Файл: Океанография и морская метеорология учебник..pdf

циальная шкала цветности, содержащая 11 словесных определений цвета. Кроме того, каждый цвет подраз­ делен (по интенсивности) на два оттенка; в результате вся шкала содержит оттенки 21 номера.

Так как и цвет и прозрачность морской воды опреде­ ляются одними и теми же свойствами морской воды, то можно предположить существование функциональных зависимостей между этими важнейшими гидрооптиче­ скими характеристиками. Экспериментальные данные подтверждают такую зависимость, в частности между

Методы измерения гидрооптических характеристик.

Для полной характеристики светового режима в океане должны измеряться многие параметры гидрооптиче­ ского поля: показатель ослабления света (экстинкции), индикатриса рассеяния, показатель преломления, про­ зрачность в различных частях спектра,'* распределение яркости, подводная освещенность, цвет, степень поляри­ зации света, интенсивность биолюминесценции и некото­ рые другие оптические характеристики морской воды.

151

Однако в практике океанографических исследований по стандартным программам обычно ограничиваются измерением двух параметров: прозрачности морской воды и подводной освещенности. Это вполне оправданно для массовых наблюдений, так как на основании этих данных можно получить другие важнейшие величины, характеризующие оптические'свойства морской воды и световой режим на глубинах океана, используя функ­ циональные зависимости между ними.

отметить, что пока еще не существует какой-либо единой серийной гидрооптической аппарату­ ры и методики измерения. Имеемые типы приборов поз­ воляют либо выполнять гидрооптические измерения с помощью дистанционных приборов за бортом в толще воды, либо исследовать в лабораторных установках пробы морской воды, извлеченные с различных глубин с помощью батометров. Измерения дистанционными приборами ограничены длиной кабеля, соединяющего датчик с регистрирующей частью (300—400 м). Иссле- ' дования проб воды не ограничены глубиной, но выпол­ няются при изменившихся условиях температуры и дав­ ления, не исключено также загрязнение проб посторонными примесями. Оба вида методов взаимно допол­

няют друг друга и должны поэтому применяться совместно.

Белые диски. Этот простейший прибор, представ­ ляющий собой металлический круг диаметром 30 см, окрашенный в белый цвет и опускаемый в горизонталь­ ном положении в толщу воды, служит для определения величины относительной прозрачности, т. е. той глуби­ ны Z6 в метрах, на которой диск перестает быть види­ мым. применяя специальные очки с цветными свето­ фильтрами, можно определить отйосительную прозрач­ ность в различных частях спектра.

Прибор широко распространен благодаря своей про­ стоте и доступности. Эмпирические зависимости связы­ вают глубину исчезновения белого диска с величиной показателя ослабления, коэффициентом пропускания и цветом морской воды. По величине относительной про­ зрачности можно судить о глубине, исключающей ви­ зуальное обнаружение подводных лодок с самолетов и вертолетов при условии, если ниже этой глубины будет находиться рубка лодки. Однако методу определения

152

относительной прозрачности с помощью белого диска присущи серьезные недостатки:

—метод позволяет судить о прозрачности только самого верхнего слоя воды, и то приближенно;

—качество наблюдений зависит от внешних факто­ ров (характера освещения и состояния поверхности океана), при состоянии поверхности океана более 3 бал­ лов результаты наблюдений неудовлетворительны;

—ночью наблюдения невозможны.

Прозрачномеры. Фотометры-прозрачномеры погру­ жаемые (ФПМ-57, ФПМ-60) предназначены для дистан­ ционного определения на различных глубинах коэффи­ циента пропускания воды S в белом свете, а также (с применением специальных светофильтров) на несколь­ ких спектральных участках видимой области световых лучей. Прозрачномеры состоят из опускаемого за борт датчика, соединенного многожильным кабелем с реги­ стрирующим устройством (электронным потенциоме­ тром типа ЭПП-09), установленным на борту судна.

Основными элементами датчика являются:

—осветитель;

—оптическая система, создающая узкий направлен­ ный пучок света;

— приемник излучения — фотоэлектрический преоб­ разователь (фотоэлемент), измеряющий энергию пучка света после прохождения через слой исследуемой воды единичной толщины (рис. 29). При этом световой поток ослабевает, степень ослабления зависит от измеряемого параметра (прозрачности).

Возникающий в цепи фотоэлемента первичный фото­ ток / оказывается строго пропорциональным величине падающего на фотоэлемент светового потока Ф:

ходит через сопротивление Ri запирающего слоя, дру­ гая часть /„ — через внешнее сопротивление RH нагруз­ ки (рис. 29).

Тогда

(3.103)

153

При производстве наблюдений производят два отсче­ та: первый (ы0) — в воздухе (постоянная прибора), второй (и) — на заданной глубине.

Тогда

Фотометры-прозрачномеры просты в изготовлении и удобны в эксплуатации, но обладают существенным недостатком — малой точностью.

