Акустико-гидрофизические исследования на северо

Тихоокеанский океанологический институт имени В.И. Ильичева
Дальневосточное отделение Российской Академии Наук
г. Владивосток, Российская Федерация
УТВЕРЖДАЮ
Директор ТОИ ДВО РАН
Академик В.А. Акуличев
_____________________
«__»___________2007 г.
Акустико-гидрофизические исследования на
северо-восточном шельфе о. Сахалин
с 15 июня по 5 октября 2006 г.
о. Сахалин, Российская Федерация
С.В. Борисов
В.А. Гриценко
Д.Г. Ковзель
М.В. Круглов
A.Н. Рутенко
А.А. Соловьев
В.Г. Ущиповский
Ф.Ф. Храпченков
Подготовлено для
«Эксон Нефтегаз Лимитед»
и
«Cахалин Энерджи Инвестмент Компани»,
г. Южно-Сахалинск, о. Сахалин,
Российская Федерация
Март 2007
Содержание
Перечень таблиц .............................................................................................................. iv
Перечень рисунков ............................................................................................................ v
Общая пояснительная записка ......................................................................................xvi
1. Введение........................................................................................................................1
1.1. Цели программы акустических исследований .................................................... 13
1.2. Стратегия и методология исследований............................................................. 14
1.3 Ареал обитания западной популяции серых китов ............................................. 19
1.3.1 Расположение точек акустического мониторинга ......................................... 21
1.4 Акустические данные, собранные в экспедиции 2006 г. ..................................... 25
1.5
Используемая в отчете терминология и алгоритмы....................................... 27
1.6
Единицы измерения.......................................................................................... 28
2. Оборудование для регистрации и обработки акустических данных........................ 34
2.1. Автономный подводный акустический регистратор (АПАР) .............................. 34
2.1.1. Измерение характеристик АПАР................................................................... 41
2.1.2. Собственные шумы АПАР ............................................................................. 41
2.1.3. Динамический диапазон АПАР...................................................................... 42
2.1.4. Амплитудно-частотные характеристики АПАР............................................. 43
2.1.5. Результаты измерений характеристик АПАР............................................... 45
2.2.1. Измерение характеристик АПАР-Р, АРБ и ЦРБ........................................... 50
2.3. Низкочастотные и высокочастотные излучатели и гидрологический зонд....... 54
3. Акустический мониторинг в режиме реального времени ......................................... 61
3.1. Цели проведения программы акустического мониторинга в реальном времени
....................................................................................................................................... 62
3.2. Методика проведения акустического мониторинга ............................................ 63
3.2.1. Точки акустического мониторинга ................................................................. 64
3.2.2 Оборудование для наблюдения..................................................................... 65
3.3. Результаты измерений и сравнения уровней шумов, измеренных в реальном
времени с результатами анализа акустических данных, записанных АПАР-Р....... 67
3.5 Результаты мониторинга морских строительных работ ..................................... 83
4. Влияние погодных условий на фоновые акустические шумы на северо-восточном
шельфе о. Сахалин ......................................................................................................... 87
5. Результаты натурных исследований оценок потерь – TL(r,f) при распространении
звука вдоль заданных трасс на шельфе о. Сахалин .................................................... 93
5.1. Факторы, влияющие на потери звука при распространении ............................. 94
Стр. i
5.2. Методика, применяемая при анализе результатов измерений, проведенных
при исследованиях ближнего поля и потерь на TLP................................................. 99
5.4. Результаты экспериментальных и теоретических исследований
пространственной структуры акустического поля формируемого сигналом ТОН-28
Гц в море глубиной 25 м............................................................................................ 114
5.5. Результаты исследований TL(r,f) на профиле TLP-21 ..................................... 119
5.6. Результаты исследований TL(r,f) на профиле TLP-14 ..................................... 123
5.6. Результаты исследований TL(r,f) на профиле TLP-15 ..................................... 129
5.7. Результаты исследований TL(r,f) на профиле TLP-13 ..................................... 134
6.1. Испытания излучателя сейсмических волн на шельфе Японского моря в бухте
Витязь ......................................................................................................................... 140
6.2. Результаты акустических исследований на профиле TLP-18 ......................... 144
f, Гц.............................................................................................................................. 156
TL, дБ .......................................................................................................................... 156
6.3. Результаты исследований на сейсмо-акустическом профиле TLP-17 ........... 157
6.4. Результаты теоретических исследований функции потерь на
сейсмоакустическом профиле TLP-18 (TLP-15). ..................................................... 161
7. Оценка значений дисперсии и спектральных плотностей мощности акустических
шумов, измеренных вблизи (напротив) береговых пунктов наблюдения за серыми
китами ............................................................................................................................ 168
7.1. Вариации значений дисперсии и спектральной плотности мощности
акустических шумов, измеренных вблизи (напротив) береговых пунктов
наблюдения за китами............................................................................................... 169
8. Акустические характеристики судна Профессор Богоров и парусно-моторной яхты
Надежда ......................................................................................................................... 173
8.1. Результаты измерений акустических шумов, генерируемых судном Профессор
Богоров....................................................................................................................... 173
8.2. Уровни акустических шумов, генерируемых парусно-моторной яхтой Надежда
..................................................................................................................................... 176
9. Результаты анализа гидрологических измерений .................................................. 179
9.1. Пространственная и временная изменчивость основных гидрологических
характеристик в исследуемом районе. .................................................................... 179
9.2. Влияние прилива и межгодовая изменчивость температуры воды................ 197
9.3. Динамика амурской стоковой линзы.................................................................. 199
10. Основные результаты ............................................................................................. 205
Стр. ii
11. Выводы..................................................................................................................... 210
12. Планы на 2007 г....................................................................................................... 214
13. Благодарности ......................................................................................................... 221
14. Авторы...................................................................................................................... 222
15. Список литературы.................................................................................................. 223
Приложение C. Определение области кормления Охотско-Корейской популяции
серых китов. ................................................................................................................... 237
Приложение D - Лабораторные испытания и калибровки акустических
измерительно-регистрационных средств: АПАР, АПАР-опер, АПАР-Р и
радиогидроакустических буев. ..................................................................................... 241
Определение амплитудно-частотных характеристик.............................................. 248
Приложение E – результаты взаимной калибровки.................................................... 251
Приложение F – Методики нормализации и анализа акустических данных ............. 273
Анализ данных затухания акустического сигнала при распространении (TL)....... 275
Стр. iii
Перечень таблиц
Таблица 1.1.
Название, номер и координаты точек, в которых проводятся
акустические измерения.
Таблица 1.2(a). Параметры постановки АПАР в точках № 1- 5.
Таблица 1.2(b). Параметры постановки АПАР в точках № 6- 9.
Таблица 1.2(с). Параметры постановки АПАР в точках № 9 - 15.
Таблица 1.2(d).Параметры постановки АПАР в точках № 15 - A15.
Таблица 1.3.
График постановки АПАР в точках мониторинга.
Таблица 2.1.
Характеристики
АПАР,
измеренные
во
время
лабораторного
тестирования.
Таблица 2.2.
Характеристики
радиогидроакустических
буев,
измеренные
в
лабораторных условиях.
Таблица 3.1.
Координаты точек акустического мониторинга в реальном времени.
Таблица 3.2.
Начальные и конечные данные периодов морских
строительных работ СЭИК в районе залива Пильтун в 2006 году.
Периоды, выделенные серым цветом, завершились до начала
акустического мониторинга.
Таблица 6.1.
Результаты исследований TL на профиле TLP-18.
Таблица 6.2.
Результаты исследований TL. НИС Профессор Богоров стоит на
якоре в точке р.5, НЧ- излучатель на глубине 10м, глубина моря 24м.
Таблица 6.3
Результаты исследований TL на профиле TLP-17
Таблица 6.4
Результаты теоретических исследований TL с помощью SLFT на
профиле TLP-17 (источник звука на берегу).
Таблица 6.5
Результаты теоретических исследований TL с помощью LF на
профиле TLP-17 (источник звука в море).
Таблица 6.6.
Результаты теоретических исследований TL с помощью SLFT на
профиле TLP-18 (источник звука в море).
Таблица 7.1.
Береговые
станции
наблюдения
за
поведением
китов
и
соответствующие им точки акустического мониторинга.
Таблица 7.2.
Периоды, в течение которых производились измерения в точках
мониторинга в Пильтунской зоне кормления серых китов и на ее
границе.
Стр. iv
Перечень рисунков
Рис. 1.1.
Рис. 1.2.
Автономный подводный регистратор - АПАР.
АПАР-Р подготовленный к постановке в море (обратите внимание на
буй с радиопередатчиком, который соединен кабелем с контейнером
АПАР).
Рис. 1.3.
Автономный подводный акустический регистратор для оперативных
измерений – мини-АПАР.
Рис. 1.4.
Радиогидроакустический
буй
с
цифровым
радиотелеметрическим
каналом (ЦРБ). Контейнеры унифицированы для ЦРБ и АРБ.
Рис. 1.5.
Узконаправленные
и
штыревые
антенны,
установленные
на
Пильтунском маяке (верхний), радиоприемный пост на верхней
площадке маяка (нижний).
Рис. 1.6.
Научно исследовательское судно Профессор Богоров.
Рис. 1.7.
Карта северо-восточного шельфа острова Сахалин с указанием
местоположения платформ «ПA-Б» и «Орлан», а также точек, в которых
устанавливались АПАР.
Рис. 1.8.
Карта северо-восточного шельфа о. Сахалин с указанием маршрутов,
на
которых
в
2004-2006
гг.
были
проведены
батиметрические
измерения – (а.) и точек, в которых в 2004-2006 гг. были проведены
гидрологические зондирования - (b.).
Рис. 1.9.
Постановка АПАР в море с борт судна Профессор Богоров.
Рис. 1.10.
Зодиак буксирует АПАР к борту судна Профессор Богоров.
Рис. 1.11.
Подъем АПАР на борт судна Профессор Богоров.
Рис. 1.12.
Карта с указанием точек установки АПАР и границ районов кормления
серых китов, рассчитанных по результатам авиа учетов 2001-2005 гг.,
судовых учетов 2002-2005 гг., береговых учетов со станций наблюдения
за поведением 2001-2005 гг. и береговых автомобильных учетов 20042005 гг.
Рис. 1.13.
Сонограмма спектров - G ( f , t ) и графики значений дисперсий - D(Δf , t ) ,
рассчитанные
по
1
суточному
сегменту
акустических
данных,
полученных с помощью АПАР установленного в точке акустического
мониторинга – Орлан.
Рис. 2.1.
Запись тестового звукового сигнала перед постановкой АПАР в море.
Рис. 2.2.
Частотные
зависимости
чувствительности
гидрофонов,
использовавшихся во время полевых работ сезона 2006 г.: (a.) -
Стр. v
гидрофоны типа ГИ-50, модифицированные в 2005 г., (b.) – гидрофоны
типа ГИ-50, изготовленные в 2006 г., (с.) – гидрофоны типа Г-33,
модифицированные в 2005 г.
Рис. 2.3..
Схемы постановки автономных акустических измерительных средств в
море: (а.) – АПАР-Р, (b.) – АПАР, (с.) – мини-АПАР.
Рис. 2.4.
Акустический размыкатель и динамический якорь.
Рис. 2.5.
Собственный шум измерительно-регистрационного тракта
АПАР в
полосе частот 0 – 15000 Гц - (a.) и в полосе частот 0 – 500 Гц - (b.).
Рис. 2.6.
Результаты
измерения
динамического
диапазона
измерительно-
регистрационного тракта АПАР.
Рис. 2.7.
Нормированная
на
коэффициент
амплитудно-частотная
усиления
характеристика
на
частоте
аналогового
тракта
1
кГц
АПАР,
измеренная с помощью сигнала «белый шум» - (1) и синусоидальных
сигналов - (2).
Рис. 2.8.
Нормированные амплитудно-частотные характеристики аналоговых
трактов
16 АПАР и 3 мини-АПАР, используемых в экспедиции 2006
года: (а.) – АЧХ АПАР в диапазоне частот 1 – 20000 Гц; (b.) –
участок
АЧХ в диапазоне частот 1 – 500 Гц.
Рис. 2.9.
Блок-схема АПАР-Р модификации 2006 г.
Рис. 2.10.
Спектры тест-сигналов АПАР-Р, прошедшие радиотелеметрические
тракты с радиоприемником ICOM IC-R10 – (а.) и с радиоприемником
ICOM IC-R20 – (b.).
Рис. 2.11.
Амплитудно-частотные
характеристики
радио-трактов
АРБ,
нормированные на коэффициент усиления на частоте 1 кГц.
Рис. 2.12.
Амплитудно-частотные
характеристики
радио-трактов
АПАР-Р,
нормированные на коэффициент усиления на частоте 1 кГц.
Рис. 2.13.
Результаты измерения динамического диапазона АРБ-2.
Рис. 2.14.
Амплитудно-частотные
характеристики
радио-трактов
ЦРБ,
нормированные на коэффициент усиления на частоте 1 кГц.
Рис. 2.15.
Результаты измерения динамического диапазона сквозного
тракта
ЦРБ-1.
Рис. 2.16.
Низкочастотный резонансный излучатель Электромагнитного типа.
Рис. 2.17.
Пьезокерамический высокочастотный широкополосный излучатель.
Рис. 2.18.
Низкочастотный резонансный излучатель сейсмических колебаний:
стальная плита с закрепленными на ней стойками и рессорой с верхним
Стр. vi
сердечником электромагнита - (a.); нижний сердечник электромагнита с
катушкой индуктивности - (b.); собранный излучатель, установленный
на берегу - (c.); (d.) – электронные устройства, обеспечивающие работу
излучателя: мостовой тиристорный инвертор (1); блок конденсаторов
(2); задающий генератор типа Г3-118 (3).
Рис.2.19.
Применяемые датчики для регистрации низкочастотных колебаний на
суше - (а.): сейсмоприемник типа А0515 (1), гидрофон типа Г-33 (2).
