CC BY
76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Букатый В.М., Дмитриев ВМ. Гидроакустические лаги. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 176 с.
2. Бородин ВМ., Смирное ЕЕ., Толстякова НА., Яковлев ЕВ. Гидроакустические
навигационные средства. - Л.: Судостроение, 1983. - 264 с.
3. Маленькая энциклопедия. Ультразвук. Глав. ред. И.П.Голямина. - М.: Советская
, 1979. - 400 .
4. . ., . ., . ., . .
техника исследования и освоения океана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. -263 с.
5. Еусев НМ., Яковлев ЕВ. Гидроакустические доплеровские лаги // Судостроение
за рубежом. 1976. №5. С.53-66.
6. . ., . ., . . . - .:
, 1981. -264 .
7. . . .
//Акустика морских осадков/ Под ред. Ю. Ю. Житковского. - М.: Мир, 1977. -С.227 - 273.
8. . ., . . //
Сб. тез. докл. 1-го Всесоюз. совещ.-семин. молод. ученых. Глубоководные сис-. - , 1986. - . 73 - 77.
9. Волощенко ВМ., Макашов ВМ., Волощенко AM., Куповых ВТ. Пат.75062 РФ. 2008. МКИ G01S 15/00. Доплеровская локационная система. 0публ.20.07.2008
. . 20.
10. Волощенко ВМ., Чернов НМ., Волощенко AM., Куповых Е.В. Пат.79187 РФ. 2008. МКИ G01S 15/00. Многоуровневая импульсная доплеровская навигационная система. 0публ.20.12.2008 г. Бюл.№35.
Волощенко Вадим Юрьевич
Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге E-mail: [email protected]
347935, Россия, г.Таганрог, ул.Чехова, д.154 А, кв.10, тел.: 8(8634)37-17-95 Voloshchenko Vadim Yurievich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”
E-mail: [email protected]
Flat 10, corp. A, № 154, Chekhov Street, Taganrog, 347935, Russia Ph: 8(8634) 37-17-95
УДК 639.2.081.7; 528.26 (268.45)
Е. Н. Гаврилов
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МОНИТОРИНГА ЗАПАСА ЛАМИНАРИЕВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ
В докладе представлены методические особенности мониторинга по оценке запаса ламинариевых водорослей с использованием технических средств гидро-
акустики и подводного телевидения. Рассмотрены факторы, влияющие на точность оценки биомассы водорослей и возможности видовой их идентификации. Приводятся этапы планирования маршрута гидроакустической съемки в прибрежных губах Баренцева моря, проведения градуировки научного эхолота EY500, а также обработки результатов.
Ламинариевые водоросли; гидроакустическая съемка; оценка запасов; научный эхолот; калибровка; градуировка; акустический индекс.
E. N. Gavrilov METHODS OF MONITORING OF LAMINARIA ALGAE WITH THE USE OF SOME TECHNICAL FACILITIES
In the paper some methods of monitoring to estimate the stock of laminaria algae with the use of some hydroacoustic and underwater television technical facilities are presented. The factors influencing the accuracy in the estimation of algal biomass and possibility of their specific identification are considered. The stages of planning the route of the hydroacoustic survey in the coastal zone of the Barents Sea, carrying out graduation of EY500 scientific echosounder as well as of processing the data are given.
Laminaria algae; hydroacoustic survey; stock estimation; scientific echosounder; calibration; graduation; an acoustic index.
Морские водоросли относятся не только к ценным объектам промысла, но и играют важную экологическую роль в прибрежной экосистеме. Они очищают водную среду от загрязняющих веществ, служат местом размножения и питания для .
доминирующими в прибрежной зоне Баренцева моря и наиболее важными с коммерческой точки зрения. Проведение мониторинга за состоянием ламинариевых водорослей позволяет изучить динамику естественных зарослей, прогнозировать их запас в условиях промысла и определить объем возможной заготовки [1]. При проведении таких работ первостепенное значение приобретает использование современных технических средств, прежде всего гидроакустики и подводного теле.
Гидроакустический метод (метод эхо-интегрирования) успешно используется для оценки запаса ламинариевых водорослей, поскольку эти растения четко регистрируются эхолотами, а главное, как было показано в работах [2,3], интенсивность отраженного сигнала растениями зависит от их плотности.
Мониторинг запасов ламинариевых водорослей в прибрежных районах Баренцева моря проводится научным эхолотом EY500 на частоте 70 кГц, установленным на катере с выносной антенной. Навигационная информация для привязки к местности поступает на эхолот от приёмника GPS. Для идентификации растений используется подводный телеуправляемый аппарат «Гном».
