Космические исследования океана

На главную страницу семинара


Тема 1      Исследования Мирового океана средствами дистанционного зондирования

    Поля и явления Мирового океана, исследуемые дистанционными методами


9. Рельеф дна

Подводный рельеф из космоса можно наблюдать и фиксировать на снимках в видимом диапазоне в редких случаях: непременные условия – высокая прозрачность воды и штилевая погода. Водная толща ослабляет яркость, контраст и чёткость наблюдаемых подводных объектов. Интенсивность проникающего в воду солнечного излучения падает, а спектральный состав изменяется. Инфракрасное излучение полностью поглощается поверхностными слоями воды. Для прозрачных вод, когда практически отсутствуют взвеси и фитопланктон, красные лучи проникают на глубину до 10 м, жёлтые – 20 м, и только сине-голубые лучи достигают глубины 50 м. Интенсивность света здесь уменьшается в 100 раз.

  На больших глубинах дно солнечным светом практически не освещается. Таким образом, просматриваемая зона ограничивается небольшими глубинами до 20 м в водах средней прозрачности (например, в Чёрном, Каспийском морях) и до 40 м в прозрачных водах, например, в Карибском море. Поэтому космические снимки обеспечивают изучение рельефа дна лишь в зоне мелководного шельфа.

 

Багамская банка, расположенная к юго-востоку от п-ва Флорида,
возвышается из глубин океана до 6 м от поверхности

© westermann Sat Map®, 1989

 

На космических снимках в видимом диапазоне хорошо отображается строение дна в мелководной зоне, отчётливо выделяются отмели и банки, лагуны внутри атоллов; видны формы донного рельефа: вдольбереговые валы, бары, гряды, приливные дельты, русла палеорек, эрозионные ложбины, карстовые воронки, коралловые рифы и др. Для такого изучения оптимальна многозональная съёмка. Поскольку лучи разных спектральных диапазонов способны проникать в водную толщу на разную глубину, серия зональных снимков обеспечивает разноглубинные срезы дна и водной толщи, что открывает перспективы использования многозональных снимков для батиметрического и тематического картографирования мелководного шельфа.

Северо-восточный Каспий

Снимок из атласа «Дешифрирование многозональных аэрокосмических снимков»

 

Хорошие возможности для изучения и батиметрического картографирования мелководий в ряде случаев обеспечивает радиолокационная съёмка. В конце 60-х гг. первые наблюдения подводной топографии в мелководных морях с помощью радиолокатора бокового обзора (РЛСБО) с самолёта были проведены в Северном море. Во время полёта океанографического спутника Seasat в 1978 г. была впервые показана возможность регистрации элементов подводного рельефа с помощью радиолокатора SAR и были получены радиолокационные изображения подводных песчаных банок.

Поверхностные проявления, связанные с подводной топографией, наблюдались также на радиолокационных снимках, полученных спутниками «Космос-1870», ERS-1 и «Алмаз». Проведённые исследования  показали, что космический радиолокатор даёт дополнительную возможность обстоятельного и детального исследования донного рельефа мелководных участков шельфа. Механизм проявления подводной топографии на радиолокационных изображениях связан с обтеканием приливным течением форм донного рельефа (например, песчаных банок); вариации течения при обтекании банок модулируют короткие ветровые волны на морской поверхности.

Песчаные банки и нефтяные платформы в Северном море на радиолокационном изображении КА «Алмаз-1» и карта участка дна

© НПО машиностроения

Наверх

Эстуарий р.Эльба во время отлива на радиолокационном изображении КА «Алмаз».

Хорошо видна древовидная структура сточных желобов и каналов

© НПО машиностроения

Подводный рельеф на радиолокационных снимках наблюдается именно в приливных морях и необходимым условием его наблюдения является сильное приливное течение и ветровое волнение на поверхности. Космический радиолокатор даёт уникальную возможность исследования (мониторинга) донного рельефа мелководных участков шельфа с глубинами 5-40 м. Другими средствами дистанционного зондирования такую информацию в условиях повышенной мутности приливных вод получить практически невозможно. В приливно-отливной зоне шельфа во время отлива на снимках выделяются основные морфоструктуры и особенности геолого-геоморфологического строения дна, что позволяет оценить интенсивность прибрежных процессов.

Косвенно информацию о подводном рельефе можно получить, исследуя эффекты рефракции длинных волн в прибрежной зоне и над отдельными формами подводного рельефа, а также изучая внутренние волны и их поверхностные проявления в шельфовой зоне, особенности генерации, распространения и диссипации которых часто связаны с крупномасштабными формами подводного рельефа. Различные аномалии и неоднородности на морской поверхности являются следствием взаимодействия динамических или волновых процессов в толще океана с глубоководными формами подводного рельефа. При этом на космических снимках часто регистрируются два основных типа поверхностных проявлений – в виде чередующихся полос или одиночных полос-границ.

Уже первые опыты радиопрофилирования с орбитальной станции Skylab (1973) показали связь топографии водной поверхности с рельефом морского дна. Радиолокационная система спутника Seasat вместе с радиовысотомером подтвердила предположение о существовании сложного рельефа поверхности океана, обусловленного как неравномерностью распределения масс внутри земного шара, так и неровностями рельефа морского дна. Над возвышением дна высотой 3,2 км поверхность поднимается примерно на 1 м.

По альтиметрическим данным со спутников Seasat, ERS, обеспечивающим определение топографии поверхности с точностью 5-10 см, по картам рельефа морской поверхности восстановлены крупнейшие черты донного рельефа и составлена карта рельефа дна Мирового океана.

 

 

Карта рельефа дна Мирового океана

Источник:

David T. Sandwell, Walter H. F. Smith EXPLORING THE OCEAN BASINS WITH SATELLITE ALTIMETER DATA http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/bathymetry/predicted/explore.HTML

 

Таким образом, для изучения глубоководного рельефа приходится использовать косвенные методы, не обеспечивающие точного батиметрического картографирования, для которого применяют специальные виды дистанционной съёмки с кораблей. Этому противоречат многочисленные утверждения космонавтов о том, что с орбитальных высот удаётся рассмотреть крупные океанические хребты даже на километровых глубинах. Одно из объяснений этого феноменального явления состоит в том, что из космоса наблюдается не рельеф дна океана, а коррелирующие с ним постоянные зоны перемешивания тёплых поверхностных и холодных глубинных вод, в которых меняются физические и биологические характеристики верхних слоёв океана, шероховатость его поверхности. Такие крупномасштабные явления в океане и воспринимает глаз человека с космической орбиты.


Полезные ссылки:

http://topex.ucsd.edu/marine_topo/mar_topo.html

http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/announcements/announce_predict.html Global Seafloor Topography from Satellite Altimetry портал постоянно обновляемых данных о топографии рельефа дна по результатам спутниковой альтиметрии


Наверх

К 1 теме семинара     |     На главную страницу семинара

Интернет-семинары