eng
Выпуск #8/2017
Г.И.Долгих, С.Г.Долгих, В.А.Чупин, В.К.Фищенко, В.А.Швец, С.В.Яковенко
Оптико-биологический комплекс
Оптико-биологический комплекс
Просмотры: 3362
Поведение морских животных, рыб, зоо- и фитопланктона, а также других живых представителей Мирового океана тесно связано с динамикой разномасштабных гидрофизических процессов. С целью изучения этих связей был создан оптико-биологический комплекс.
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.68.8.38.46
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.68.8.38.46
Теги: a laser measuring instrument for variations in hydrosphere press fluorimeter optical-biological complex phytoplankton tides underwater video monitoring system wind waves ветровые волны лазерный измеритель вариаций гидросферного давления оптико-биологический комплекс приливы система подводного видео мониторинга фитопланктон флуориметр
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, динамика численности или биомассы фитопланктона определяется процессами фотосинтеза, заключающимися в построении органического вещества из минеральных соединений. Основную роль в этой динамике играет солнечная энергия. В связи с этим основное внимание при изучении динамики первичного продуцента органического вещества в различных водоемах уделялось сезонным, годовым и межгодовым вариациям. При этом практически не уделялось внимание мелкомасштабным процессам, которые могут оказывать существенное влияние на динамику цепочки "фитопланктон-зоопланктон-рыбы-морские животные". К мелкомасштабным процессам мы отнесем процессы, временная длительность которых простирается от суточных приливов до ветровых волн, т.е. процессов, длительность которых лежит в диапазоне от 24 часов до 1 секунды. В этом диапазоне периодов находятся различные гидрофизические процессы, имеющие периодический и квазипериодический характер: приливы, инерционные колебания, сейши, внутренние волны, зыбь, региональные ветровые волны. Для изучения связей характеристик данных процессов с биомассой первичного продуцента органического вещества, морских животных и рыб был создан комплекс. Он состоял из лазерного измерителя вариаций гидросферного давления, флуориметра и системы подводного видео мониторинга, который способен регистрировать любые периодические и квазипериодические вариации основных гидрофизических параметров (давление, температура) в рассматриваемом диапазоне периодов, а также вариации численности исследуемой биомассы. Одной из исследуемых задач комплекса стоит задача по определению порогового уровня колебаний гидрофизических параметров, на который откликается биомасса.
ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА
Как было сказано выше, оптико-биологический комплекс состоит из лазерного измерителя вариаций гидросферного давления, флуориметра и системы подводного видео мониторинга. Дополнительно он оснащен линиями электропитания и телекоммуникационными линиями для передачи информации с мест постановки в береговые лабораторные помещения, многоразрядным АЦП, системой точного времени, компьютером, предназначенным для первичной обработки и записи полученных экспериментальных данных на твердые носители.
В настоящее время созданы лазерные измерители вариаций гидросферного давления и их модификации [1–3], предназначенные для измерения вариаций гидросферного давления с точностью от 1 мПа до 1 мкПа в частотном диапазоне от 0 (условно) до 1 000 Гц. Дополнительно данные установки оснащены высокочувствительными термодатчиками для параллельного измерения вариаций температуры. По частотному диапазону и точности измерения исследуемых параметров данные установки являются наиболее подходящими при проведении мониторинговых работ по изучению влияния гидрофизических процессов на различные биообъекты. Кроме того, данные лазерно-интерференционные приемные системы используются в комплексе с береговыми лазерными деформографами для изучения различных гидроакустических и гидрофизических процессов и закономерностей их трансформации на границе раздела сред [4–6].