Специфика проведения гидроакустической съёмки ламинариевых водорослей, в отличие от съемки промысловых рыб, имеет некоторые особенности, которые необходимо учитывать. Эти особенности, прежде всего, заключаются в необходимости проведения кроме калибровки эхолота дополнительной процедуры, , ,
, -ми и анализом полученных результатов.
Если процедура калибровки научного эхолота [4] выполняется с целью сравнения и корректировки его измеряемых параметров по эталону (обрадовый шар), то градуировка - для установления зависимости коэффициента обратного поверхностного рассеяния Ба от плотности морских водорослей, преимущественно одного .
Градуировка эхолота может осуществляться двумя способами. Первый способ заключается в искусственном создании различной плотности водорослей, закреплении их на леске и заведении под выносную антенну эхолота, второй способ проводится на естественных скоплениях водорослей разной плотности, которые можно найти на исследуемых акваториях. Последний из способов градуировки эхолота подробно описан в работе [5] и заключается в следующем. Катер, оснащенный эхолотом с выносной антенной, устанавливается над зарослями водорослей, закрепляется с помощью якорей, затем проводят измерения величины Ба. Затем аквалангист выкашивает часть водорослей, и снова проводятся измерения. Видовая идентификация растений и наличие пузырьков воздуха на их листьях
, . -ная порция водорослей тщательно взвешивается. Выкашивание водорослей продолжалось до полного прекращения их регистрации эхолотом, а затем катер перемещался на другой участок. После измерений на основе регрессионного анализа устанавливается зависимость между величинами Ба и плотностью водорослей. На рис.1 показана такая зависимость между указанными величинами для частоты 70 кГц.
Б.хЮ-® 100 0
10.13-0.91 800 • 10-0.13
Время
70 0
0.0
Рис.1. Зависимость между коэффи- Рис.2. Разброс значений коэффициента циентом обратного поверхностного sa в одной географической точке, но рассеяния и поверхностной плотно- разных вертикальных слоях во время стью водорослей на частоте 70 кГц прилива
При этом приходится учитывать, что водорослевые поля в прибрежных акваториях представляют собой расположение морских растений, листья которых неоднократно накладываются, создавая непрерывное многослойное покрытие. Различные листья наклонены относительно направления падающей волны случайным образом и под действием подводных течений, наложения их меняется. Они могут прижиматься к грунту или приподниматься от него, и изменение плотности растений имеет стохастический характер.
Анализ эхограмм и результаты видеосъемки показывают, что перемешивание листьев под действием подводных течений приводит к существенным изменениям их плотности. В результате получается значительный разброс измеряемых
значений sa (рис.2), а большая дисперсия этих значений является причиной ошибок в картировании распределения и в оценках запасов водорослей. Так, например, среднее значение коэффициента обратного поверхностного рассеяния в одной точке водорослевого поля во время прилива составило <sa> = 13,1 м2/га, дисперсия 38,4. На полной воде в этой же точке слой имел сравнительно ровную верхнюю границу, параметры составили <sa> = 8,7 м2/га, дисперсия 12,3. Во время , , соответственно тоже изменился, слой прижался к грунту, а его высота уменьшилась с 1,0 до 0,6 м. Среднее значение sa для этого временного периода составило <sa> = 9,9 м2/га, дисперсия 29,2.
Поэтому, учитывая вышесказанное, такие процедуры, как калибровка и гра,
прилива. Кроме того, на полной воде предоставляется возможность провести учет , .
Процесс планирования маршрута гидроакустических съемок при проведении мониторинга, на примере губы Дроздовка, изложен в работе [6]. Он также является
,
, -
са водорослей. Такими критериями могут являться степень покрытия dc (degrees of coverage) гидроакустическими выборками района съемки и требуемый коэффициент вариации оценки средней плотности морских водорослей. Причем коэффи-(cv) -
ставляет собой стандартное отклонение, нормированное к среднему значению. Два указанных критерия согласно работе [7] связанны следующим уравнением:
dc = (0,5/cv)2 =D/VI, (1 )
где D - маршрутный путь; A - площадь района .
При оценке запаса ламинариевых водорослей важным вопросом является и возможность их видовой идентификации. С применением только технических
средств гидроакустики эта задача не может быть полностью решена. Поэтому тех-
нические средства подводного телевидения также необходимы для изучения под, -чена низкой прозрачностью морской воды. Практика показала, что в прибрежье Баренцева моря можно успешно использовать такое устройство, как малогабаритный подводный телеуправляемый аппарат «Гном».
В настоящее время проблема видовой идентификации гидробионтов в промысловой гидроакустике частично решается путем применения многочастотных излучателей. Однако даже при использовании одночастотного эхолота иногда становится возможным определить среди ламинариевых водорослей сопутствующие растения такие, как, например, хорда нитевидная (Chorda filum). Растения этого вида встречаются в небольших количествах довольно часто, имеют крупное слоевище длиной 0,5-2,0 м и толщиной 1-4 мм, суженное у вершины. Внутри слоевища имеются полости, благодаря которым отражательные свойства растений (сила обратного объемного рассеяния, Sv) на частоте 70 кГц превышает Sv ламинариевых водорослей на 6-10 дБ. На эхограмме эти растения (рис.3) регистрируются в виде « »
.