Полевой автономный регистрационный комплекс – (b.): сейсмоприемник
(1), гидрофон (2), цифровой магнитофон TASCAM DA-P1 (3).
Рис. 2.20.
Полевой регистрационный комплекс.
Рис. 2.21.
Гидрологический зонд.
Рис. 3.1.
Карта района с указанием точек, в которых устанавливались АПАР-Р и
АРБ для мониторинга акустических шумов в реальном времени.
Рис. 3.2.
График проведения акустического мониторинга в 2006 г.
Рис. 3.3.
Спектры тестового сигнала – (а.) и акустических шумов - (b.)
построенные по данным, полученным на Пильтунском маяке по
радиотелеметрическому каналу станции АПАР-Р, установленной в
точке мониторинга – Molikpaq (см. Рис. 3.1).
Рис. 3.4.
Пример иллюстрирующий эффект превышения значения получасовой
оценки дисперсии акустических шумов, полученной в результате
анализа акустических данных записанных на жестком диске АПАР-Р и
переданных по его радиоканалу. Данный эффект обусловлен тем, что
во время прохождения судна АПАР-Р на 22 минуты (18:08 – 18:30)
«ушел» на перезапись данных с флеш-диска на жесткий диск, а данные
по
его
радиоканалу
продолжали
непрерывно
передаваться
на
Пильтунский маяк.
Рис. 3.5(а). Результаты анализа акустических измерений, проведенных в точке
Odoptu-PA-B.
Рис. 3.5(б). Результаты анализа акустических измерений, проведенных в точке
Odoptu-PA-B.
Рис. 3.6(а). Результаты анализа акустических измерений, проведенных в точке PAB-20.
Рис. 3.6(б). Результаты анализа акустических измерений, проведенных в точке PAB-20.
Стр. vii
Рис. 3.7(а). Результаты анализа акустических измерений, проведенных в точке
Piltun.
Рис. 3.7(б). Результаты анализа акустических измерений, проведенных
в точке
Piltun.
Рис. 3.8(а). Результаты анализа акустических измерений, проведенных
в точке
Molikpaq.
Рис. 3. 8(б). Результаты анализа акустических измерений, проведенных в точке
Molikpaq.
Рис. 3.9(а). Результаты анализа акустических измерений, проведенных
в точке
Piltun-S.
Рис. 3.9(б).Результаты анализа акустических измерений, проведенных
в точке
Piltun-S.
Рис. 3.10.
Результаты анализа акустических измерений, проведенных
в точке
А11.
Рис. 3.11.
Результаты анализа акустических измерений, проведенных
в точке
Orlan.
Рис. 3.12.
График значений дисперсий в полосе 20 Гц - 15 кГц в пяти точках
мониторинга реального времени в июне-июле.
Рис. 3.13.
График значений дисперсий в полосе 20 Гц - 15 кГц в пяти точках
мониторинга реального времени в августе.
Рис. 3.14.
График значений дисперсий в полосе 20 Гц - 15 кГц в пяти точках
мониторинга реального времени в сентябре-октябре.
Рис. 4.1.
Сонограммы спектров и графики вариаций значений дисперсии
акустических шумов синхронно измеренных в точках Control, PA-B-20 и
Lunskoye во время прохождения тайфуна (18 – 21 сентября).
Рис. 4.2.
Оценки
спектров
акустических
шумов,
измеренных
во
время
прохождения тайфуна.
Рис. 4.3.
Спектры акустических шумов измеренных в точке А5 до начала и во
время прохождения в 2004 г. по шельфу о. Сахалин мощного тайфуна.
Рис. 5.1.
Спектры
антропогенных
акустических
шумов,
генерируемых
производственной деятельностью на платформе «Лун-А». Измерения
произведены синхронно с помощью четырех АПАР, установленных на
расстоянии - r от платформы.
Рис. 5.2.
Карта района с указанием акустических профилей – TLP, на которых в
2006 г. были проведены исследования TL( f ) .
Стр. viii
Рис. 5.3.
Иллюстрация метода обработки низкочастотного режима Излучения.
Рис. 5.4.
Иллюстрация метода обработки частотно-модулированного режима
излучения.
Рис. 5.5.
Пример построения оценки TL(f) с помощь усреднения в третьоктавных
полосах.
Рис. 5.6.
Схема постановки измерительных средств во время проведения
исследований ближнего поля, формируемого излучателями.
Рис. 5.7.
Приемно-излучающее оборудование, используемое при исследованиях
акустического ближнего поля.
Рис. 5.8.
Карта района с указанием точек постановки трех мини-АПАР, точек в
которых были произведены гидрологические зондирования (Z1, Z2, Z3)
и траекторий, по которым дрейфовали НИС Профессор Богоров и
Зодиак.
Рис. 5.9.
Сонограмма спектров и графики значений дисперсии акустических
сигналов измеренных в заданных частотных диапазонах во время
дрейфа судна Профессор Богоров по траектории, показанной на Рис.
5.6 с работающим излучающим комплексом (см. Рис. 5.7).
Рис. 5.10.
Три графика зависимости потерь – TL(r ) для тонального сигнала – CW28Hz
построенные
по
результатам
синхронных
измерений,
проведенных тремя мини-АПАР во время дрейфа судна Профессор
Богоров – (а.). Усредненный график - TL(r , CW − 28Hz ) - (b.).
Рис. 5.11.
Графики зависимости потерь – TL(r ) для тонального сигнала – CW28Hz построенные по результатам измерений, проведенных с помощью
трех
мини-АПАР,
установленных
на
дне,
АРБ
с
гидрофоном,
опущенным на глубину 9 м с борта дрейфующего Зодиака и судового
гидрофона опускаемого на глубину 10.5 м с борта НИС Профессор
Богоров на заданных дистанциях от излучателя.
Рис. 5.12.
Три графика зависимости потерь – TL(r, FM-3.15kHz, df=1/3oktave),
полученной с помощью широкополосного частоно-модулированного
акустического сигнала путем усреднения значений потерь в 1/3
актавной полосе с центральной частотой равной 3.15 кГц – (а.).
Усредненный график – TL(r, FM-3.15kHz, df=1/3oktave) – (b.).
Рис. 5.13.
Графики
зависимости
потерь
–
TL(r,
FM-3.15kHz,
df=1/3oktave),
построенные по результатам измерений, проведенных с помощью трех
мини-АПАР, установленных на дне, АРБ с гидрофоном, опущенным на
Стр. ix
глубину 9 м с борта дрейфующего Зодиака и судового гидрофона
опускаемого на глубину 10.5 м с борта НИС Профессор Богоров на
заданных дистанциях от излучателя.
Рис. 5.14.
Результаты гидрологических измерений, проведенных после окончания
акустического эксперимента.
Рис. 5.15.
Карта района с указанием точек постановки трех мини-АПАР и
траекторий двух дрейфов НИС Профессор Богоров и Зодиака – (а.).
Экспериментальные
и
теоретические
вертикальные
профили
акустического поля на разном удалении от излучателя – (b.).
Рис. 5.16.
Графики зависимости потерь – TL(r )
для тонального сигнала – CW-
28Hz построенные по результатам измерений, проведенных тремя
мини-АПАР во время двух дрейфов судна Профессор Богоров по
траекториям, показанным на рис. 5.14а – (а.). Теоретические (линии) и
экспериментальные (точки) значения функции потерь построенные по
результатам измерений проведенных в данном эксперименте и при
исследованиях TL на акустических профилях TLP-8, TLP-9, TLP-13,
проведенных в 2005 г. – (b.).
Рис. 5.17.
Результаты гидрологических измерений, проведенных на профиле TLP21 во время акустических измерений – 12.08.2006 и 18.08.2006.
Рис. 5.18.
Экспериментальные
значения
TL(f)
для
шести
точек
излучения
расположенных на TLP-21.
Рис. 5.19.
Графики значений TL(f), полученных в результате усреднения в
третьоктавных полосах частот акустических данных представленных на
Рис. 5.18.
Рис. 5.20.
Графики
значений
TL,
рассчитанных
в
четырех
характерных
третьоктавных полосах частот, в зависимости от расстояния между
излучателем и точкой приема на профиле TLP-21.
Рис. 5.21.
Результаты гидрологических измерений, проведенных на профиле TLP14 во время акустических измерений – 31.09.2006.
Рис. 5.22.
Результаты гидрологических измерений, проведенных на профиле TLP14 во время акустических измерений –14.09.2006.
Рис. 5.23.
Результаты гидрологических измерений, проведенных на профиле TLP14 во время акустических измерений – 18.09.2006.
Рис. 5.24.
Экспериментальные значения TL(f), измеренные в точках приема
Odoptu-S-10 и Odoptu-S-20, расположенных на профиле TLP-14.
Стр. x
Рис. 5.25.
Графики значений TL(f), полученных в результате усреднения в
третьоктавных полосах частот акустических данных представленных
На Рис. 5.24.
Рис. 5.26.
Графики
значений
TL,
рассчитанных
в
четырех
характерных
третьоктавных полосах частот, в зависимости от расстояния между
излучателем и точкой приема Odoptu-S-10 – (a.) и Odoptu-S-20 – (b.).
Рис. 5.27.
Результаты гидрологических измерений, проведенных 8.09.2006 на
профиле TLP-15 во время акустических измерений.
Рис. 5.28.
Экспериментальные значения TL(f), измеренные 8.09.2006 в точках
приема Odoptu-N-10 (а.) и Odoptu-N-20 (b.), для семи и четырех точек
излучения, соответственно, расположенных на профиле TLP-15.
Рис. 5.29.
Графики значений TL(f), полученных в результате усреднения в
третьоктавных полосах частот акустических данных представленных на
Рис. 5.28.
Рис. 5.30.
Графики значений TL на профиле TLP-15, рассчитанных в четырех
характерных
третьоктавных
полосах
частот,
в
зависимости
от
расстояния между излучателем и точкой приема Odoptu-N-10 – (a.) и
Odoptu-N-20 – (b.).
Рис. 5.31.
Результаты гидрологических измерений, проведенных 05.08.2006 на
профиле TLP-13 во время акустических измерений.
Рис. 5.32.
Экспериментальные
значения
TL(f),
измеренные
5.08.2006
на
акустическом профиле TLP-13 в точках приема PA-B -10 - (а.) и PA-B-20
- (b.).
Рис. 5.33.
Графики значений TL(f), полученных в результате усреднения в
третьоктавных полосах частот акустических данных представленных на
Рис. 5.29.
Рис. 5.34.
Графики значений TL на профиле TLP-13, рассчитанных в четырех
характерных
третьоктавных
полосах
частот,
в
зависимости
от
расстояния.
Рис. 6.1.
Низкочастотный резонансный излучатель сейсмических волн – SLFT,
установленный на берегу в бухте Витязь (Японское море) – (а.).
Цифровой радиогидроакустический буй – D.1, установленный в море во
время натурных испытаний SLFT – (b.).
Рис. 6.2.
Карта района - (а.) и результаты синхронных акустических измерений –
(b.).
Стр. xi
Рис. 6.3.
Зависимость
уровня,
формируемого
излучателем
акустического
сигнала от дистанции – r и акустических параметров трассы – (а.), а
также при удалении – h от поверхности моря (h = 0) к дну (h = 2 м) – (b.).
Рис. 6.4.
Карта района с указанием «точек» приема и излучения акустических и
сейсмических волн на профиле TLP-18 – (а.). Рельеф дна и
распределение температуры и скорости звука на морской части сейсмоакустического профиля TLP-18 – (b.).
Рис. 6.5.
SLFT, установленный на сейсмо-акустическом профиле TLP-18 в точке
р.0 (см. Рис. 6.4а).
Рис. 6.6.
Точка – «r = 1m» и спектр сигнала, измеренного в ней с помощью
гидрофона, во время работы SLFT с максимальной мощностью.
Рис. 6.7.
Интенсивности
акустических
сигналов
измеренных
с
помощью
гидрофона перемещаемого с шагом 1 м от работающего излучателя в
сторону моря.
Рис. 6.8.
Интенсивности
акустических
сигналов
измеренных
с
помощью
гидрофона на сейсмо-акустическом профиле TLP-17 (Odoptu-S).
Рис. 6.9.
Береговая часть сейсмоакустического профиля TLP-18.
Рис. 6.10.
Автономный
измерительно-регистрационный
комплекс
и
спектры
акустических сигналов измеренных в точке р.0-5 во время работы SLFT.
Рис. 6.11.
Спектры сигналов измеренных в точках р.0-4 и р.0-3.
Рис. 6.12.
Карта
района
с
указанием
«точек»,
в
которых
излучались
и
принимались акустические сигналы.
Рис. 6.13.
Спектры акустических сигналов измеренных в точке А9, во время
работы SLFT на профиле TLP-18 – график черного цвета и после его
выключения – график красного цвета.
Рис. 6.14.
Карта района с указанием «точек» приема и излучения акустических и
сейсмических волн на профиле TLP-17 – (а.). Рельеф дна и
распределение температуры и скорости звука на морской части сейсмоакустического профиля TLP-17 – (b.).
Рис. 6.15.
SLFT, установленный на сейсмо-акустическом профиле TLP-17 в точке
р.0 (см. Рис. 6.14).
Рис. 6.16.
Планируемое
место
постановки
буровой
платформы
и
спектры
сигналов записанных в этой «точке» во время работы SLFT в точке р.0
(r = 190 м).
Стр. xii
Рис. 6.17.
Сейсмоакустический
профиль
TLP-18
–
(a.).
Профиль
дна
и
пространственное распределение скорости звука – C(z,r), построенное
по результатам гидрологических зондирований, проведенных 8.09.2006
г. – (b.).
Рис. 6.18.
Результаты численного моделирования в неоднородном волноводе –
(а.)
акустического
поля,
формируемого
точечным
источником,
расположенным на берегу в точке p.0. Значения потерь -
TL
измеренных в пяти точках приема R.1,…R.5 и теоретические графики -
TL(r , z = const ) - (b.). Акустическое поле, формируемое береговым
излучателем в данном модельном волноводе, рассчитанное с помощью
широкоугольного параболического уравнения – (с.).