В постановочной раме рядом с лазерным измерителем вариаций гидросферного давления закреплен флуориметр C3 (рис.1, правая часть). Погружной флуориметр C3 (производство компании Turner Designs) укомплектован двумя светочувствительными датчиками "in vivo" для измерения люминесценции хлорофилла фитопланктона в синем 460 нм и красном 635 нм диапазонах спектра излучения. Диапазон синего излучения позволяет зафиксировать концентрацию в диапазоне 0,025–500 мкг/л. Диапазон красного излучения – более 500 мкг/л. Прибор также укомплектован датчиками давления и температуры. Долговечный корпус сделан из полиформальдегида Delrin, что позволяет работать в агрессивной морской среде. Поверхности корпуса возле оптических датчиков комплектуются медными вставками для понижения биологического загрязнения светочувствительных элементов. Вес прибора 1,64 кг, длина 23 см, диаметр 10 см, диапазон температур от –2 °C до 50 °C. Глубина погружения до 600 м. Максимальная дискретность получения данных 1 Гц.Флуориметр обладает возможностью вывода данных как цифровом в формате ASCII, так и получение аналоговых данных при наличии соответствующего адаптера.
Система подводного видеонаблюдения организована на базе сетевой видеокамеры TANTOS TSi-Ple2VPZ с разрешением кадра 1920 Ч 1080 пикселов при частоте смены кадров в видеопотоке до 30 кадров в секунду. Камера снабжена моторизованным объективом с переменным фокусным расстоянием 2,8–12 мм, что обеспечивает возможность дистанционного регулирования угла обзора наблюдаемой сцены в диапазоне 27–91 угловых градусов. Вместе с блоком управления она помещена в водонепроницаемый цилиндрический металлический бокс, одна из боковых сторон которого выполнена из прочного стекла, через которое камера наблюдает подводные сцены. Бокс крепится к массивному основанию и вместе с ним опускается в море в месте постановки. К боксу подведены кабели электропитания и связи, позволяющие размещать видеосистему на расстояниях до 400 м от берега. Тестовые испытания путем опускания бокса в море с судна показали его способность выдерживать погружения, по крайней мере, до 100 м, что достаточно для использования практически на любых прибрежных акваториях Залива Петра Великого. Для наблюдения в ночное время и на больших глубинах система оснащена фонарями подсветки, которые могут дистанционно включаться и выключаться. Береговой пункт связи подключен к ближайшему узлу телекоммуникационной сети системы научного мониторинга залива Петра Великого. Это обеспечивает передачу в реальном времени данных подводного видеонаблюдения в информационные хранилища системы мониторинга во Владивостоке, а также трансляцию живого видео с камеры в сеть Интернет. На рис.1 (левая часть) показана аналогичная описанной система подводного видео наблюдения, установленная в 2014 году в бухте Алексеева (о-в Попова, залив Петра Великого).
Лазерный измеритель вариаций гидросферного давления совместно с флуориметром первый раз были установлены в бухте Витязь в 200 м от берега в районе пирса Морской экспериментальной станции "Мыс Шульца" 23 июня 2016 года. После комплекс из этих двух приборов несколько раз переустанавливали в разные точки акватории бухты Витязь на расстояниях от 100 до 250 м от берега. Подводная видеосистема впервые была установлена 24 октября 2016 года в 100 м от берега в непосредственной близости от флуориметра. Чтобы исключить влияние ночной подсветки камеры на регистрируемые флуориметром показатели последний позднее был перемещен на расстояние 20 м от камеры в сторону моря. Всего можно выделить две постановки, когда достаточно длительное время все три прибора комплекса находились примерно в одном месте. Первая постановка на расстоянии около 100 м от берега и глубине 5 м осуществлялась с октября 2016 года по начало января 2017 года, вторая постановка на расстоянии 200 м от берега на глубине 15 м – с 16 мая 2017 года по настоящее время. На рис.2 отмечены места расположения приборов во время первой и второй постановок: кругами – подводной камеры, ромбами – комплекса гидрофон-флуориметр. Отметим, что в обоих случаях оптическая ось камеры была ориентирована от берега в сторону открытой части бухты.