Еще одна особенность, которую следует учитывать уже при расчете биомассы водорослей, - это получение несмещенной оценки запаса по результатам гид. -
рок, которыми являются значения коэффициента sa, показал, что, они имеют логарифмически нормальный закон распределения (рис.4). Известно [8],что логарифмически нормальное распределение преобразуется в нормальное путем использования натурального логарифма. В нашем случае после преобразования Z = ln(sai) новые данные хорошо аппроксимировались нормальным распределени-.
преобразования данных с определением доверительных интервалов, в которые эта оценка укладывается с заданной степенью надёжности. При расчетах между параметрами нормального и логарифмически нормального распределения использовались следующие соотношения:
<sa > = exp (<z> + 0,5oz2 ) , (2)
Os = <sa > [exp(Oz2 - 1)]2 , (3)
где <sa >, ds - среднее значение и стандартное отклонение случайной величины sa с логарифмически нормальным законом распределения; <z>, az - среднее значение и стандартное отклонение случайной величины z с нормальным законом .
В заключение следует отметить, что, учитывая высокие скорости подводных течений, имеющих место в прибрежных губах Баренцева моря, калибровку, градуировку эхолота и гидроакустическую съемку для оценки запасов водорослей следует проводить в периоды полной воды.
При видовой идентификации растений необходимо использовать средства .
форме и отражательных свойствах сопутствующих растений позволяют их идентифицировать с помощью одночастотных эхолотов и не учитывать при оценке запасов ламинариевых водорослей.
Для повышения точности оценок запасов ламинариевых водорослей требуется применение статистического анализа и процедур обработки полученных дан.
30.47 n=1234
25.12
18.07
12.56
6.97
2.84 2.11 1 1 097 0.24 0.41 0.24
0.1-3 3.1-6 6.1-9 9.1-12 12.1-1515.1-1818.1-2121.1-2424.1-2727.1-3030.1-33
Sa (i^Ira)
15
Рис. 3. Эхогралта с записью ламинариевых водорослей эхолотом EY500 на частоте 70 кГц в губе Дроздовка. Диапазон 0-15м, длительность импульса -0,2мс., ширина расширенного масштаба придонного слоя - 2м. Растения - хорда (Chorda filum) - представлены в виде «столбиков» красного цвета
Рис. 4. Гистограмма распределения значений коэффициента sa ламинариевых водорослей по результатам гидроакустической съемки в губе Дроздовка
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. . ., . . . -Мурманск: ПИНРО, 1991. - 186 с.
2. . ., . . -
нию отражательной способности морских макрофитов //Современные методы исследования запасов морских макрофитов: Сб. научных тр. - Мурманск: ПИНРО, 1992.- С.28-32.
3. Shenderov E.L. Some physical models for estimating scattering of underwater sound by algae. 1998. J. Acoust. Soc. Am. 104. P. 791- 800.
4. . ., . ., . . -
пользованию научного эхолота EK500. - Мурманск, ПИНРО, 2003. -134 с.
5. . ., . ., . ., . .
//
хозяйство. 2004. № 3. С. 36-39.
6. . . -
// 9
«Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб., 2008. - С.422-428.
7. Simmonds E., Williamson N., Gerlotto F. and Aglen A. Servey design and analysis procedures: a comprehensive review of good practice. - ICES C.M. 1991/B 54. - 132 p.
8. Johanntsson K.F., Mitson R.B. Fisheries acoustics. A practical manual for aquatic biomass estimation//FAO Fisheries Technical Paper. Rome, 1983. - 249 p.
Гаврилов Евгений Николаевич -
( )
E-mail: gavrilov@pinro. ru
183763, Россия, г. Мурманск, ул. Клиповича, 6, тел.: (8152) 47-35-82 .
Gavrilov Evgeny Nikolaevich
Polar Research Institute of Marine Fisheries and Oceanography (PINRO),
E-mail: gavrilov@pinro. ru
6, Klipovicha, Murmansk, 183763, Russija, Ph: (8152) 47-35-82 Head of Laboratory of Fisheries Acoustics and Underwater Technologies
УДК 534. 222. 2
В. Ю. Волощенко, В. В. Кобзев
ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ ГИДРОАЭРОДРОМА
Предложено для обеспечения безопасного взлета и приводнения в гидроавиации производить мониторинг приповерхностного слоя взлетно-посадочной полосы гидроаэродрома с помощью параметрических гидроакустических средств подводного наблюдения.
