CC BY
42
4. Urgent problems of Oceanology. M.: Science, 2003. - P. 640
5. Baidin S.S., Skriptunov N.A., Steinman B.S. and others. The hydrology of the river mouth areas of the Terek and Sulak. M.: Pub. «Gidrometizdat», 1971. - P.199.
УДК 502/504(262.81)
ГЕОНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ИЗУЧЕНИИ ОСОБЕННОСТЕЙ АПВЕЛЛИНГА У ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ СРЕДНЕГО КАСПИЯ
© 2012 Монахова Г.А., Курамагомедов Б.М., Расулова М.М., Бекшокова П.А.
ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет»
Приводятся результаты изучения подъема глубинных вод (апвеллинга) у западного побережья Среднего Каспия по данным наблюдений, полученным с применением дистанционных методов.
The article contains the results of the study of upwelling at the Western coast of the Middle Caspian, according to the data of observations, obtained with the use of remote methods.
Ключевые слова: Средний Каспий, апвеллинг, дистанционные методы, геоинформационные системы
Keywords: Middle Caspian, upwelling, remote methods, geographic information systems_
Использование и интеграция возможностей геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования Земли уже стали традиционными для целей исследования изменчивости полей океанологических характеристик. Известно, что спутниковые снимки морской поверхности позволяют качественно и количественно оценивать содержание в водной толще взвешенных и растворенных веществ различного происхождения, отслеживать их источники и динамику, температуру поверхности моря и т.д. [2]. Именно поэтому они как нельзя лучше подходят для изучения явления подъема глубинных вод (апвеллинга) в Каспийском море.
Апвеллинг наблюдается, в основном, у восточного и западного побережья Среднего Каспия и в летнее время может быть идентифицирован по отрицательной температурной аномалии. Длительное время для изучения апвеллинга использовались данные прибрежных наблюдений, вследствие чего он трактовался как локальное явление, не играющее особой роли в жизни Каспийского моря [4]. Наличие спутниковых данных позволяет по-новому взглянуть на эту проблему. Между тем, апвеллинг на Каспии в гидрологическом отношении апвел-линг изучен недостаточно, а его влияние на гидрохимические и гидробиологические условия до сих пор остается невыясненным. При этом подъему глубинных вод у западного побережья Среднего Каспия посвящено наименьшее количество публикаций.
Целью наших исследований является изучение подъема глубинных вод и его роли в формировании гидрохимического и гидробиологического режима западной части Среднего Каспия. Указанные исследования проводятся в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (Государственный контракт №16.740.11.0233).
В настоящей статье обсуждаются результаты, полученные в ходе обработки спутниковых данных, а также геоинформационного анализа и интеграции материалов дистанционной и контактной съемки за летний сезон 2010-2011 гг. в геоинформационный проект (ГИС-проект).
В качестве материалов, полученных с применением дистанционных методов, использовались данные мультиспектрального сканера MODIS, установленного на аппаратах Terra и Aqua американской системы EOS (EarthObservation Satellites), с пространственным разрешением 250-1000 м. При этом определение температуры поверхности производилось по результатам съемки в инфракрасном диапазоне, с разрешением в 1 км и 0,3-0,5 оС (канал MOD28), а концентрации хлорофилла «а» - способами определения цвета воды (каналы MOD19, MOD21) и флюоресценции хлорофилла «а» (MOD20), с шагом 10 мг/м3 в шкале логарифмического типа. Для выявления характера распределения взвеси применялся коэффициент диффузного ослабления для длины волны 490 нм (Kd_490), характеризующий степень прозрачности морской воды [3]. Основными материалами, полученными при помощи контактных методов, выступили данные прибрежных гидрометеорологических наблюдений на станциях Росгидромета, а также результаты собственных измерений гидрохимических параметров прибрежных вод в районе г. Махачкала в 2011 г.
Все спутниковые материалы обрабатывались в ГИС-пакетах SeaDAS и ArcGis. Космические снимки, прежде чем попасть в ГИС-проект, прошли несколько этапов обработки.
География и геоэкология fiK^ Юг России: экология, развитие. №3, 2012
Geography and geoecology_ISipiP_The South of Russia: ecology, development. №3, 2012
На начальном этапе были получены данные первого и второго уровней обработки, распространяемые через систему Ocean Color Web [5]. Снимки первого уровня синтезировались в цветное изображение для визуального дешифрирования облаков, взвеси и т.д., а также проходили обработку по атмосферной и геометрической коррекции в программе SeaDAS (рис.1).
Данные второго уровня представляли собой сырые пространственно-координированные изображения температуры, концентрации хлорофилла «а» и взвеси, которые также обрабатывались в программе 8еаЭЛ8. Функциональные возможности применяемых программ позволили выполнить и различные арифметические операции со снимками, такие, как вычисления разницы между двумя сценами, среднее из двух и более сцен и т.д. Все полученные в результате обработки снимков данные в виде тематических слоев приводились к единой картографической проекции 84) для дальнейшей обработки в программе Агс01б и создания ГИС-проекта.