Вся полученная информация измерительных установок комплекса по кабельным линиям поступает в береговой лабораторный корпус, где после предварительной обработки заносится в созданную базу экспериментальных данных. Данные со всех приборов наблюдения в режиме близком к реальному времени поступают в файловое хранилище системы научного мониторинга залива Петра Великого в здании ТОИ ДВО РАН и становятся доступными научным специалистам института. Данные лазерного измерителя вариаций гидросферного давления представлены в хранилище одночасовыми файлами с записями сигналов вариаций гидросферного давления, оцифрованных с частотой 1 000 Гц.Данные флюориметра представлены суточными файлами сигналов изменения удельного содержания в воде хлорофилла-а, частота дискретизации 1 Гц.Данные системы видеонаблюдения представлены моментальными снимками и небольшими видеозаписями подводной сцены, производимыми с временными интервалами в 1 и 30 минут соответственно. Система подводного видео наблюдения применяется: для визуального контроля ситуации в месте размещения двух первых приборов; для регистрации и накопления базы видеоматериалов с целью последующего их анализа экспертами-биологами и предоставления всем заинтересованным лицам, включая ученых, преподавателей и студентов; для разработки и отладки методик автоматического описания состояния биоразнообразия на основе анализа видео; для разработки и отладки методик регистрации гидрологических характеристик среды (волнений, колебаний уровня моря, течений, мутности и цвета воды).
ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ПЕРВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Для первичного анализа полученных экспериментальных данных был выбран ряд длительностью около одного месяца. Основная цель данной обработки – изучение возможностей комплекса по его использованию для исследования возможной зависимости динамики морской биомассы от вариаций среднемасштабных полей Мирового океана в частотном диапазоне, соответствующем периодам колебаний от суточных до одной секунды. При этом были обработаны синхронные данные лазерного измерителя вариаций гидросферного давления и флуориметра. Данные подводного видео мониторинга на первом этапе анализировались только качественно.
Обработка и анализ полученных экспериментальных данных будет проводиться в последовательности от самых высокочастотных составляющих до низкочастотных составляющих. Учитывая, что частота дискретизации анализируемого ряда составляла 1 Гц, то наивысшая частота анализируемого ряда, в соответствии с теоремой Найквиста, равна 0,5 Гц (период Т=2с). Т.е. высокочастотный диапазон "упирается" в морские ветровые волны, основные периоды которых находятся в диапазоне от 2–3 с (местные ветровые волны) до 15–16 с (мощные ветровые волны, вызванные продолжительным действием тайфунов над акваторией Японского моря со скоростью ветра порядка 25–30 м/с). При обработке полученных экспериментальных данных установлено, что концентрация первичной биомассы на конкретном горизонте коррелирует с вариациями гидросферного давления, вызванными присутствующими морскими волнами. Так на верхнем графике рис.3 приведена динамическая спектрограмма участка записи флуориметра, а на нижнем графике рис.3 приведена динамическая спектрограмма синхронного участка записи лазерного измерителя вариаций гидросферного давления. Основной период выделенных колебаний примерно равен 7,3 с.
Основные колебания более низкочастотного диапазона, выделенные при проведении более ранних исследовательских работ в бухте Витязь, соответствуют сейшам, т.е. собственным колебаниям бухты Витязь, период основной моды которых меняется со временем в частотном диапазоне, соответствующем периодам от 16 до 18 мин [7]. При обработке полученных экспериментальных данных флуориметра и лазерного измерителя вариаций гидросферного давления установлено, что данные колебания не влияют на динамику фитопланктона. Так на рис.4 приведены спектры синхронных участков записи лазерного измерителя вариаций гидросферного давления, на котором выделяется мощный пик на периоде Т = 17 мин 04 с, соответствующий основной моде собственных колебаний бухты Витязь, и флуориметра, на котором данного пика не наблюдается. Необходимо заметить, что собственные колебания по аналогии можно отнести к стоячим волнам, давление в которых с глубиной в один и тот же момент времени не меняется.
В приливном диапазоне как в записях флуориметра, так и в записях лазерного измерителя вариаций гидросферного давления выделяются мощные пики, соответствующие суточному и полусуточному приливам (рис.5). В спектре флуориметра выделяется гармоника суточного прилива с периодом около 8 ч, а в спектре лазерного измерителя вариаций гидросферного давления выделяется мощный пик между суточным и полусуточным приливами на периоде 18 ч 34,5 мин, связанный, по-видимому, с инерционными колебаниями водных масс на данной широте.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При испытании созданного оптико-биологического комплекса установлено, что динамика концентрации фитопланктона на определенной глубине зависит от вариаций гидросферного давления. По-видимому, фитопланктон, отслеживая изменение гидросферного давления и перемещаясь по вертикали, находится на горизонтах с постоянным гидросферным давлением. Данная зависимость прослеживается в диапазоне поверхностных морских волн и приливов, которые на определенных горизонтах вызывают вариации гидросферного давления с амплитудой, пропорционально связанной с амплитудой волны. В стоячих морских волнах, например в сейшах, давление с глубиной не меняется. Это приводит к тому, что динамика фитопланктона на конкретных горизонтах не связана со стоячими морскими волнами.