Рис. 6.19.
Результаты численного моделирования в неоднородном волноводе –
(а.)
акустического
поля,
формируемого
точечным
источником,
расположенным в водном слое на глубине 10 м в «точке» p.5. Значения
потерь - TL измеренных в четырех точках приема: R.2, R.1, R.0, R.0-1 и
теоретические графики - TL(r , z = const ) - (b.). Акустическое поле,
формируемое
излучателем
в
данном
модельном
волноводе,
рассчитанное с помощью широкоугольного параболического уравнения
– (с.).
Рис. 6.20.
Результаты численного моделирования в неоднородном волноводе –
(а.)
акустического
поля,
формируемого
точечным
источником,
расположенным в грунте в точке p.0. Значения потерь - TL измеренных
в четырех точках приема: R.0-2, R.0-3, R.0-4, R.0-5 и теоретический
график
-
TL(r , z = 1м)
сейсмическим
-
(b.).
излучателем
Акустическое
в
данном
поле,
формируемое
модельном
волноводе,
рассчитанное с помощью широкоугольного параболического уравнения
– (с.).
Рис. 7.1.
Карта с указанием точек мониторинга и станций наблюдения за
поведением серых китов, данных из которых будут использованы для
совместного многомерного статистического анализа.
Рис. 7.2.
Графики
спектральной
плотности
мощности
в
полосе
1
Гц
и
усредненной в 1/3-октавных полосах для точки РА-В-10 в 14:14 25-го
августа 2006 года.
Стр. xiii
Рис. 8.1.
Схема эксперимента – (а.). Сонограмма спектров и графики значений
дисперсий акустических шумов измеренных в точке А4 во время
движения НИС Профессор Богоров по указанному маршруту – (b.).
Рис. 8.2.
Спектры акустических шумов, измеренных в точке А4 (см. Рис. 8.1а) во
время движения судна Профессор Богоров по профилю TLP-6.
Рис. 8.3.
Парусно-моторная яхта Надежда.
Рис. 8.4.
Карта района с указанием точки акустического мониторинга – PA-B-20,
точек якорных стоянок и маршрута движения яхты Надежда – (а.).
Сонограммы спектров и графики значений дисперсии – (b.); спектры –
(с.)
акустических
шумов,
измеренных
в
точке
А4
во
время
маневрирований парусно-моторной яхты Надежда.
Рис. 9.1.
Район
исследований
и
точки,
в
которых
были
произведены
гидрологические зондирования в 2004-2005 (черным) и 2006 (красным)
годах.
Рис. 9.2.
Распределение T(r,z), S(r,z) и C(r,z) на разрезе от побережья
до
платформы Lun-A, 20 июня 2006 г.
Рис. 9.3.
Распределение температуры воды на поверхности моря - (a.) и у дна (b.). Точки гидрологических зондирований, проведенных в период с 2125 июня 2006 г, - (a.). Распределение температуры воды у дна
построенное по результатам гидрологических измерений проведенных
в августе 2005 г. - (c.).
Рис. 9.4.
Распределение солености воды на поверхности моря и у дна
построенное по результатам зондирований проведенных 21-25 июня
2006 г.
Рис. 9.5.
Распределение T(r,z), S(r,z), построенное по результатам зондирований
проведенных 1 июля 2006 г. во время акустических работ на TLP-6 у
залива Чайво.
Рис. 9.6.
Распределение температуры воды - (a.) и солености - (b.) на
поверхности моря и у дна - (с,d). На рисунке – (а.) показаны точки, в
которых 16-18 июля 2006 г были проведены данные гидрологические
измерения.
Рис. 9.7.
Распределение T(r,z), S(r,z), построенное по результатам зондирований
проведенных 30 июля 2006 г. в точках показанных на разрезе,
простирающемся от точки акустического мониторинга – Лунское до
устья залива Пильтун.
Стр. xiv
Рис. 9.8.
Распределение
T(r,z),
S(r,z)
и
положение
точек
зондирований
проведенных 31 июля 2006 г. на разрезе, простирающемся вдоль 20 м
изобаты от устья залива Пильтун до устья залива Одопту.
Рис. 9.9.
Карта распределения температуры и солености воды на поверхности
моря во время апвеллинга с 29 июля по 13 августа.
Рис. 9.10.
Поверхностная температура воды 6 августа во время апвеллинга и 8
августа после него, по спутниковым снимкам, сделанным в 2005 г.
Рис. 9.11.
Температура поверхности моря по спутниковым данным 19 и 20 августа
2005 года.
Рис. 9.12.
Распределение температуры и солености воды, на разрезе в районе
платформы Моликпак, 29 августа 2006 г.
Рис. 9.13.
Распределение температуры и солености воды, построенные по
результатам зондирований, проведенных в точках показанных на
данном рисунке в период 11-13 сентября 2006 г.
Рис. 9.14.
Распределение
температуры
и
солености
воды
на
разрезе,
выполненном 13 сентября 2006 г.
Рис. 9.15.
Распределение T(r,z), S(r,z), а также положение станций на разрезе от
Ныйского залива в море, 30 июня 2006 г.
Рис. 9.16.
Температура воды у дна в первой половине августа в 2004, 2005 и
2006 г.
Рис. 9.17.
Распределение T(r,z), S(r,z), а также положение станций на разрезе от
выхода из Пильтунского залива в море, 25 июня и 18 июля 2006 г.
Рис. 9.18.
Распределение T(r,z), S(r,z), на разрезах 6 августа от выхода из
Пильтунского залива в море - (a) и 23 августа 2006 г от Одопту - (b).
Рис. 9.19.
Распределение T(r,z), S(r,z), на разрезах 20 августа в заливе Северный
вдоль 20 м изобаты.
Рис. 9.20.
Распределение T(r,z) и растворенного кислорода на разрезе
12
сентября.
Рис. 12.1.
Два старых и новый ВЧ- излучатель пьезокерамического типа – 1.
Рис. 12.2.
«Моллюск-07»: H0,…, H7 – гидрофон, Т0,…, Т7 – термодатчик.
Рис. 12.3.
Блок-схема «Моллюска-07».
Стр. xv
Общая пояснительная записка
В 2006 году для проведения акустико-гидрофизических исследований в северовосточной части шельфа о. Сахалин использовались 19 автономных подводных
акустических регистраторов (АПАР), два цифровых радиобуя (ЦРБ) и четыре
аналоговых радиобуя (АРБ), низко- и высокочастотные акустические излучатели,
а
также
низкочастотный
сейсмоакустический
излучатель.
Главной
целью
исследований являлся сбор акустических и гидрологических натурных данных,
позволяющих оценить влияние подводных шумов и их вариаций на зоны
кормления Охотско-Корейской популяции серых китов (Eschrichtius robustus) 1.
В ходе морской экспедиции 2006 года проводились измерения фоновых и
антропогенных
параметров
шумов,
изучаемой
распространения
и
регистрация
акватории,
затухания
батиметрических
а
звука
также
и
гидрологических
исследования
вдоль
акустических
особенностей
профилей,
простирающихся от мест планируемых индустриальных сооружений до границ
Пильтунского и Морского районов кормления серых китов. Впервые был проведен
эксперимент по измерению затухания низкочастотных сейсмоакустических волн,
генерируемых в районе планируемых буровых площадок в лицензионной зоне
Одопту. Собранные в ходе экспериментов по изучению затухания данные
позволят произвести калибровку численных моделей, что даст возможность
предсказывать уровни шумов производимых известными источниками с заданным
расположением в пределах изучаемого района. Результаты моделирования в
дальнейшем планируется использовать для планирования и оперативного
руководства строительными и буровыми операциями, а также для разработки
эффективных
мер
снижения
их
шумности.
Исследования
особенностей
распространения и затухания звука показали, что значительное влияние на них
оказывает распределение поля скорости звука и особенности батиметрического
профиля морского дна. Поле скорости звука варьирует в значительных пределах в
летне-осенний период и, дополнительно, подвержено влиянию ветровых явлений.
Однако, для длинных мелких профилей расположенных параллельно побережью
переотражения от
дна и поверхности моря оказывают большее влияние на
распространение звука, чем распределение поля скорости звука.
1
Охотско-Корейская популяция занесена в Красную книгу РФ как исчезающая, и считается
критически угрожаемой по классификации Международного союза охраны природы.
Стр. xvi
Собранные в 2006 году данные об уровнях фоновых шумов показали хорошую
корреляцию с опубликованными в научной литературе зависимостями между
уровнями фоновых шумов и погодными условиями. В ходе батиметрической и
гидрологической части исследования были проведены непрерывные измерения
глубины вдоль 12147 км профиля морского дна, также были выполнены 372
вертикальных гидрологических зондирования. Эти данные были использованы
для
изучения
параметров
пространственных
изучаемой
акватории
и
временных
под
вариаций
влиянием
гидрофизических
ветровых,
приливных
и
штормовых явлений. Дополнительно, совместно с группой изучения бентоса
были проведены исследования возможной корреляции между распределением и
развитием бентоса и гидрологическими параметрами района.
Стр. xvii
1. Введение
Мелководная (6-15 м) область шельфа о-ва Сахалин, начинающаяся к югу от
входа в Пильтунский залив и продолжающаяся в северном направлении вдоль
побережья о-ва Сахалина, является наиболее важным районом летне-осеннего
нагула охотско-корейской (западной) популяции серых китов. Необходимо
отметить, что в этом - Пильтунском районе в пределах 10 м изобаты наблюдаются
пары
мать-детеныш.
Акустические
исследования
в
Пильтунском
районе
проводятся с 1999 г., т.е. практически с самого начала работ связанных с
освоением запасов нефти и газа в этом районе. В 2001 году был обнаружен
другой Морской район нагула серых китов расположенный в более глубоководной
(30-50 м) акватории, примерно в 20 км к юго-востоку от входа в залив Чайво.
Программа акустических исследований, проведенных на северо-восточном
шельфе о-ва Сахалин в 2006 году, состояла из двух отдельных программ, которые
выполнялись одновременно в течение большей части полевого сезона. Этими
программами были:
ƒ
ƒ
Программа акустического мониторинга, предназначенная для мониторинга
шумов, генерируемых во время проведения производственных операций,
связанных со строительством подводного трубопровода от платформы «ПА-Б»
и «Моликпак» к береговому комплексу и проведением инженерных работ на
платформах «Моликпак» и «Орлан». Эти исследования проводились на
акватории между платформами «ПА-Б», «Моликпак», «Орлан» и прибрежным
(Пильтунским) районом кормления серых китов, а также на северо-восточной
границе Морском районе нагула.
Расширенная программа акустического мониторинга, начатая в 2003 году. Эта
программа нацелена на изучение временных и пространственных изменений
амплитудных и частотных характеристик естественных и антропогенных шумов
на границах Пильтунского и Морского районов нагула серых китов. В
дополнение к программе мониторинга фоновых шумов, компании ЭНЛ и СЭИК
проводят детальные исследования особенностей и потерь (TL) при
распространении звука от существующих и планируемых сооружений
расположенных, как в море, так и на берегу до границ районов нагула серых
китов.
Кроме
этого,
собираются
подробные
батиметрические
и
гидрологические данные в пределах изучаемой акватории. Эти данные
используются
при
изучении
пространственно-временных
вариаций
гидрологических полей, вызываемых изменениями погодных условий
(например, при прохождении тайфунов). В 2005 году были начаты, а в 2006 г.
продолжены два совместных исследования с участием группы по изучению
поведения серых китов и группы по изучению бентоса. Первое исследование
заключалось в измерении значений дисперсий акустических шумов в
диапазоне частот 20-15000 Гц и оценке значений их спектральных плотностей
в одноактавных полосах. Расчеты проводились по 1-минутным реализациям,
измеренным с помощью АПАР установленных вблизи станций мониторинга
поведения серых китов. Второе направление совместных с биологами
Стр. 1
исследований связано с изучением зависимости между распределением
бентоса и батиметрическими и гидрологическими характеристиками в
изучаемой акватории [Фадеев, 2006].
В данном отчете представлены основные результаты выполнения программы
акустических исследований проведенных в 2006 году. Сформулированы задачи
программы 2006 года, стратегия и методология проведения исследований
(включая регистрацию акустических данных в реальном масштабе времени), дано
описание нового и модернизаций старого [Борисов и др., 2006] оборудования,
использованного в полевом сезоне 2006 года, приведены результаты его
испытаний и калибровок, а также приведена методология обработки и анализа
данных. В этот отчет включены два диска DVD, содержащие сонограммы по 24часовым сегментам для всех акустических данных, собранных в 2006 году, а
также батиметрические и гидрологические данные, полученные в течение
полевых сезонов 2004, 2005 и 2006 годов. В основном отчет посвящен анализу
данных и включает выводы и рекомендации для проведения будущих работ.
Анализ данных включает следующие разделы:
Акустический мониторинг
1. Анализ данных акустического мониторинга, измеренных на семи станциях во
время проведения строительных работ в 2006 году с целью определения
связей между уровнями акустических шумов и проведением определенных
производственных операций.
Программа изучения западной популяции серых китов – акустические
исследования
2. Количественный спектральный анализ изменения уровня фоновых шумов в
зависимости от погодных условий (включая циклоны).
3. Результаты детальных экспериментов по изучению особенностей и потерь при
распространении звука, с частотами от 15 Гц до 15 кГц, вдоль трасс
простирающихся от «точек» настоящих и будущих основных индустриальных
объектов до ближайших границ районов нагула серых китов.
4. Спектрально-временной анализ акустических данных, зарегистрированных на
различных участках Сахалинского шельфа 2.
5. Результаты экспериментов по измерению шумов, генерируемых научноисследовательским судном (НИС) «Профессор Богоров».