ГИС-проект представляет собой относящуюся к одной пространственно-временной области коллекцию картографических слоев и атрибутивных данных, предназначенных для комплексного анализа [1]. При его формировании в программе Агс01б были созданы два блока базы геоданных - за 2010 и 2011 гг., разделенные по месяцам. В них объединены, главным образом, ежедневные спутниковые растровые данные о температурных полях, концентрации хлорофилла «а» и взвеси в поверхностном слое вод Среднего Каспия, а также материалы прибрежных наблюдений за гидрологическими (температура, соленость, уровень) и гидрохимическими (рН, содержание растворенного кислорода и биогенных элементов) показателями (рис. 2). Всего в геореляционную базу данных внесено 199 карт полей температуры, по 169 карт распределения концентрации хлорофилла «а» и взвеси в поверхностном слое воды, 918 значений измерений температуры, 916 - солености, 306 - уровня, по 208 - рН и растворенного кислорода и по 103 - содержания растворенных аммонийного азота, фосфатов и кремния. ГИС-проект позволяет визуализировать эти данные и проследить изменение перечисленных показателей, в том числе во время подъема глубинных вод.
Проект, использующий данные о характеристиках поверхностного слоя вод Среднего Каспия, включает в себя слои, отображающиеся в виде тематических карт. Так, при работе с ГИС-проектом, пользователь, открывая интересующую карту, может нажать на пиктограмму «Информация» и выбрать интересующий его участок акватории (рис. 3). После нажатия на пиктограмму «Макет» появляется возможность вывести на печать готовую картографическую продукцию. Включая и отключая тематические слои за определенную дату, пользователь имеет возможность, без специальных знаний основ геоинформатики, получить информацию об особенностях апвеллинга и его роли в формировании гидрохимического и гидробиологического режима Среднего Каспия.
Таким образом, полученный ГИС-проект, преимущественно, представляет собой технологию по организации доступа к данным. Считаем, что при отсутствии возможности создания тематического геопортала он является самым лучшим способом отображения данных для многопользовательского применения.
Результаты, интегрированные в ГИС-проект, меняют представление о характере и природе процессов, происходящих в Каспийском море во время подъема глубинных вод. Указанный проект позволил применить
Рис. 1 Пример синтезированного в псевдоцветах снимка Каспийского моря
в
комплексный подход, заключающийся в использовании комбинации контактных и дистанционных методов анализа случаев апвеллинга у западного побережья Среднего Каспия.
Рис. 2 Пример визуализации и компоновки карт за 30 июля 2010 г. в ГИС-проекте
Рис. 3 Пример получения информации о гидрологических параметрах на ГМС Дербент
Нами установлено, что апвеллинг в западной части Среднего Каспия является мезо- и даже чаще макро-масштабным явлением (особенно крупные температурные аномалии отмечаются, как правило, в районе Лопатина - свыше 4 тыс. км2). Применение гидрохимических показателей для оценки апвеллинга, в особенности длительного и сильного, позволило выявить косвенные признаки того, что на исследуемой акватории ему предшествует подъем глубинных вод в подповерхностный слой.
Выявлено, что летний апвеллинг вызывает скачкообразные изменения функциональной активности фитопланктона, что выражается в росте концентрации хлорофилла «а» и взвеси в прибрежной зоне в первые его несколько дней. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что наибольшее влияние на функционирование морских экосистем оказывает подъем глубинных вод, особенно продолжительный, происходящий в начале летнего сезона. После прохождения «циклов» апвеллинга глубинные водные массы трансформируются по гидрологическим и гидрохимическим показателям.
Библиографический список
1. Аналитические ГИС online [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.geo.iitp.ru/part.php?link=gis:gisprojects, свободный. - Загл. с экрана.
2. Гурова, Е.С. Методологические особенности использования спутниковых снимков MODIS для оценки распределения взвеси в прибрежных водах юго-восточной Балтики / Е.С. Гурова // Тр. межд. конф. «Создание искусственных пляжей, островов и других сооружений в береговой зоне морей, озер, водохранилищ». Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. - С.
3. Лаврова, О.Ю. Комплексный спутниковый мониторинг морей России / О.Ю. Лаврова, А.Г. Костяной, С.А. Лебедев и др. -М.: ИКИ РАН, 2011. - 480 с.
4. Монахова, Г.А. Подъем глубинных вод у западного побережья Среднего Каспия [Электронный ресурс] / Г.А. Монахова, Г.А. Ахмедова // Научный журнал КубГАУ. - 2010. - №63. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2010/09/pdf/15.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Идентификационный номер ИНФОРМРЕГИСТРа: 0421000012\0255
5. Система Ocean Color Web [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.oceancolor.gsfc.nasa.gov, свободный. -Загл. с экрана.
1. Analytical GIS online [electronic resource]. - Mode of access: http://www.geo.iitp.ru/part.php?link=gis:gisprojects, free. - Title from the screen.
2. Gurova, E.S. Methodological features of satellite MODIS MRC-ing to estimate the distribution of particulate matter in the coastal waters of the south-eastern Baltic / E.S. Gurova // Proc. of the Int. Conf. "The creation of artificial beaches, acute Rowy and other structures in the coastal zone of the seas, lakes, and reservoirs." Novosibirsk: Publishing House of the Russian Academy of Sciences, 2009. - P. 130-140.
3. Lavrova, O.Y. Complex satellite monitoring of the seas of Russia / O.Y. Lavrova, A.G. Kostyanoy, S.A. Lebedev and others -Moscow: Space Research Institute, 2011. - 480 p.
4. Monakhova, G.A. Upwelling off the west coast of the Middle Caspian [electronic resource] / G.A. Monakhova, G.A. Akhme-dova // The Scientific Journal Kuban State Agrarian University. - 2010. - №63. -Mode of access: http://ej.kubagro.ru/2010/09/pdf/15.pdf, freely. - Title from the screen. - Identification number INFORMREGISTER: 0421000012\0255
5. System Ocean Color Web [electronic resource]. - Mode of access: http://www.oceancolor.gsfc.nasa.gov, free. - Title from the screen.
130-140.
Bibliography