Работа выполнена при частичной поддержке РНФ (соглашение № 14-50-00034, обработка и анализ полученных экспериментальных данных) и программы "Дальний Восток".
ЛИТЕРАТУРА
1. Долгих Г.И., Долгих С.Г., Ковалев С.Н., Швец В.А., Чупин В.А., Яковенко С.В. Лазерный измеритель вариаций давления гидросферы.– Приборы и техника эксперимента, 2005, № 6, с. 137–138.
2. Dolgikh G., Dolgikh S., Kovalyov S., Chupin V., Shvets V., Yakovenko S. Super-low-frequency laser instrument for measuring hydrosphere pressure variations.– Journal of Marine Science and Technology, 2009, v.14, № .4, p.480–488.
3. Долгих Г.И., Плотников А.А., Будрин С.С. Мобильный лазерный измеритель вариаций давления гидросферы.– Приборы и техника эксперимента, 2011, № 4, с. 161–162.
4. Алексеев А.В., Валентин Д.И., Долгих Г.И., Долгих С.Г., Ковалёв С.Н., Корень И.А., Овчаренко В.В., Холодкевич Е.Д., Швец В.А., Яковенко С.В. Регистрация инфрагравитационных волн на границе гидросфера-литосфера береговым лазерным деформографом.– Доклады Академии наук, 2003, т. 389, № 2, с. 244–246.
5. Долгих Г.И., Чупин В.А. Экспериментальная оценка преобразования гидроакустического излучения в сейсмоакустическую волну.– Акустический журнал, 2005, т. 51, № 5, с. 628–632.
6. Давыдов А.В., Долгих Г.И., Кабанов Н.Ф. Применение лазерных деформографов в гидроакустике.– Акустический журнал, 1995, т. 41, № 2, с. 235–239.
7. Долгих Г.И., Долгих С.Г., Смирнов С.В., Чупин В.А., Швец В.А., Яковенко С.В. Инфразвуковые колебания Японского моря.– ДАН, 2011, т. 441, № 1, с. 98–102.
Как известно, динамика численности или биомассы фитопланктона определяется процессами фотосинтеза, заключающимися в построении органического вещества из минеральных соединений. Основную роль в этой динамике играет солнечная энергия. В связи с этим основное внимание при изучении динамики первичного продуцента органического вещества в различных водоемах уделялось сезонным, годовым и межгодовым вариациям. При этом практически не уделялось внимание мелкомасштабным процессам, которые могут оказывать существенное влияние на динамику цепочки "фитопланктон-зоопланктон-рыбы-морские животные". К мелкомасштабным процессам мы отнесем процессы, временная длительность которых простирается от суточных приливов до ветровых волн, т.е. процессов, длительность которых лежит в диапазоне от 24 часов до 1 секунды. В этом диапазоне периодов находятся различные гидрофизические процессы, имеющие периодический и квазипериодический характер: приливы, инерционные колебания, сейши, внутренние волны, зыбь, региональные ветровые волны. Для изучения связей характеристик данных процессов с биомассой первичного продуцента органического вещества, морских животных и рыб был создан комплекс. Он состоял из лазерного измерителя вариаций гидросферного давления, флуориметра и системы подводного видео мониторинга, который способен регистрировать любые периодические и квазипериодические вариации основных гидрофизических параметров (давление, температура) в рассматриваемом диапазоне периодов, а также вариации численности исследуемой биомассы. Одной из исследуемых задач комплекса стоит задача по определению порогового уровня колебаний гидрофизических параметров, на который откликается биомасса.
ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА
Как было сказано выше, оптико-биологический комплекс состоит из лазерного измерителя вариаций гидросферного давления, флуориметра и системы подводного видео мониторинга. Дополнительно он оснащен линиями электропитания и телекоммуникационными линиями для передачи информации с мест постановки в береговые лабораторные помещения, многоразрядным АЦП, системой точного времени, компьютером, предназначенным для первичной обработки и записи полученных экспериментальных данных на твердые носители.
В настоящее время созданы лазерные измерители вариаций гидросферного давления и их модификации [1–3], предназначенные для измерения вариаций гидросферного давления с точностью от 1 мПа до 1 мкПа в частотном диапазоне от 0 (условно) до 1 000 Гц. Дополнительно данные установки оснащены высокочувствительными термодатчиками для параллельного измерения вариаций температуры. По частотному диапазону и точности измерения исследуемых параметров данные установки являются наиболее подходящими при проведении мониторинговых работ по изучению влияния гидрофизических процессов на различные биообъекты. Кроме того, данные лазерно-интерференционные приемные системы используются в комплексе с береговыми лазерными деформографами для изучения различных гидроакустических и гидрофизических процессов и закономерностей их трансформации на границе раздела сред [4–6].
В постановочной раме рядом с лазерным измерителем вариаций гидросферного давления закреплен флуориметр C3 (рис.1, правая часть). Погружной флуориметр C3 (производство компании Turner Designs) укомплектован двумя светочувствительными датчиками "in vivo" для измерения люминесценции хлорофилла фитопланктона в синем 460 нм и красном 635 нм диапазонах спектра излучения. Диапазон синего излучения позволяет зафиксировать концентрацию в диапазоне 0,025–500 мкг/л. Диапазон красного излучения – более 500 мкг/л. Прибор также укомплектован датчиками давления и температуры. Долговечный корпус сделан из полиформальдегида Delrin, что позволяет работать в агрессивной морской среде. Поверхности корпуса возле оптических датчиков комплектуются медными вставками для понижения биологического загрязнения светочувствительных элементов. Вес прибора 1,64 кг, длина 23 см, диаметр 10 см, диапазон температур от –2 °C до 50 °C. Глубина погружения до 600 м. Максимальная дискретность получения данных 1 Гц.Флуориметр обладает возможностью вывода данных как цифровом в формате ASCII, так и получение аналоговых данных при наличии соответствующего адаптера.
Система подводного видеонаблюдения организована на базе сетевой видеокамеры TANTOS TSi-Ple2VPZ с разрешением кадра 1920 Ч 1080 пикселов при частоте смены кадров в видеопотоке до 30 кадров в секунду. Камера снабжена моторизованным объективом с переменным фокусным расстоянием 2,8–12 мм, что обеспечивает возможность дистанционного регулирования угла обзора наблюдаемой сцены в диапазоне 27–91 угловых градусов. Вместе с блоком управления она помещена в водонепроницаемый цилиндрический металлический бокс, одна из боковых сторон которого выполнена из прочного стекла, через которое камера наблюдает подводные сцены. Бокс крепится к массивному основанию и вместе с ним опускается в море в месте постановки. К боксу подведены кабели электропитания и связи, позволяющие размещать видеосистему на расстояниях до 400 м от берега. Тестовые испытания путем опускания бокса в море с судна показали его способность выдерживать погружения, по крайней мере, до 100 м, что достаточно для использования практически на любых прибрежных акваториях Залива Петра Великого. Для наблюдения в ночное время и на больших глубинах система оснащена фонарями подсветки, которые могут дистанционно включаться и выключаться. Береговой пункт связи подключен к ближайшему узлу телекоммуникационной сети системы научного мониторинга залива Петра Великого. Это обеспечивает передачу в реальном времени данных подводного видеонаблюдения в информационные хранилища системы мониторинга во Владивостоке, а также трансляцию живого видео с камеры в сеть Интернет. На рис.1 (левая часть) показана аналогичная описанной система подводного видео наблюдения, установленная в 2014 году в бухте Алексеева (о-в Попова, залив Петра Великого).