2
Использование автономных подводных акустических регистраторов (АПАР) в ходе экспедиции
2006 г. позволило получить высокую точность измерения шумов в точках акустического
мониторинга. Однако, поскольку исследовательские суда («Профессор Богоров» и «Академик
Опарин») часто находились на большом расстоянии от точек постановки АПАР, идентификация и
местоположение источников антропогенных шумов, в общем случае, остаются неизвестными.
Стр. 2
6. Временной анализ значений дисперсий и спектральных плотностей, в
третьоктавных полосах, акустических шумов, в Пильтунской зоне кормления
серых китов и на ее границе.
7. Анализ гидрологических данных (скорость звука, температура и соленость
воды), полученных в 2004 - 2006 годах.
8. Экспериментальное изучение зависимости между распределением бентоса и
гидрологическими
и
батиметрическими
характеристиками
изучаемой
акватории. Этот анализ включает гидрологические данные, полученные на
НИС Академик Опарин в 123 точках отбора проб бентоса 3 [Фадеев, 2006]
Акустические измерения проводились с помощью 16 цифровых автономных
подводных акустических регистраторов (АПАР, см. Рис. 1.1), из которых 5 были
дополнительно оснащены радиотелеметрическими каналами (АПАР-Р, см. Рис.
1.2) 4, и трех цифровых автономных подводных акустических регистраторов с
автономностью 72 часа, предназначенных для оперативных измерений (миниАПАР, см. Рис. 1.3), например при исследованиях потерь на акустических трассах
и
измерениях
уровней
шумов
научно-исследовательских
судов.
Данные
измерительные средства, разработаны в ТОИ ДВО РАН 5. Все типы АПАР
обеспечивают точную регистрацию вариаций акустического давления в диапазоне
частот 1-15000 Гц, который включает и инфразвуковой диапазон 6. Кроме того, в
полевом сезоне 2006 года для измерения акустических сигналов в реальном
времени
применялись,
радиогидроакустические
также
буи
разработанные
с
цифровым
в
(2)
ТОИ
и
ДВО
РАН,
аналоговым
(4)
радиотелеметрическими каналами. Аналоговые радиогидроакустические буи (см.
Рис. 1.4) использовались для измерений в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц, а
цифровые радиогидроакустические буи – для измерений в диапазоне частот от
1 Гц до 2,6 кГц. При совместном использовании, пары из аналогового и цифрового
радиогидроакустических буев реализуются акустические измерения в диапазоне
частот от 1 Гц до 10 кГц 7. Подробное описание этого оборудования приведено в
отчете [Борисов и др. 2006][2].
3
Данное исследование было проведено совместно с группой изучения бентоса под руководством
к.б.н Фадеевым В.И. (Институт биологии моря ДВО РАН).
4
АПАР-Р дополнительно обеспечивает, в соответствие с заданной программой или непрерывно,
передачу акустических данных в частотном диапазоне 10-5000 Гц по радиотелеметрическому
каналу.
5
ТОИ ДВО РАН – Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного
отделения Российской Академии Наук.
6
Инфразвуковой диапазон – диапазон звуковых частот ниже 20 Гц.
7
Для повышения стабильность приема в 2006 году использовался диапазон 10 Гц – 5 кГц.
Стр. 3
Рис. 1.1.
Автономный подводный регистратор - АПАР.
Стр. 4
Рис. 1.2 – АПАР-Р подготовленный к постановке в море (обратите внимание
на буй с радиопередатчиком, который соединен кабелем с контейнером
АПАР).
Стр. 5
Рис. 1.3 – Автономный подводный акустический регистратор для
оперативных измерений – мини-АПАР.
Стр. 6
Рис. 1.4 – Радиогидроакустический буй с цифровым радиотелеметрическим
каналом (ЦРБ). Контейнеры унифицированы для ЦРБ и АРБ.
Стр. 7
Радиотелеметрические сигналы от АПАР-Р, аналоговых и цифровых буев
принимались
на
приемно-регистрационных
постах
организованных
на
Пильтунском маяке (см. Рис.1.5), береговом лагере «Одопту-06» и судне
«Профессор Богоров». Дальность действия цифрового радиотелеметрического
канала была более 4 км при приеме на штыревую антенну, установленную на
судне «Профессор Богоров», и более 7 км – при приеме на Пильтунском маяке.
Дальность приема аналогового радиотелеметрического сигнала зависела от типа
применяемого
радиоприемника
и
диапазона
акустических
измерений.
Широкополосные сигналы (10-10 000 Гц) можно было передавать на расстояние
до 12 км; в случае приема на Пильтунском маяке, а узкополосные сигналы (105000 Гц) можно было передавать на расстояние свыше 20 км.
Рис. 1.5 – Узконаправленные и штыревые антенны, установленные на
Пильтунском маяке (верхний), радиоприемный пост на верхней площадке
маяка (нижний).
Стр. 8
В течение полевого сезона 2006 г. (15 июня – 5 октября) постановки АПАР и
радиогидроакустических буев производилась с борта НИС Профессор Богоров,
показанного на Рис. 1.6. Синхронные акустические измерения проводились в
точках, расположенных на акватории простирающейся от северной части
лицензионного участка Одопту до южной границы Морского района нагула (Рис.
1.7), т.е. на площади, простирающейся на 180 км вдоль северо-восточного
шельфа о. Сахалин.
Рис. 1.6.
Научно исследовательское судно Профессор Богоров.
Предыдущие работы показали, что результаты акустического моделирования
являются чрезвычайно чувствительными к батиметрическим и акустическим
характеристикам морского дна, а также пространственному распределению
параметров гидрологических полей вдоль рассматриваемого в исследованиях
профиля.
Поэтому
были
проведены
комплексные
батиметрические
и
гидрологические измерения с использованием установленного на судне эхолота и
гидрологического зонда. Общая длина батиметрического профиля, измеренного в
2006 году, составляет 12147 км. За время экспедиции с борта НИС Профессор
Богоров было выполнено всего 372 гидрологических зондирования (включающих
Стр. 9
скорость звука, температуру и соленость) 8. Кроме того, гидрологические
измерения (температура, соленость, кислород) проводились и с борта НИС
Академик Опарин. Было произведено 146 зондирований из них 123 в точках
отбора бентоса и 23 в соответствие с планом совместных с НИС Профессор
Богоров гидрологических исследований. На Рис. 1.8 приведены две карты с
указанием
маршрутов,
на
которых
в
2004-2006
г.
были
проведены
батиметрические измерения - (а.) и точек, в которых были выполнены
гидрологические зондирования – (b.).
8
Из 372 зондирований в 2006 году 64 были проведены в июне, 111 в июле, 128 в августе и 69 в сентябре.
Стр. 10
Рис. 1.7 – Карта северо-восточного шельфа острова Сахалин с указанием
местоположения платформ «ПA-Б», «Моликпак» и «Орлан», а также точек, в
которых устанавливались АПАР.
Стр. 11
Рис. 1.8 - Карта северо-восточного шельфа о. Сахалин с указанием
маршрутов, на которых в 2004-2006 гг. были проведены батиметрические
измерения – (а.) и точек, в которых в 2004-2006 гг. были проведены
гидрологические зондирования - (b.).
Стр. 12
1.1. Цели программы акустических исследований
Программа акустических исследований, проведенных в 2006 г. на северовосточном шельфе острова Сахалин, преследовала решение семи основных
задач.
1. Первая задача – мониторинг звуков, источником которых были работы,
связанные с сооружением трубопроводов и выполнением технических работ на
платформах «ПА-Б», «Моликпак» и «Орлан». Мониторинг в реальном времени
выполнялся
для
того,
чтобы
обеспечить
возможность
проведения
строительных работ при минимальном воздействии на западную популяцию
серых китов.
2. Вторая задача заключалась в изучении с помощью автономных акустических
станций, установленных по всей площади разробатываемых месторождений,
временных
и
пространственных
вариаций
амплитудных
и
частотных
характеристик акустического фона и акустических сигналов антропогенного
происхождения. В основаном, акустические станции были расположены на
ближайшем от предполагаемого индустриального объекта наружном крае
района нагула серых китов. Цель этой ежегодной программы акустического
мониторинга заключается в оценке увеличений суммарного акустического
уровня шумов в районах нагула серых китов вследствие разработки нефтяных
месторождений и деятельности людей связанной с добычей нефти.
3. Третья – изучение потерь – TL при распространении звука вдоль акустических
трасс
простирающихся
от
мест
расположения
настоящих
и
будущих
индустриальных объектов и трубопроводов до ближайших границ районов
нагула серых китов. Результаты этих исследований позволят спрогнозировать
потенциальные характеристики акустического воздействия, которое может
ожидаться в случае установки в предлагаемом месте объекта с известным
спектром, генерируемых им акустических шумов.
4. Четвертая задача заключалась в накоплении батиметрических данных,
получаемых при движении судна, и проведении гидрологических зондирований
в исследуемой акватории с целью оценки пространственных и временных
вариаций
гидрологических
метеорологических
явлений
параметров,
(например,
вызываемых
тайфунов).
Эти
воздействием
данные
будут
объединены с результатами гидрологических зондирований и батиметрических
измерений, проведенными в 2004 и 2005 г.
Стр. 13
5. Пятая задача заключалась в измерении уровней акустических шумов,
генерируемых научно-исследовательским судном Профессор Богоров (при
различных сценариях его эксплуатационной деятельности).
6. Шестая задача заключалась в оценке по 1 минутным реализациям значений
дисперсии в диапазоне 20-15000 Гц и спектральной плотности в третьоктавных
полосах акустических шумовой измеренных в точках, расположенных в
Пильтунской зоне кормления и на ее границе.
7. И, наконец, последняя задача заключалась в сборе гидрологических данных с
целью изучения связи между распределением и развитием бентоса и
гидрологическими и батиметрическими характеристиками данного района
[Фадеев, 2006].
1.2. Стратегия и методология исследований
Район
мелководья
(5
-
15
м)
северо-восточного
шельфа
о.
Сахалин,
простирающийся от пункта южнее устья залива Пильтун на север вдоль берега
Сахалина, является одним из наиболее важных районов летнего нагула западной
популяции серого кита. По этой причине в этом районе начиная с 1999 г.
проводятся акустические исследования.
В 2006 г., так же как и в предыдущие три года, основной комплекс работ в рамках
программы акустических исследований осуществлялся под руководством д.ф.-м.н.
Александра Рутенко, но с борта судна Профессор Богоров. Это судно было
впервые привлечено к исследованиям по данной Программе. Планом экспедиции
2006
предусматривалось
исследований
с
борта
проведение
НИС
акустических
«Профессор
и
Богоров»,
гидрофизических
а
работ
по
фотоидентификации, взятию проб бентоса и судовых учетов с борта НИС
«Академик Опарин» под руководством начальника экспедиции к.б.н. Юрия
Яковлева. Однако, из-за ряда технических поломок НИС «Академик Опарин» не
был готов к выходу в заранее оговоренные сроки, что привело к переносу части
биологической программы (фотоидентификации и судовых учетов) на НИС
«Профессор Богоров» в период с 15 июня по 21 августа. Это снизило
эффективность выполнения плана акустико-гидрофизических исследований 9.
9
Комплексная морская экспедиция 2006 г проводилась с двух научно-исследовательских судов
для повышения эффективности и гибкости выполнения плана комплексных исследований в связи с
увеличением числа судовых учетов и необходимости поддержки программы акустического
Стр. 14
Для того чтобы воспользоваться большей гибкостью программ, выполняемых на
судах, и обеспечить проведение синхронных акустических измерений на
значительно расширенном пространстве в 2006 г. было задействовано 16 АПАР,
разработанных в ТОИ ДВО РАН. 14 АПАР могли быть установлены на глубине до
50 м (два – до 100 м) и осуществлять непрерывную запись акустических сигналов
в диапазоне частот от 1 до 15000 Гц в течение более чем 16 дней. Три мини-АПАР
имели аналогичные измерительно-регистрационные тракты, но могли работать
только на протяжении 3 дней. Подробное описание этого оборудования приведено
в отчете [Борисов и др., 2006]. Во время полевого сезона 2006 г. один АПАР был
утрачен.
Одним из важных эксплуатационных преимуществ судна Профессор Богоров
является возможность его работать при глубине моря 10 м. Постановка АПАР
осуществлялась с кормы судна при его движении на малом ходу (Рис. 1.9).
Извлечение АПАР выполнялось вручную с использованием Зодиака, спускаемого
с борта судна Профессор Богоров. После подъема руками АПАР к поверхности
моря Зодиак его буксировал к борту судна (Рис. 1.10) и затем с помощью судового
крана он поднимался на его борт (Рис. 1.11).
мониторинга реального времени. НИС «Профессор Богоров» использовался с 15 июня по 23
сентября, НИС «Академик Опарин» с 14 августа по 7 октября.
Стр. 15
Рис. 1.9.
Постановка АПАР в море с борт судна Профессор Богоров.
Стр. 16
Рис. 1.10.
Зодиак буксирует АПАР к борту судна Профессор Богоров.
Стр. 17
Рис. 1.11 - Подъем АПАР на борт судна Профессор Богоров.
Стр. 18
1.3 Ареал обитания западной популяции серых китов 10
Одна из ключевых задач акустических исследований в рамках исследовательской
программы по изучению западной популяции серых китов состояла в измерении и
определении характеристик фонового шума на северо-восточном шельфе о.
Сахалин. Выполнение этой текущей программы было начато в 2003 и
продолжалось в 2006 г.
Эти данные, совместно с измерениями параметров
шумов существующих и будущих производственных объектов, позволят более
эффективно
оценить
кумулятивное
воздействие
работ
по
разработке
месторождений и добыче нефти на акустический фон в районе, а также на
популяцию серых китов.
При стратегическом планировании расположения станций наблюдения в 2003 2006 гг. и для будущих программ критически важно оценить ареал обитания серых
китов на северо-восточном шельфе о. Сахалин.