Рис. 29. Схема устройства селенового фотоэле­ мента с запирающим слоем и его эквивалентная электрическая схема:

Фотометры подводной освещенности. Для измерения подводной освещенности в белом свете и на нескольких участках спектра оптической области применяются раз­ личного рода подводные фотометры, погружаемые в воду на тросе или кабеле (ФМПО-60).

Приемной частью прибора служит светочувствитель­ ный элемент — фотоэлектрический преобразователь, за­ ключенный в водонепроницаемый бокс. Напряжение фототока, пропорциональное величине освещенности на заданной глубине, фиксируется на судне с помощью элек­ тронного потенциометра типа ЭПП-09. В качестве фото­ электрических приемников света в гидрооптических при­ борах обычно применяются селеновые фотоэлементы.

154

Они обеспечивают удовлетворительную линейность, до­ статочную стабильность показаний и не требуют слож­ ных измерительных схем. Однако точность измерений невысока (относительная средняя квадратическая ошиб­ ка /п = ± 3 —5%).

Спектрогидронефелометры (греч. nephele — облако и metreo — измеряю). Приборы (СГН-57) предназначены для определения в лабораторных условиях показателя рассеяния проб морской воды в белом свете и на не­ скольких участках видимой области спектра. Спектрогидронефелометр представляет собой лабораторный ви­ зуальный фотометр, в котором яркость рассеянного во­ дой света сравнивается с известной яркостью пластинки из молочного стекла.

Для измерения показателя рассеяния под различны­ ми углами осветитель прибора может поворачиваться относительно светочувствительного элемента — фотомет­ ра на различные углы в пределах от 0 до 180°. По ре­ зультатам этих наблюдений могут быть построены инди­ катрисы рассеяния света для исследуемой воды.

§ 14. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОРСКОЙ ВОДЫ

Высокая степень диссоциации морской воды, как до­ вольно слабого раствора солей, определяет ее хорошую электрическую проводимость, которая возрастает почти линейно с увеличением солености.

Зависимость электропроводности у морской воды от ее солености 5 при некоторых фиксированных значениях температуры исследована экспериментально Е. Руппиным и, например, для 15° С описывается формулой

Влияние температуры на электропроводность морской воды является преобладающим: с увеличением темпера­ туры увеличивается подвижность ионов, внутреннее тре­ ние в воде уменьшается, при этом электропроводность возрастает практически пропорционально степени по­ движности ионов. Определение электропроводности при

155

иных значениях температуры t выполняется по формуле М. Кнудсена

В. В. Косаревым и В. В. Александровым получены ра­ бочие формулы для двух диапазонов температуры и со­ лености морской воды [33]:

величину удельной электропроводности морской воды в 1/(Ом-см) в зависимости от ее температуры и соле­ ности.

Предъявление более жестких требований к точности определения солености морской воды вызвало необходи­ мость установления более точной зависимости между со­ леностью и электропроводностью. По результатам иссле­ дований, выполненных по заказу ЮНЕСКО, получена следующая зависимость [39]:

156

Расхождения в значениях соленостей, рассчитанных по формуле (3.108) и полученных аргентометрическим методом, не превышают 0,01 % о-

Вследствие электропроводности морской воды в ней должны протекать электрические токи. Предположения о существовании электрических токов в земной коре от­ носятся к началу, а первые эксперименты по их обнару­ жению— к середине XIX в. Электрические же токи в океане были измерены только в 1935 г. во время работ А. Т. Миронова в Баренцевом море. Теперь установлены основные причины, формирующие естественное электри­ ческое поле в океане, а именно:

— геомагнитные вариации, вызываемые неоднород­ ностями корпускулярного излучения Солнца и проявляю­ щиеся в магнитных бурях, полярных сияниях, периоди­ ческих и непериодических изменениях магнитного поля

идр.;

—электрические неоднородности донных пород, вы­

зывающие теллурические (земные) токи;

— атмосферное электричество, проникающее в океан через поверхность раздела воздух — вода путем грозо­ вых разрядов;

— движение вод в магнитном поле Земли.

Первые три причины обусловливают возникновение в океане электрических токов, аналогичных токам в твер­ дой оболочке Земли. Идея возникновения электрическо­ го эффекта при движении морской воды в магнитном поле Земли, впервые высказанная Фарадеем в 1832 г., в 1950 г. была применена для измерения морских течений с движущегося судна с помощью электромагнитного из­ мерителя течений (ЭМИТ), основанного на измерении э. д. с., наводимой в электрическом проводнике, переме­ щающемся под действием течения. При горизонтальном перемещении течением проводника длиной / см, располо­ женного перпендикулярно к вектору течения, со скоро­ стью V см/с и при вертикальной составляющей, магнит­ ного поля Земли Hz Э наводимая в нем э. д. с. Е В оказывается равной

откуда

(3.110)

157