Лазерный измеритель вариаций гидросферного давления совместно с флуориметром первый раз были установлены в бухте Витязь в 200 м от берега в районе пирса Морской экспериментальной станции "Мыс Шульца" 23 июня 2016 года. После комплекс из этих двух приборов несколько раз переустанавливали в разные точки акватории бухты Витязь на расстояниях от 100 до 250 м от берега. Подводная видеосистема впервые была установлена 24 октября 2016 года в 100 м от берега в непосредственной близости от флуориметра. Чтобы исключить влияние ночной подсветки камеры на регистрируемые флуориметром показатели последний позднее был перемещен на расстояние 20 м от камеры в сторону моря. Всего можно выделить две постановки, когда достаточно длительное время все три прибора комплекса находились примерно в одном месте. Первая постановка на расстоянии около 100 м от берега и глубине 5 м осуществлялась с октября 2016 года по начало января 2017 года, вторая постановка на расстоянии 200 м от берега на глубине 15 м – с 16 мая 2017 года по настоящее время. На рис.2 отмечены места расположения приборов во время первой и второй постановок: кругами – подводной камеры, ромбами – комплекса гидрофон-флуориметр. Отметим, что в обоих случаях оптическая ось камеры была ориентирована от берега в сторону открытой части бухты.
Вся полученная информация измерительных установок комплекса по кабельным линиям поступает в береговой лабораторный корпус, где после предварительной обработки заносится в созданную базу экспериментальных данных. Данные со всех приборов наблюдения в режиме близком к реальному времени поступают в файловое хранилище системы научного мониторинга залива Петра Великого в здании ТОИ ДВО РАН и становятся доступными научным специалистам института. Данные лазерного измерителя вариаций гидросферного давления представлены в хранилище одночасовыми файлами с записями сигналов вариаций гидросферного давления, оцифрованных с частотой 1 000 Гц.Данные флюориметра представлены суточными файлами сигналов изменения удельного содержания в воде хлорофилла-а, частота дискретизации 1 Гц.Данные системы видеонаблюдения представлены моментальными снимками и небольшими видеозаписями подводной сцены, производимыми с временными интервалами в 1 и 30 минут соответственно. Система подводного видео наблюдения применяется: для визуального контроля ситуации в месте размещения двух первых приборов; для регистрации и накопления базы видеоматериалов с целью последующего их анализа экспертами-биологами и предоставления всем заинтересованным лицам, включая ученых, преподавателей и студентов; для разработки и отладки методик автоматического описания состояния биоразнообразия на основе анализа видео; для разработки и отладки методик регистрации гидрологических характеристик среды (волнений, колебаний уровня моря, течений, мутности и цвета воды).
ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ПЕРВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Для первичного анализа полученных экспериментальных данных был выбран ряд длительностью около одного месяца. Основная цель данной обработки – изучение возможностей комплекса по его использованию для исследования возможной зависимости динамики морской биомассы от вариаций среднемасштабных полей Мирового океана в частотном диапазоне, соответствующем периодам колебаний от суточных до одной секунды. При этом были обработаны синхронные данные лазерного измерителя вариаций гидросферного давления и флуориметра. Данные подводного видео мониторинга на первом этапе анализировались только качественно.
Обработка и анализ полученных экспериментальных данных будет проводиться в последовательности от самых высокочастотных составляющих до низкочастотных составляющих. Учитывая, что частота дискретизации анализируемого ряда составляла 1 Гц, то наивысшая частота анализируемого ряда, в соответствии с теоремой Найквиста, равна 0,5 Гц (период Т=2с). Т.е. высокочастотный диапазон "упирается" в морские ветровые волны, основные периоды которых находятся в диапазоне от 2–3 с (местные ветровые волны) до 15–16 с (мощные ветровые волны, вызванные продолжительным действием тайфунов над акваторией Японского моря со скоростью ветра порядка 25–30 м/с). При обработке полученных экспериментальных данных установлено, что концентрация первичной биомассы на конкретном горизонте коррелирует с вариациями гидросферного давления, вызванными присутствующими морскими волнами. Так на верхнем графике рис.3 приведена динамическая спектрограмма участка записи флуориметра, а на нижнем графике рис.3 приведена динамическая спектрограмма синхронного участка записи лазерного измерителя вариаций гидросферного давления. Основной период выделенных колебаний примерно равен 7,3 с.