В 2003 г. такая оценка была
произведена и места расположения станций наблюдения были выбраны с
использованием данных авиаучетов 2001 и 2002 годов [Борисов и др., 2004 г.],
однако в 2001 г. был проведен более значительный объем авиаучетных работ,
сконцентрированных
в
менее
продолжительном
временном
интервале.
Результаты авиаучетов, проведенных в 2001 годы не были скорректированы на
объем проведенных работ.
В 2004 г. оценка ареала распространения
оценивалась по данным авиаучетов 2003 и 2004 годов, и использовались
взвешенные данные наблюдений с учетом объема работ по наблюдению 11.
Для визуального представления районов с наибольшей плотностью наблюдений
серых китов и изучения изменений в расположении районов наибольшей
активности животных с течением времени были использованы вероятностные
изолинии 12.
Для построения вероятностных изолиний были выбраны значения
50% и 95%. Вероятностная изолиния 50% обозначает границу акватории на
которой наблюдались 50% от всех зарегистрированных китов. В 2003 г. была
выполнена
оценка
вероятностных
изолиний
ядра
при
помощи
контуров
10
Данный раздел подготовлен компанией LGL Ltd (Robin Tamasi, Peter Wainwright, Judy Muir, Sergei
Yazvenko, Sonya Meier, Steve Johnson)
11
Под плотностью понимается число китов на единицу площади. Больший объем наблюдений
может привести к увеличению числа животных, зарегистрированных в каждой из ячеек, если при
расчете плотности не производится коррекция на объем наблюдений.
12
Вероятностные изолинии были вычислены независимо для Пильтунского и морского районов
нагула серых китов.
Стр. 19
распределения, полученных по методу ядерных оценок 13. Метод ядерных оценок
использует процесс разбиения с использованием координатной сетки, устойчивый
к ошибкам для малых выборок, если только вариации северно-южной и западновосточной компонент распределения не разнятся очень значительно, что
применимо к Пильтунскому району кормления.
В
Пильтунском
районе
кормления
распределение
наблюдений
китов
сориентировано параллельно берегу со значительно большим разбросом в
направлении,
параллельном
береговой
линии,
чем
в
направлении,
перпендикулярном береговой линии. По этой причине в 2004 г. была разработана
пространственная сетка для Пильтунского района нагула серых китов, которая
была сориентирована по направлению вдоль берега и размеры ячеек сетки в
направлении, параллельном береговой линии, были выбраны большими чем в
направлении, перпендикулярном береговой линии (т.е. каждая ячейка имела
размеры 4 км на 0,5 км).
пространственной
Затем для каждой ячейки вычислялось значение
плотности
китов,
которое
определялось
как
число
зарегистрированных в данной ячейке животных скорректированных с учетом
объема работ по наблюдению, поделенное на площадь акватории внутри ячейки,
на которой проводились учетные работы. Эта же методология использовалась
для Морского района нагула серых китов, за исключением того, что в этом случае
удовлетворялись
требования
к
обычным
допущениям
относительно
распределения и использовалась сетка обычного типа с ячейками размером 1 км
на 1 км.
Оценки параметров участка обитания, сделанные в 2003, 2004 и 2005,
значительно разнятся. Чтобы компенсировать этот разброс и получить более
стабильную оценку параметров участка обитания для использования при
планировании экспериментов, в 2006 г. был выполнен дополнительный анализ
плотности распределения с использованием имеющихся данных систематических
наблюдений. При этом были использованы данные авианаблюдений за период с
2001 по 2005 г., данные станций наблюдения за поведением за период с 2001 по
13
Контуры плотности распределения по методу ядерных оценок были построены при помощи
программы Arcview© 3.1 с расширением Animal Movement 2.04 [Хууг и др., 1997 г.]. Контур
плотности распределения по методу ядерных оценок определяет вероятность нахождения
животного в каждой точке пространства с использованием распределения использования
пространства.
Стр. 20
2005 г. и данные наблюдений, выполненных с использованием транспортных
средств в 2004-2005 г. Подробный алгоритм расчета приведен в приложении С.
1.3.1 Расположение точек акустического мониторинга
Сеть точек систематических акустических наблюдений была разработана в 2003 и
дополнена в 2004 - 2006 годах. Ее целью являлся контроль за изменениями
акустических полей на северо-восточном шельфе о. Сахалин и, что наиболее
важно,
–
изменениями
шумов
антропогенного
происхождения,
способных
привести к значительному увеличению уровней шумов как в Пильтунском, так и в
Морском районе нагула серых китов.
Для регистрации акустической информации было выделено три типа точек:
•
Станции наблюдения – в этих точках будут систематически контролироваться
уровни
акустических
шумов
для
получения
сведений
об
изменениях
акустического поля с течением времени. На них будут повторно проводиться
установки АПАР (несколько раз в сезон в течение нескольких сезонов).
Станции наблюдения, как правило, располагаются на границах районов нагула
серых китов в месте, наиболее близком к предполагаемому индустриальному
объекту или в месте, где ожидается наблюдение наибольшего суммарного
эффекта от нескольких объектов.
•
Контрольная станция(и) – д-р Джон Ричардсон (LGL Limited) рекомендовал
организацию контрольной станции или станций на достаточно большом
расстоянии от предлагаемых мест индустриальной активности, т.е. в районе, в
котором
не
предполагается
происхождения.
Эта
станция
увеличение
будет
уровня
шума
контролировать
антропогенного
любые
изменения
акустического фона - поля шума окружающей среды, не связанные с
деятельностью по разработке нефтяных месторождений.
•
Акустические станции – эти точки будут контролироваться редко и их
назначение
заключается
в
изучении
поля
шумов
антропогенного
происхождения, генерируемых известным источником в заданный момент
времени,
или
при
проведении
экспериментов
по
изучению
затухания
акустических сигналов при их распространении.
До начала полевых работ сезона 2003 г. было выбрано местоположение
одиннадцати точек; семь из них являлись станциями наблюдения, три –
акустическими станциями и одна – контрольной станцией. Для работ сезона 2004
Стр. 21
г. были выбраны местоположения шести дополнительных станций наблюдения и
семи акустических станций. В 2005 г. была определена еще одна акустическая
станция. В 2006 году были определена одна дополнительная станция наблюдения
и
четыре
акустические
станции.
В
Табл.
1.1
приведены
предлагаемые
наименования, номера и места расположения этих станций 14.
Местоположения станций наблюдения были определены по отношению к
основным концентрациям серых китов (Рис. 1.12) 15. В случае морского района
нагула станции (за исключением ГЗК) располагались на изолинии вероятности
95%
в
точке,
местоположению
наиболее
близкой
индустриальных
к
настоящему
объектов.
или
предлагаемому
Местоположение
станций
16
наблюдения в период с 2004 по 2006 г. не менялось . Пильтунский район нагула
серых
китов
определеляется
батиметрией,
поскольку
большинство
китов
кормится приблизительно между изобатами 8 и 12 м. Пары «мать-детеныш» в
Пильтунском районе нагула наблюдались в водах глубиной от 5 до 10 м, и лишь
незначительное число китов наблюдалось за пределами изобаты 20 м. Поэтому
здесь
две
ключевые
точки
наблюдения
выбраны
на
изобате
20
м
(рассматриваемой в качестве границы распределения) и на изобате 10 м
(рассматриваемой в качестве центра распределения).
14
По мере возможности для обеспечения ясности изложения информации номера и наименования
станций мониторинга будут сохраняться неизменными из года в год
15
Проводились различные биологические исследования, как с борта судна (наблюдения морских
млекопитающих, фотоидентификация, исследования бентоса), так и на суше (наблюдения за
поведением китов с использованием автомобиля) на той же акватории, что обеспечивает
возможность оценки влияния любых изменений акустического поля на распределение серых китов.
16
2004: Станция «Орлан» находится на изолинии суммарной вероятности 95% (по данным 2003 г.)
ближе всего к предлагаемому местоположению платформы «Орлан», станция «Лунское» – на
южном краю морского района нагула, станция ГЗК – приблизительно в центре морского района
нагула, а станция «Аркутун-Даги» – на северо-восточном краю морского района нагула. 2005:
Станции «Одопту-Ю-10», «Одопту-С-10», «Одопту-С-20» и «Одопту-Ю-20» располагались на
изобатах 10 м и 20 м напротив двух предлагаемых буровых площадок Одопту. Станция «Пильтун»
находится на изобате 20 м между платформой «Моликпак» и местом сосредоточения серых китов
напротив Пильтунского маяка. Станции ПА-Б располагались на ближайших изобатах 10 м (ПА-Б10) и 20 м (ПА-Б-20) к предлагаемому месту расположения ПА-Б. Станция «Пильтун-Ю»
расположена на изолинии суммарной вероятности 95% на южном батиметрическом контуре
Пильтунского района нагула серых китов, а станция Одопту-ПА-Б – на изобате 20 м между
предполагаемыми местами расположения буровых площадок Одопту-Ю и платформы ПА-Б. 2006:
Точка «Моликпак» на 20 м изобате между платформой «Моликпак» и Пильтунской зоной
кормления.
Стр. 22
Рис. 1.12 – Карта с указанием точек установки АПАР и границ районов
кормления серых китов, рассчитанных по результатам авиа учетов 20012005 гг., судовых учетов 2002-2005 гг., береговых учетов со станций
наблюдения за поведением 2001-2005 гг. и береговых автомобильных
учетов 2004-2005 гг.
Местоположение контрольной станции осталось неизменным по сравнению с 2003
г. 17
Это место имеет подобные с Пильтунским районом нагула серых китов
17
Контрольная станция располагается на 20-метровой изобате приблизительно в 40 км на север
от Северного «куста» скважин Одопту.
Стр. 23
гидролого-батиметрические характеристики и расположено на не слишком
большом удалении, чтобы затруднить ее эксплуатационное обслуживание.
Таблица 1.1 – Название, номер и координаты точек, в которых проводятся
акустические измерения.
№
Станция
Широта
Долгота
Глуб
ина
Станции наблюдения:
1
Lunskoye
Лунское
51° 51' 45" N
143° 37' 27.3"
50 m
2
OFA
ГЗК
52° 10' 18" N
143° 36' 1.8" E
40 m
3
Orlan
Орлан
52° 21` 36`` N
143° 35' E
32 m
4
Arkutun-Dagi
Аркутун-Даги
52° 19' 9.6" N
143° 44' 4.6" E
40 m
5
Piltun-S
Пильтун-Ю
52° 40' 51" N
143° 22' 34" E
10 m
6
Piltun
Пильтун
52° 49` 18`` N
143° 24` 54`` E
20 m
7
PA-B-10
ПА-Б-10
52° 53' 2.1" N
143° 20' 10.6"
10 m
8
PA-B-20
ПА-Б-20
52° 54' 00" N
143° 23' 20.5"
20 m
9
Odoptu-PA-B
Одопту-ПА-Б
53° 00' 00" N
143° 21' 18" E
20 m
10
Odoptu-S-10
Одопту-Ю-10
53° 03` 42`` N
143° 18` 18`` E
10 m
11
Odoptu-S-20
Одопту-Ю-20
53° 03' 42" N
143° 19' 58" E
20 m
12
Odoptu-N-10
Одопту-С-10
53° 09` 06`` N
143° 17` 24`` E
10 m
13
Odoptu-N-20
Одопту-С-20
53° 09' 06" N
143° 18' 42`` E
20 m
14
Control
Контрольная
53° 25' 57`` N
143° 11` 06`` E
20 m
15
Molikpaq
Моликпак
52° 45' 20" N
143° 25' 00" E
20 m
(Offshore
(Глубоководная
Акустические станции:
A1
#1 (Chayvo-1)
#1 (Чайво-1)
52° 27` 48`` N
143° 19' E
11 m
A2
#2 (Chayvo-2)
#2 (Чайво-2)
52° 25` 54`` N
143° 20`.36`` E
11 m
A3
#3 (Chayvo-3)
#3 (Чайво-3)
52° 26` 48`` N
143° 24` 36`` E
17 m
A4
#4 (Piltun-1)
#4 (Пильтун-1)
52° 43' 14.4" N
143° 22' 26.7"
10 m
A5
#5 (Piltun-2)
#5 (Пильтун-2)
52° 43' 48" N
143° 25' 49" E
20 m
A6
#6 (Piltun-3)
#6 (Пильтун-3)
52° 49` 18`` N
143° 24` 54`` E
20 m
A7
#7 (PA-B-1)
#7 (ПА-Б-1)
52° 55' 54" N
143° 19' 39" E
10 m
A8
#8 (PA-B-2)
#8 (ПА-Б-2)
52° 55' 54" N
143° 21' 42.4"
20 m
A9
#9 (BEH-Odoptu)
#9 (Одопту (Пов))
53° 12' 33.1" N
143° 15' 51" E
10 m
A10
#10 (BEH-north)
#10 (Пов-север)
53° 17' 52.4" N
143° 13' 25.4"
10 m
A11
#11 (Chayvo-4)
#11 (Чайво-4)
52° 34' 00" N
143° 23' 00" E
18 m
A12
#12 (Lunskoye-1)
#12 (Лунское-1)
51° 24' 12" N
143° 38' 30" E
47 m
A13
#13 (Lunskoye-2)
#13 (Лунское-2)
51° 22' 42" N
143° 36' 00" E
37 m
A14
#14 (Lunskoye-3)
#14 (Лунское-3)
51° 22' 00" N
143° 34' 42" E
31 m
A15
#15 (Lunskoye-4)
#15 (Лунское-4)
51° 21' 12" N
143° 33' 24" E
24 m
Стр. 24
В 2006 году были определены четыре новые точки А12-А15. Точки А1-А8 в 2006
не использовались, оборудование выставлялось в этих точках при проведении
экспериментов по затуханию в прошлом.
1.4 Акустические данные, собранные в экспедиции 2006 г.
В экспедиции 2006 г., так же как и в 2005 г., АПАР применялись для проведения
синхронных акустических измерений на акватории протяженностью около 180 км и
простирающейся от северной границы лицензионного участка Одопту
платформы Лунская (Рис. 1.12).
