки эрозии берегов, зоны существенных изменений донного рельефа.

11. Выполнены гидрографические промерные съемки межостровной зоны архипелага Аргентинские острова и прилегающей к ней акватории шельфа Антарктического полуострова.

12. Проведены детальные массовые промеры дна акваторий основных морских портов Украины и подходов к ним. Оцифрованы и откорректированы навигационные карты Черного и Азовского морей.

Объект исследований - прибрежные воды Украины в Черном и Азовском морях, а также акватория межостровной зоны архипелага Аргентинские острова, где расположена Украинская Антарктическая станция "Академик Вернадский".

Выбор в качестве объекта исследования указанных районов обусловлен их недостаточной изученностью и необходимостью более совершенного современного знания о них, требуемого для решения таких задач государственного значения, как безопасность мореплавания, проблема заносимости портов и припортовых акваторий, задачи гидротехнического строительства, обще экологические проблемы, рыбный промысел, марикультура и др.

Предмет исследований - характеристики течений и параметры рельефа дна рассматриваемых акваторий, а также механизмы, определяющие структуру и изменчивость изучаемых гидрографических и гидрофизических свойств среды.

Методы исследования и материалы. В основу работы положены экспериментальные данные, полученные путем выполнения многочисленных гидрографических съемок и определений характеристик течений в Черном и Азовском морях и на акватории архипелага Аргентинские острова, реализованных, как правило, самим автором или под его руководством при помощи КПК.

В качестве исходных данных также широко использовались архивные гидрографические данные Гидрографии СССР, Государственной Гидрографической службы Украины, Морского Гидрофизического Института НАН Украины,

Института Геологических Наук HAH Украины, Украинского Антарктического Центра. Для анализа течений у побережья Крыма были привлечены архивные данные инструментальных наблюдений над течениями из базы океанографических данных Черноморского Отделения МГИ HAH Украины, полученные в результате многолетних наблюдений с океанографической платформы у поселка Кацивели. Также использованы массовые архивные инструментальные наблюдения за течениями в Керченском проливе. При этом, климатолого-статистические характеристики системы течений полученные для акватории пролива, основаны на современной базе океанографических данных, созданной с участием автора. Она включила известный массив архивных инструментальных наблюдений за течениями используемый в настоящее время в системе Гидрометслужбы Украины, который был дополнен автором значительной по объему выборкой измерений, реализованными судами Гидрографических служб СССР и Украины, а также данными из архива ЮгНИРО (г. Керчь).

Все используемые в работе, в качестве исходных, базы эмпирических данных были занесены на магнитные носители, а затем подвергнуты критическому контролю.

При обработке и анализе исходной экспериментальной информации применялись стандартные, принятые в современной и классической гидрографи