Основные колебания более низкочастотного диапазона, выделенные при проведении более ранних исследовательских работ в бухте Витязь, соответствуют сейшам, т.е. собственным колебаниям бухты Витязь, период основной моды которых меняется со временем в частотном диапазоне, соответствующем периодам от 16 до 18 мин [7]. При обработке полученных экспериментальных данных флуориметра и лазерного измерителя вариаций гидросферного давления установлено, что данные колебания не влияют на динамику фитопланктона. Так на рис.4 приведены спектры синхронных участков записи лазерного измерителя вариаций гидросферного давления, на котором выделяется мощный пик на периоде Т = 17 мин 04 с, соответствующий основной моде собственных колебаний бухты Витязь, и флуориметра, на котором данного пика не наблюдается. Необходимо заметить, что собственные колебания по аналогии можно отнести к стоячим волнам, давление в которых с глубиной в один и тот же момент времени не меняется.
В приливном диапазоне как в записях флуориметра, так и в записях лазерного измерителя вариаций гидросферного давления выделяются мощные пики, соответствующие суточному и полусуточному приливам (рис.5). В спектре флуориметра выделяется гармоника суточного прилива с периодом около 8 ч, а в спектре лазерного измерителя вариаций гидросферного давления выделяется мощный пик между суточным и полусуточным приливами на периоде 18 ч 34,5 мин, связанный, по-видимому, с инерционными колебаниями водных масс на данной широте.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При испытании созданного оптико-биологического комплекса установлено, что динамика концентрации фитопланктона на определенной глубине зависит от вариаций гидросферного давления. По-видимому, фитопланктон, отслеживая изменение гидросферного давления и перемещаясь по вертикали, находится на горизонтах с постоянным гидросферным давлением. Данная зависимость прослеживается в диапазоне поверхностных морских волн и приливов, которые на определенных горизонтах вызывают вариации гидросферного давления с амплитудой, пропорционально связанной с амплитудой волны. В стоячих морских волнах, например в сейшах, давление с глубиной не меняется. Это приводит к тому, что динамика фитопланктона на конкретных горизонтах не связана со стоячими морскими волнами.
Работа выполнена при частичной поддержке РНФ (соглашение № 14-50-00034, обработка и анализ полученных экспериментальных данных) и программы "Дальний Восток".
ЛИТЕРАТУРА
1. Долгих Г.И., Долгих С.Г., Ковалев С.Н., Швец В.А., Чупин В.А., Яковенко С.В. Лазерный измеритель вариаций давления гидросферы.– Приборы и техника эксперимента, 2005, № 6, с. 137–138.
2. Dolgikh G., Dolgikh S., Kovalyov S., Chupin V., Shvets V., Yakovenko S. Super-low-frequency laser instrument for measuring hydrosphere pressure variations.– Journal of Marine Science and Technology, 2009, v.14, № .4, p.480–488.
3. Долгих Г.И., Плотников А.А., Будрин С.С. Мобильный лазерный измеритель вариаций давления гидросферы.– Приборы и техника эксперимента, 2011, № 4, с. 161–162.
4. Алексеев А.В., Валентин Д.И., Долгих Г.И., Долгих С.Г., Ковалёв С.Н., Корень И.А., Овчаренко В.В., Холодкевич Е.Д., Швец В.А., Яковенко С.В. Регистрация инфрагравитационных волн на границе гидросфера-литосфера береговым лазерным деформографом.– Доклады Академии наук, 2003, т. 389, № 2, с. 244–246.
5. Долгих Г.И., Чупин В.А. Экспериментальная оценка преобразования гидроакустического излучения в сейсмоакустическую волну.– Акустический журнал, 2005, т. 51, № 5, с. 628–632.
6. Давыдов А.В., Долгих Г.И., Кабанов Н.Ф. Применение лазерных деформографов в гидроакустике.– Акустический журнал, 1995, т. 41, № 2, с. 235–239.
7. Долгих Г.И., Долгих С.Г., Смирнов С.В., Чупин В.А., Швец В.А., Яковенко С.В. Инфразвуковые колебания Японского моря.– ДАН, 2011, т. 441, № 1, с. 98–102.
Отзывы читателей