до
В данном разделе обсуждается объем и
представление данных собранных в ходе акустического мониторинга в 2006 году.
Приводятся даты постановок, время работы, координаты и глубины АПАР (АПАРР) и их операционные параметры (Табл. 1.2).
Акустические данные, полученные в ходе экспедиции в 2006 году представлены в
виде суточных сонограмм 18 с цветовым кодированием уровней спектральной
плотности мощности звукового давления G ( f , t ) 19. Каждый суточный сегмент
сопровождается синхронными графиками дисперсий
D(Δf , t )
в различных
частотных диапазонах. Сонограммы построены в диапазоне 2 Гц – 15 кГц
с
логарифмической осью частот для удобства визуального анализа (Рис. 1.13). На
представленной сонограмме четко видны инфразвуковые шумы в частотной
области ниже 15 Гц, которые вызываются обтеканием гидрофона приливным
течением со скоростью более 3 м/с, наблюдаемым в данном районе дважды в
сутки. Этот пример показывает, что данные в инфразвуковой области должны
анализироваться в периоды отсутствия приливных течений. Сонограммы G ( f , t )
иллюстрируют вариации уровней спектральной плотности мощности звукового
давления, вызванные изменениями уровней шумов антропогенного и природного
происхождения, включая изменяющиеся погодные условия, перемещение судов и
индустриальную активность. Значения, представленные на сонограммах являются
абсолютными со всеми соответствующими коррекциями. В приложении А
содержится список сонограмм, находящихся на диске, приложенном к настоящему
отчету.
18
Сонограмма представляет собой графическое представление вариаций спектральной плотности
мощности звукового давления G ( f , t ) во времени и по частоте.
19
Цветовая шкала позволяет отображать значения от 37 до 120 дБ отн мкПа2/Гц с шагом в 3 дБ.
Стр. 25
Рис. 1.13 – Сонограмма спектров - G ( f , t ) и графики значений дисперсий D(Δf , t ) , рассчитанные по 1 суточному сегменту акустических данных,
полученных с помощью АПАР установленного в точке акустического
мониторинга – Орлан.
Стр. 26
1.5
Используемая в отчете терминология и алгоритмы
Шумы окружающей среды и антропогенный шум, зарегистрированные АПАР,
записывались на жесткий диск АПАР в относительном формате, а после
перезаписи в компьютер на борту судна "Профессор Богоров” (или во время
анализа) преобразовывались и нормировались в микропаскали (мкПа) 20.
Для
описания зависимости акустической мощности шума от частоты используется
акустический спектр в децибелах.
В данном отчете результаты спектрального
анализа акустических данных изображены в виде графиков спектра плотности
мощности звукового давления G(f) (мкПа2/Гц) 21. Сонограммы G(f,t) представляют
собой графики иллюстрирующие с помощью цвета уровень спектральной
плотности мощности шума в зависимости от частоты и времени. В данном отчете
сонограммы сопровождаются синхронными графиками вариаций дисперсий 22
DΔf (t ) (мкПа2). Масштаб цветовой палитры отображает изменения уровня от 37
до 120 дБ по отношению к 1 мкПа2/Гц (см. Рис. 1.12).
Спектральный уровень акустического сигнала определяется по отношению к
уровню акустической мощности в полосе частот 1 Гц.
Этот термин относится
только к звукам с непрерывным частотным спектром 23. Эти спектры усредняются
по
множеству
окон
длительностью
в
одну
секунду 24
для
повышения
статистической устойчивости данных о шуме окружающей среды 25. Число
односекундных окон, использовавшихся при усреднении, когда это важно,
приведено в верхней части графика.
В Приложении F приводится подробное описание методики и алгоритмов,
используемых при нормировке акустических данных и расчетах оценок спектров.
20
Данные нормировались (с учетом чувствительности гидрофона, коэффициента усиления и
амплитудно-частотной характеристики измерительного тракта) для их преобразования в
стандартные единицы давления – мкПа.
21
Оценки спектров плотности мощности приводились к полосе 1 Гц вне зависимости от длины
реализации.
22
Дисперсия – интегральный уровень акустической мощности в заданном частотном диапазоне.
23
Непрерывный частотный спектр – это спектр, в котором сигнал присутствует на всех частотах.
24
Среднее значение X 1-секундных оценок спектров.
25
Усреднение спектров уменьшает доверительный интервал у оценки спектральной плотности.
Стр. 27
1.6
Единицы измерения
В данном отчете используются различные обозначения единиц измерения. Это
связано с различиями в стандартных обозначениях, используемых для различных
научных дисциплин и стран 26. Спектральная плотность мощности акустического
шума измеряется в мкПа2/(с Гц), но также часто используется обозначение
мкПа2/с/Гц, мкПа2, мкПа2/Гц или мкПа/√Гц.
26
Ниже приводятся эквивалентные единицы измерений при использовании разных стандартных
условных обозначений:
1 мкПа = 1 µPa и 1 мкВ = 1 µV.
Стр. 28
Таблица 1.2(a) – Параметры постановки АПАР в точках № 1- 5.
Точка
Дата
Время
Название
№
Начало
Конец
Lunskoye
1
24-Jun
15-Jul
Lunskoye
1
16-Jul
2-Aug
АПАР
Конец
Часов
№
11:15 21:37
514.4
№ 19
Нач
20:04 17:48
405.7
№9
Координаты
Широта
Долгота
51°51.735 143°37.428
Глубин
а
КУ
м
Чувст.
(мВ/Па)
45
40
44.5
°
°
48
40
48
°
°
51 51.805 143 37.397
Lunskoye
1
30-Jul
8:32
11:16
305.5
№ 11
51 52.820 143 37.103
45
40
49.5
Lunskoye
1
12-Sep 29-Sep 16:45
4:57
396.2
№8
51°52.793 143°37.150
48
40
50
OFA
2
24-Jun
9-Jul
13:44
2:14
348.5
№ 13
52°10.257 143°35.985
41
40
52
OFA
2
17-Jul
29-Jul
9:06
16:32
295.4
№ 13
52°10.288 143°35.982
44
40
52
OFA
2
29-Jul
13-Aug 14:32 15:26
358.9
№5
52°10.320 143°35.928
OFA
Orlan
2
3
15-Aug
Время
11-Sep 30-Sep 20:01 13:24
22-Jun
7-Jul
19:59 13:26
449.4
353.5
№3
№8
43
40
54.4
°
°
41
40
46.4
°
°
35
40
50
°
°
52 10.435 143 35.982
52 21.632 143 35.002
Orlan
3
9-Jul
23-Jul
9:38
3:21
329.7
№8
52 21.623 143 34.967
34
40
50
Orlan
3
26-Jul
10-Aug
9:07
16:49
367.7
№8
52°21.575 143°34.965
34
40
50
Orlan
3
11-Aug 25-Aug
8:48
19:40
346.9
№8
52°21.533 143°34.975
34
40
50
Orlan
3
11-Sep
4-Oct
6:12
8:37
554.4
№9
52°21.578 143°35.027
34
40
49.5
Arkutun-Dagi
4
24-Jun
13-Jul
16:12 19:22
459.2
№ 21
52°19.217 143°44.127
Arkutun-Dagi
Arkutun-Dagi
Piltun-S
4
4
5
17-Jul
13-Sep
22-Jun
29-Jul
2-Oct
2-Jul
16:15 16:43
10:10
11:51
9:59
0:09
288.5
455.8
228.3
№ 21
№6
№4
46
40
50
°
°
47
40
49.9
°
°
46
40
50
°
°
17.5
2
49
°
°
52 19.168 143 44.133
52 19.183 143 44.048
52 40.870 143 22.598
Piltun-S
5
9-Jul
21-Jul
12:30
2:34
278.1
№4
52 40.878 143 22.623
17.5
2
49
Piltun-S
5
21-Jul
24-Jul
20:28 16:29
68.0
№4
52°40.903 143°22.465
18
2
49
Piltun-S
5
24-Jul
3-Aug
17:57 13:08
235.2
№4
52°40.872 143°22.472
17
2
49
Piltun-S
5
4-Aug
15-Aug 16:18
253.3
№4
52°40.862 143°22.585
18
2
49
5:34
Стр. 29
Таблица 1.2(b) – Параметры постановки АПАР в точках № 5 – 9.
Точка
Дата
Время
№
Начало
Конец
Часов
№
Piltun-S
5
16-Aug 25-Aug 13:33 22:02
224.5
№4
5
26-Aug
6-Sep
Нач
АПАР
Название
Piltun-S
Конец
Время
14:15 12:42
262.5
№4
Координаты
Широта
Долгота
52°40.825 143°22.610
Глубин
а
КУ
м
Чувст.
(мВ/Па)
18
2
49
°
°
17
2
49
°
°
18
10
49
52 40.837 143 22.563
Piltun-S
5
11-Sep 30-Sep 14:57 14:44
455.8
№4
52 40.778 143 22.627
Piltun
6
22-Jun
Piltun
6
30-Jul
Piltun
13:31
5:31
400.0
№3
52°49.31
143°24.92
21.5
2
46.4
13-Aug 18:25
3:25
321.0
№ 21
52°49.30
143°24.92
21
2
49.9
6
13-Aug 24-Aug 19:56
9:27
253.5
№ 21
52°49.33
143°24.91
22
2
49.9
Piltun
6
24-Aug
7-Sep
16:00 15:16
335.3
№ 21
52°49.31
143°24.91
21
2
49.9
Piltun
6
11-Sep
1-Oct
13:28 17:28
484.0
№ 21
52°49.35
143°24.90
PA-B-10
7
18-Jul
9-Jul
4-Aug
8:27
19:57
419.5
№ 19
22
10
49.9
°
°
10
40
44.5
°
°
52 53.022 143 20.227
PA-B-10
7
5-Aug
9:32
431.6
№ 19
52 53.028 143 20.365
10
40
44.5
PA-B-10
7
24-Aug 12-Sep 10:34 13:16
458.7
№ 19
52°53.015 143°20.290
10.4
40
44.5
PA-B-10
7
14-Sep
4-Oct
11:08
2:57
471.8
№ 19
52°52.983 143°20.253
10
40
44.5
PA-B-20
8
22-Jun
7-Jul
13:26 17:08
363.7
№2
143°23.415
19
2
49
PA-B-20
8
9-Jul
13-Jul
14:33
89.0
№2
52°54.015 143°23.190
PA-B-20
PA-B-20
8
8
14-Jul
24-Jul
23-Aug
23-Jul
3-Aug
14-Aug
9:54
7:33
12:27 10:02
10:49 13:28
9:12
213.6
242.7
№2
№2
19
2
49
°
°
20.4
2
49
°
°
20
2
49
°
°
52 54.002 143 23.305
52 54.018 143 23.315
PA-B-20
8
5-Aug
18:56
225.7
№2
52 54.207 143 23.395
20
2
49
PA-B-20
8
16-Aug 26-Aug 11:21 17:27
246.1
№2
52°54.001 143°23.327
19
2
49
PA-B-20
8
26-Aug
8-Sep
18:33 19:04
312.5
№2
52°54.008 143°23.353
19
2
49
PA-B-20
8
14-Sep
3-Oct
9:39
21:42
468.1
№2
52°54.063 143°23.362
20
10
49
Odoptu-PA-
9
22-Jun
7-Jul
14:01 18:41
364.7
№ 16
53°00.007 143°21.320
22
2
50
Odoptu-PA-
9
9-Jul
23-Jul
15:52 12:11
332.3
№ 16
52°59.962 143°21.338
22
2
50
Стр. 30
Таблица 1.2(с) – Параметры постановки АПАР в точках № 9 - 15.
Точка
Дата
Время
Время
АПАР
Координаты
Начало
Конец
Нач
Конец
Часов
№
Odoptu-PA-B
9
24-Jul
8-Aug
9:54
0:19
350.4
№ 16
53°00.023 143°21.297
22
2
50
Odoptu-PA-B
9
9-Aug
23-Aug
9:16
10:38
337.4
№ 16
53°00.013 143°21.247
Odoptu-PA-B
9
23-Aug
11-Sep
1-Sep
30-Sep
14:18
11:59
14:13
19:37
215.9
463.6
№ 16
№ 17
м
Чувст.
№
9
Долгота
КУ
Название
Odoptu-PA-B
Широта
Глубин
а
(мВ/Па)
22
2
50
°
°
21
2
50
°
°
22
10
49.6
°
°
53 00.008 143 21.297
53 00.003 143 21.297
Odoptu-S-10
10
9-Aug
23-Aug
11:04
12:45
337.7
№7
53 03.705 143 18.288
10
40
50
Odoptu-S-10
10
24-Aug
31-Aug
13:10
21:12
176.0
№7
53°03.718 143°18.285
11
40
50
Odoptu-S-10
10
2-Sep
15-Sep
11:59
10:49
310.8
№7
53°03.722 143°18.312
11.3
40
50
Odoptu-S-10
10
18-Sep
4-Oct
11:10
20:40
393.5
№7
53°03.683 143°18.310
11
40
50
Odoptu-S-20
11
20-Jul
6-Aug
9:44
7:27
405.7
№ 20
53°03.747 143°19.845
Odoptu-S-20
Odoptu-S-20
11
11
7-Aug
25-Aug
23-Aug
31-Aug
18:29
20:22
17:11
21:59
382.7
145.6
№9
№9
19.6
40
10
°
°
20
40
48
°
°
20
40
48
°
°
53 03.693 143 19.843
53 03.680 143 19.982
Odoptu-S-20
11
1-Sep
15-Sep
15:04
11:52
332.8
№9
53 03.703 143 20.041
20
40
48
Odoptu-N-10
12
22-Aug
4-Sep
15:27
18:28
315.0
№5
53°09.075 143°17.435
11
40
54.4
Odoptu-N-10
12
6-Sep
21-Sep
9:45
23:20
373.6
№5
53°09.117 143°17.405
11.6
40
54.4
Odoptu-N-20
13
25-Jun
10-Jul
11:19
14:06
362.8
№9
53°08.977 143°18.722
19.5
40
52.8
Odoptu-N-20
13
31-Jul
16-Aug
15:01
20:46
413.8
№ 13
53°08.965 143°18.768
Odoptu-N-20
Odoptu-N-20
Molikpaq
13
13
15
19-Aug
6-Sep
22-Jun
4-Sep
9-Sep
7-Jul
9:42
9:47
16:54
12:18
12:40
11:06
386.6
74.9
354.2
№ 11
№ 11
№ 17
20
40
52
°
°
19
40
49.5
°
°
20.3
40
49.5
°
°
12
2
49.6
°
°
53 09.053 143 18.718
53 08.990 143 18.665
52 45.340 143 25.095
Molikpaq
15
11-Jul
25-Jul
18:38
10:43
328.1
№ 17
52 45.367 143 25.072
12
2
49.6
Molikpaq
15
26-Jul
10-Aug
17:22
4:56
347.6
№ 17
52°45.340 143°25.097
12
2
49.6
Стр. 31
Таблица 1.2(d) – Параметры постановки АПАР в точках № 15 - A15.
Точка
Название
Дата
№
Начало
Время
Конец
Нач
Время
Конец
АПАР
Координаты
Глубин
а
№
Широта
Долгота
м
КУ
Чувст.
(мВ/Па
)
Часов
9:01
388.1
№3
52°45.378
143°25.428
17
10
46.4
8:30
10:58
338.5
№9
52°45.522
143°25.045
26
40
48
19:10
9:46
374.6
№7
53°25.840
143°11.132
20.6
40
50
9-Sep
23-Sep 15:21
4:22
325.0
№ 13
53°25.537
143°11.100
20
40
52
A.9
22-Aug
6-Sep
9:12
21:40
372.5
№3
53°12.572
143°15.877
11
40
52
BEH-Odoptu
A.9
9-Sep
27-Sep
9:11
7:00
429.8
№ 16
53°12.533
143°15.533
8
40
50
BEH-north
A.10
9-Sep
21-Sep 14:09
6:56
280.8
№ 20
53°17.875
143°13.937
11
40
10
Chayvo-4
А.11
22-Jun
8-Jul
18:46
2:30
367.7
№ 10
52°34.000
143°23.072
17.5
2
49.5
Chayvo-4
А.11
9-Jul
25-Jul
10:20 13:03
386.7
№ 10
52°34.023
143°23.045
16.5
2
49.5
Chayvo-4
А.11
25-Jul
10-Aug 11:57 13:27
384.4
№6
52°34.043
143°23.003
16.2
10
50
Chayvo-4
А.11
12-Aug 24-Aug 12:56
0:30
275.6
№6
52°34.057
143°23.057
18
10
50
Lunskoye-1
А.12
20-Jun
4-Jul
21:34 19:30
333.8
№ 11
51°24.055
143°37.303
47
1
49.5
Lunskoye-1
А.12
5-Jul
20-Jul
20:52 17:10
356.3
№ 11
51°24.100
143°37.213
45
1
49.5
Lunskoye-1
А.12
25-Aug 10-Sep 10:03 22:01
395.9
№6
51°24.110
143°37.327
42
10
50
Lunskoye-2
А.13
20-Jun
334.0
№7
51°23.482
143°35.943
Molikpaq
15
9-Aug
Molikpaq
15
23-Sep
7-Oct
Control
14
23-Jul
8-Aug
Control
14
BEH-Odoptu
Lunskoye-2
Lunskoye-3
Lunskoye-3
Lunskoye-4
Lunskoye-4
А.13
А.14
А.14
А.15
А.15
5-Jul
20-Jun
5-Jul
20-Jun
5-Jul
26-Aug 15:33
4-Jul
22-Jul
4-Jul
22-Jul
4-Jul
20-Jul
21:03 19:00
21:09 06:30
20:00 18:25
22:26
16:30
9:15
5:10
21:25 12:05
393.5
334.5
394.9
324.7
350.9
№7
№6
№6
№5
№5
°
51 23.472
°
51 22.900
°
51 22.940
°
51 22.368
°
51 22.410
37
1
50
°
36
1
50
°
31
10
50
°
32
10
50
°
24
10
54.4
°
26
10
54.4
143 35.965
143 34.500
143 34.472
143 33.130
143 33.127
Стр. 32
Таблица 1.3 – График постановки АПАР в точках мониторинга.
Стр. 33
2. Оборудование для регистрации и обработки акустических данных
Акустические измерения проводились с помощью 16 цифровых автономных
подводных акустических регистраторов (АПАР), разработанных в Тихоокеанском
океанологическом институте Дальневосточного отделения Российской Академии
Наук (ТОИ). Пять АПАР были дополнительно оборудованы радиопередающими
трактами 27 (Рис. 1.2). В 2005-2006 г. были изготовлены три мини-АПАР; они имели
уменьшенные размеры и меньшую автономность (72 часа) и применялись при
изучении
потерь
при
распространении
звука,
а
так
же
в
специальных
исследованиях уровней акустических полей, формируемых излучателями. Все
модификации АПАР предназначены для, примерно, синхронных высокоточных
измерений звукового давления в диапазоне частот 1-15000 Гц, включающего и
инфразвуковые колебания 28. Радиогидроакустические буи, также разработанные
в ТОИ (2 цифровых (ЦРБ) и 4 аналоговых (АРБ)), применялись для акустических
измерений в реальном времени. АРБ обеспечивают акустические измерения в
диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц, а ЦРБ - от 1 Гц до 2,6 кГц. При совместном
применении в одной «точке» пара, состоящая из АРБ и ЦРБ, обеспечивает
регистрацию акустических данных в диапазоне частот от 1 Гц до 10 кГц.
Подробное описание этого оборудования приведено в отчете [Борисов и др.,
2006].
2.1. Автономный подводный акустический регистратор (АПАР)
Корпус АПАР 29 изготовлен из титанового сплава и может применяться для
акустических измерений на глубинах до 50 (два АПАР могут устанавливаться на
глубинах до 100 м) (см. Рис. 1.1). К АПАР могут подключаться два наружных
датчика
(гидрофоны,
акселерометры
или
гидрологическое
измерительное
оборудование). Внутри АПАР имеются аккумуляторы, закрепленные на титановой
раме, а также блок электроники и преобразователей электропитания. Число
аккумуляторов зависит от типа конструкции АПАР. АПАР, изготовленные в 2003,
2005 и 2006 г. имеют два герметичных аккумулятора, способных обеспечить
функционирование АПАР в течение более 18 дней, а АПАР выпуска 2004 г. имеют
три герметичных аккумулятора, способных обеспечить функционирование АПАР в
27
АПАР были оборудованы радиоканалами и имели возможность одновременно вести запись на
жесткий диск и предавать часть данных (в полосе частот от 10 Гц до 5 кГц) по радиоканалу.
Передача может быть непрерывной или осуществляться по заранее составленному графику.
28
Инфразвук – это звук с частотой менее 20 Гц.
29
Габариты АПАР (2003/2005/2006 гг.): длина - 0,8 м, диаметр - 0,38 м, вес в воздухе ~105 кг.
Габариты АПАР (2004 г.): длина - 1,2 м, диаметр - 0,32 м, вес в воздухе ~105 кг.
Стр. 34
течение более 16 дней. 30 Применяемые в АПАР цилиндрические - модель № GI50 (ГИ-50) и сферические - типа G33 (Г33) гидрофоны оборудованы встроенными
предварительными усилителями, изготовленными специально для гидрофонов,
используемых в АПАР.
Цифровые регистрирующие блоки АПАР изготовлены на основе одноплатных
компьютеров «Прометей», имеющих встроенный 16-битовый аналого-цифровой
преобразователь (АЦП). Для рационального использования динамического
диапазона, реализуемого с помощью 16- разрядного АЦП, желательно чтобы
амплитуды сигналов были примерно одинаковыми во всем частотном диапазоне
измерений. Однако, обычно фоновые шумы имеют наибольшую амплитуду в
диапазоне низких частот, и она уменьшается с повышением частоты шума. В ряде
случаев, данное АЦП может не обеспечить динамический диапазон, необходимый
для корректных акустических измерений фоновых и антропогенных акустических
шумов в частотном диапазоне от 1 Гц до 15 кГц. Поэтому необходимое
уменьшение на низких частотах чувствительности, используемых в АПАР
гидрофонов,
обеспечивает
предварительный
усилитель
гидрофона.
Такая
коррекция выравнивает амплитуды сигналов (аналоговое напряжение) с разными
частотами поступающих на вход АЦП. При спектральном анализе акустических
данных, полученных с помощью АПАР, осуществляется обратная частотная
коррекция.
Основным накопителем данных АПАР является жесткий диск емкостью 80 - 120
Гб.
Для
предотвращения
искажения
регистрируемых
данных
за
счет
электромагнитного воздействия и акустических шумов вращающегося жесткого
диска, в качестве буферного устройства используется флэш-диск емкостью 1 Гб.
Пока данные регистрируются на флэш-диск жесткий диск находится в ждущем
режиме и его двигатель выключен. Когда флэш-диск полностью заполняется
данными,
процесс
регистрации
прекращается,
и
данные
с
флэш-диска
переписываются на жесткий диск; поэтому в данных имеются контролируемые
пробелы. Размер этих пробелов составляет примерно 22 минуты через каждые 4
часа 18 минут. Перед постановкой каждого АПАР в море, в его компьютер
заносится программа, содержащая требуемый график регистрации данных.
Акустические данные, находящиеся на жестком диске АПАР, копируются на диски
30
Два герметичных аккумулятора (2003/2005.2006 гг.) обладают емкостью 115 А/ч (каждый). Три
герметичных аккумулятора (2004 г.) обладают емкостью 65 А/ч (каждый).
Стр. 35
DVD и съемный мобильный жёсткий диск, после этого, перед повторной
установкой АПАР в море, они удаляются.
Для увеличения помехоустойчивости аналогового тракта к внутренним наводкам в
2006 году была модернизирована схема подачи выходного сигнала масштабных
усилителей на вход АЦП компьютеров АПАР. АЦП были переведены на
дифференциальный
режим
работы,
отличающийся
повышенной
помехоустойчивостью. Перевод АЦП в дифференциальный режим не требует
изменения программы ввода и накопления данных и производится на аппаратном
уровне
–
выбором
соответствующей
конфигурации
переключателей
на
материнской плате. Электронная схема аналогового тракта также не претерпела
изменений. Добавлен один проводник, заземленный у выхода микросхемы
фильтра аналогового тракта АПАР, который составляет витую пару с сигнальным
проводником, что позволяет дополнительно снизить уровень перекрестных помех.
В
2006
году
с
помощью
увеличения
разрешения
системного
таймера
операционной системы QNX и периодической программной коррекции аппаратных
часов удалось добиться расхождения компьютерных часов с реальным временем
не превышающего 1 минуты за 19 дней работы АПАР в море. Правильность
загрузки после включения ЭВМ АПАР подтверждается проигрыванием мелодии.
Перед каждой постановкой АПАР в море обязательно записывается эталонный
тональный звуковой сигнал (Рис. 2.1), что позволяет при анализе данных
проверить правильность установленного в АПАР масштабного коэффициента
усиления.
Стр. 36
Рис. 2.1.
Запись тестового звукового сигнала перед постановкой АПАР в
море.
В
АПАР
2006
г.
были
применены
гидрофоны
типа
ГИ-50
и
Г-33,
модернизированные в 2005 г., и гидрофоны ГИ-50, изготовленные в 2006 году.
Частотные зависимости чувствительности использованных в АПАР и мини-АПАР
гидрофонов представлены на Рис. 2.2(a, b, c). У всех этих гидрофонов
низкочастотная
коррекция
осуществляется
в
предварительном
усилителе
гидрофона. Это позволило отказаться от дополнительной низкочастотной
коррекции в масштабных усилителях АПАР [Борисов и др. 2006].
Стр. 37
Рис. 2.2.
Частотные зависимости чувствительности гидрофонов,
использовавшихся во время полевых работ сезона 2006 г.: (a.) - гидрофоны
типа ГИ-50, модифицированные в 2005 г., (b.) – гидрофоны типа ГИ-50,
изготовленные в 2006 г., (с.) – гидрофоны типа Г-33, модифицированные в
2005 г.
Стр. 38
Рис. 2.3. - Схемы постановки автономных акустических измерительных
средств в море: (а.) – АПАР-Р, (b.) – АПАР, (с.) – мини-АПАР.
На Рис. 2.3 показаны схемы постановок трех модификаций АПАР в море.
Поверхностный поплавок соединенный 50-70 метровым фалом с 24-кг якорем,
обозначает место установки АПАР в море. Якорь соединен с АПАР 100-м фалом,
который утяжелен свинцовыми грузами. Опыт показал, что при установке АПАР на
мелководье (10-30 м), движение буя на поверхности моря, вызываемое
воздействием волн, может механическим путем передаваться по фалу на
Стр. 39
гидрофон,
где
эти
механические
вибрации
могут
регистрироваться
как
акустический шумы. Буи АПАР устанавливаются таким образом, чтобы уменьшить
эти вибрации путем изолирования гидрофона от поверхностного буя за счет
использования якорей, которые уменьшают механическую связь между буем и
гидрофоном. Также, с целью предотвращения искажения акустического поля за
счет дифракции или затенения, вызываемых контейнером АПАР в диапазоне
высоких частот, гидрофон удален от АПАР на 15 м.
Гидрофон размещается
внутри металлической пирамидальной рамы, к которой он крепится с помощью
резиновых
амортизаторов,
обеспечивающих
его
наилучшую
изоляцию
от
воздействия морского дна. В 2006 г. при постановках АПАР в море впервые
применялись 8 акустических размыкателя и динамический якорь (Рис. 2.4). Такая
постановка практически исключает возможность несанкционированного подъема
АПАР и максимально «изолирует» гидрофон от влияния поверхностных волн.
Рис. 2.4.
Акустический размыкатель и динамический якорь.
Все используемые нами в экспедиции акустические измерительные системы
должны быть откалиброваны для измерения абсолютных значений акустического
давления. Гидрофоны были изготовлены с известными (сертификаты калибровки
Стр. 40
представлены в Приложении В) значениями чувствительности, а коэффициенты
усиления
в
аналоговых
трактах,
устанавливались
на
месте
проведения
исследований. Для подтверждения точности калибровки оборудования во время
экспедиции
была
проведена
взаимная
калибровка
(кросс-калибровка).
Дополнительная информация о применяемых в экспедиции 2006 года АПАР, АРБ
и ЦРБ, мест и глубины их установки, а также параметрах системы регистрации,
приведена в Табл. 1.2. Детальное описание характеристик и процесса калибровки
акустического регистрирующего оборудования представлено в Приложении С.
2.1.1. Измерение характеристик АПАР
Измерения
АЧХ,
динамического
диапазона
и
собственных
шумов
АПАР
проводятся для подтверждения их соответствия спецификациям, также как и
точности измерений, проводимых с их помощью. Сквозная АЧХ учитывает АЧХ
аналогового тракта и чувствительность гидрофона на разных частотах и
используется при коррекции данных для приведения их к абсолютным значения
звукового давления в частотном диапазоне 1 Гц – 15 кГц.
Измерения
АЧХ,
динамического
диапазона
и
собственных
шумов
АПАР
проводились в 2006 г. в соответствии с методикой приведенной в отчете [Борисов
и др. 2006], но с учетом дополнений, представленных в Приложении С к данному
отчету. Ниже приведены графики, количественно характеризующие основные
параметры АПАР, используемых в полевом сезоне 2006 г.
2.1.2. Собственные шумы АПАР
При
измерениях
собственных
шумов
АПАР
использовались
специально
изготовленные в 2005 г. эквиваленты гидрофонов Г–33 и ГИ–50, у которых к
входам предварительных усилителей подключены конденсаторы, имеющие ту же
емкость, что и керамика гидрофонов. Измерения проводились согласно методике,
утвержденной в 2006 г. и описанной в Приложении С к данному отчету.
Результаты
измерений
собственного
шума
одного
из
АПАР
с
обоими
эквивалентами показаны на Рис. 2.5 31.
31
Результаты измерений были скорректированы на АЧХ аналогового тракта.
Стр. 41
Рис. 2.5. - Собственный шум измерительно-регистрационного тракта АПАР в
полосе частот 0 – 15000 Гц - (a.) и в полосе частот 0 – 500 Гц - (b.).
2.1.3. Динамический диапазон АПАР
Результаты измерения динамического диапазона измерительно-регистрационного
тракта АПАР, включенного с максимальным масштабным коэффициентом
усиления равным 40, показаны на Рис. 2.6. При уровнях звукового давления,
близких к предельному, динамический диапазон ограничен уровнем нелинейных
искажений и составляет 70 дБ (см. Рис. 2.6а). При уменьшении уровня входного
сигнала на 10 дБ (см. Рис. 2.6b) динамический диапазон АПАР увеличивается до
78 дБ. Из рис. 2.6. (красный график) видно, что уровень собственных
электрических шумов измерительного тракта АПАР с эквивалентом ГИ-50 в
диапазоне 100-15000 Гц составляет ≈ 27 дБ отн. 1 мкПа2/Гц, а на частоте 10 Гц
поднимается до 45 дБ отн. 1 мкПа2/Гц. Поскольку уровень нелинейных искажений
Стр. 42
превышает уровень собственных шумов АПАР, то именно нелинейные искажения
и ограничивают динамический диапазон АПАР.
Рис. 2.6 – Результаты измерения динамического диапазона
измерительно-регистрационного тракта АПАР.
2.1.4. Амплитудно-частотные характеристики АПАР
Амплитудно-частотные характеристики измерительных трактов всех АПАР были
измерены в лабораторных условиях с применением тональных и широкополосных
сигналов и на их основе были построены индивидуальные нормированные на
значение коэффициента усиления на частоте 1 кГц амплитудно-частотные
функции - АЧХ=K(f)/K(1кГц) для их аналоговых трактов. Эта функция в
совокупности с функцией частотной зависимости чувствительности, применяемого
Стр. 43
в данном АПАР гидрофона – M(f), применяется для построения сквозной
амплитудно-частотной функции, с помощью которой результаты измерений
аналогового напряжения приводятся к абсолютным значениям акустического
давления в диапазоне частот от 1 Гц до 15 кГц.
На Рис. 2.7, показана нормированная АЧХ аналогового тракта АПАР, которая
измерена с помощью сигнала «белый шум» и синусоидальных сигналов, а на Рис.
2.8, показаны нормированные АЧХ аналоговых трактов всех АПАР, измеренные с
помощью сигнала «белый шум».
Рис. 2.7. – Нормированная на коэффициент усиления на частоте 1 кГц
амплитудно-частотная характеристика аналогового тракта АПАР,
измеренная с помощью сигнала «белый шум» - (1) и синусоидальных
сигналов - (2).
Стр. 44
Рис. 2.8. - Нормированные амплитудно-частотные характеристики
аналоговых трактов 16 АПАР и 3 мини-АПАР, используемых в экспедиции
2006 года: (а.) – АЧХ АПАР в диапазоне частот 1 – 20000 Гц; (b.) – участок
АЧХ в диапазоне частот 1 – 500 Гц.
2.1.5. Результаты измерений характеристик АПАР
Характеристики АПАР подтверждаются путем регулярного их измерения согласно
методике, изложенной в приложении С.
Результаты индивидуальные испытаний всех АПАР, проведенных в лабораторных
условиях приведены в Табл. 2.1 из которой видно, что основные характеристики
всех АПАР соответствовали спецификациям.
Стр. 45
Таблица 2.1 –Характеристики АПАР, измеренные во время лабораторного
тестирования.
AUAR serial number
Номер АПАР
02
03
04
05
06
07
Собственный шум (дБ отн. 1 мкПа²/Гц)
08
09
10
11
(1-200 Hz)
56.9
56.9
57.1
57.0
57.2
57.3
56.7
56.9
57.0
57.0
27.0
26.9
27.3
27.4
26.5
26.7
27.2
27.0
78.0
77.3
77.5
78.0
76.7
77.4
19
20
21
(200 Hz - 15 kHz)
27.1
26.9
Динамический диапазон, дБ
77.7
77.0
76.9
77.5
AUAR serial number
Номер АПАР
13
14
15
16
17
18
Собственный шум (дБ отн. 1 мкПа²/Гц)
(1-200 Hz)
57.2
57.0
57.0
56.9
57.0
56.9
56.5
56.8
56.9
27.1
27.0
27.2
27.1
27.2
27.0
27.1
77.8
76.9
77.7
77.6
77.4
(200 Hz - 15 kHz)
27.3
27.3
Динамический диапазон, дБ
77.1
77.2
78.0
77.4
Стр. 46
2.2. АПАР-Р, АРБ и ЦРБ
На рис. 1.4 показан цифровой радиогидроакустический буй. Внутри поплавка
находится стальной (АРБ) или титановый (ЦРБ) контейнер с электроникой буя.
Электропитание радиогидроакустического буя осуществляется от внешнего блока
с
батарейками,
который
может
заменяться
в
морских
условиях.
Радиопередающая антенна буя удерживается в вертикальном положении
благодаря жесткой раме с блоком электропитания на другом конце. Контейнер с
электроникой буя соединен кабелем с гидрофоном типа Г-33, у которого
предварительный усилитель находится внутри и он, разработан специально для
данных
радиогидроакустических
буев.
Гидрофон
устанавливается
внутри
проволочного каркаса пирамидальной формы и крепится к нему при помощи
резиновых амортизаторов, как и гидрофон АПАР. Предварительный усилитель
усиливает сигнал перед его передачей по 100 м кабелю в контейнер буя
находящийся на поверхности моря. Сигнал затем фильтруется и усиливается
перед передачей
по радиоканалу (аналоговый буй) или фильтруется и
оцифровывается (цифровой буй).
АРБ, ЦРБ и радиотелеметрический канал
АПАР-Р подробно описаны в [Борисов и др. 2006].
В соответствии с задачами экспедиции 2006 г. были произведены некоторые
доработки в радиотелеметрическом канале АПАР-Р [Борисов и др. 2006], которые
обеспечили
контроль
его
качества
в
реальном
времени.
Для
этого
в
радиотелеметрический тракт АПАР-Р в 2006 г. был добавлен генератор тестового
сигнала управляемый коммутатором (Рис. 2.9). При работе радиоканала АПАР-Р в
прерывистом режиме к входу радиотелеметрического тракта на 3 минуты до и на
3 минуты после передачи акустических данных подключался генератор тестсигнала.
Спектры
тест-сигнала,
прошедшего
через
аналоговые
радиотелеметрические тракты с радиоприемниками двух типов, показаны на Рис
2.10. Значения спектральной плотности мощности - G ( f ) , скорректированы в
соответствие с АЧХ радиотелеметрических трактов. На Рис. 2.10 видно, что у
радиоприемника ICОМ-RC10 собственные шумы в частотном диапазоне 80-300 Гц
более чем на 10 дБ превышают шумы радиоприемника ICОМ-RC20, но зато на
частотах выше 2 кГц его шумы значительно ниже, чем у ICОМ-RC20.
Стр. 47
Рис. 2.9 - Блок-схема АПАР-Р модификации 2006 г.
Рис. 2.10 - Спектры тест-сигналов АПАР-Р, прошедшие
радиотелеметрические тракты с радиоприемником ICOM IC-R10 – (а.) и с
радиоприемником ICOM IC-R20 – (b.).
Стр. 48
Такой режим работы АПАР-Р позволяет контролировать правильность работы
АПАР и его радиотелеметрического канала. В начале и в конце передачи
акустических данных оценивать уровни радиошумов в заданном частотном
диапазоне (10-5000 Гц) и соответственно определять минимальные уровни
акустических сигналов -
G ( f ) , которые были переданы без искажений.
Соответственно, в 2006 г. усложнилась процедура калибровки АПАР-Р. Помимо
калибровок, проведенных аналогично 2005 г. [Борисов и др. 2006] в 2006 г., для
каждого АПАР-Р, была произведена запись формируемого им тест-сигнала, и
график его спектра был передан на радиоприемный пост, организованный на
Пильтунском маяке. Кроме того, в 2006 г. была произведена новая настройка всех
аналоговых радиоканалов АПАР-Р и АРБ. Коэффициент передачи в тракте
«радиопередатчик – радиоприемник»
для всех аналоговых радиоканалов был
установлен равным 0.2, а максимальная амплитуда входного сигнала могла
достигать ±1.8 вольта. Такое решение было вызвано отказом от применения в
радиотелеметрических каналах АПАР-Р и АРБ радиоприемников типа Standard
AX-400
и
AX-700.
радиоприемников
В
типа
2006
г.
ICOM
прием
IC-R10
производился
и
IC-R20.
только
с
помощью
Амплитудно-частотные
характеристики этих приемников в диапазоне частот 10 Гц - 5 кГц отличаются не
более чем на 1.5 дБ. При этом удалось несколько расширить динамический
диапазон аналоговых радиотелеметрических каналов при тех же, что и в 2005 г.
уровнях нелинейных искажений [Борисов и др. 2006]. Сохранилась также
возможность оперативной замены любого аналогового радиопередатчика и
радиоприемника вследствие близости их характеристик (расхождение не более
1,5 дБ).
В 2006 г. были произведены некоторые конструктивные доработки корпусов и
такелажа АПАР-Р, АРБ и ЦРБ с целью повышения их надежности и удобства
эксплуатации. Кроме того, для источников питания применяемых в буях и миниАПАР
были
изготовлены
унифицированные
металлические
контейнеры
с
герморазьемами типа Subconn, которые прикрепляются к их корпусам с помощью
трех болтов (см. Рис. 1.3 и рис. 1.4).
Цифровые радиогидроакустические буи, благодаря применению в них 16
разрядного АЦП, обладают значительно большим динамическим диапазоном
акустических измерений, и он не зависит от качества радиотелеметрического
канала, а главное цифровые радиогидроакустические буи обеспечивают точные
Стр. 49
измерения акустических сигналов с частотами до 1 Гц. Недостатками цифровых
радиогидроакустических буев являются более узкий диапазон измеряемых частот
(1-2600 Гц) и меньший радиус действия радиотелеметрического канала (≤ 8 км).
2.2.1. Измерение характеристик АПАР-Р, АРБ и ЦРБ
Измерение динамического диапазона, амплитудно-частотных характеристик - АЧХ
и собственных шумов аналоговых радиоканалов АПАР-Р и АРБ производилось по
методике, изложенной в Приложении С. На Рис. 2.11 показаны результаты
измерений нормированных сквозных АЧХ
АРБ. С помощью данной АЧХ и
известной частотной зависимости чувствительности гидрофона – M(f) значения
спектральной плотности мощности акустического давления, измеренного данным
АПАР-Р или АРБ в частотном диапазоне 10 – 5000 Гц, приводились к абсолютным
значениям. На Рис. 2.12 приведены сквозные АЧХ радио-трактов АПАР-Р, а на
Рис. 2.13 показаны типичные для АРБ и аналоговых радио-трактов АПАР-Р
результаты
измерения
динамического
диапазона
при
уровне
нелинейных
искажений равном -30 дБ.
Рис. 2.11 – Амплитудно-частотные характеристики радио-трактов АРБ,
нормированные на коэффициент усиления на частоте 1 кГц.
Стр. 50
Рис. 2.12 – Амплитудно-частотные характеристики радио-трактов АПАР-Р,
нормированные на коэффициент усиления на частоте 1 кГц.
Рис. 2.13 – Результаты измерения динамического диапазона АРБ-2.
На Рис. 2.13 видно, что динамический диапазон АРБ-2 и соответственно других
АРБ и радио-трактов АПАР-Р при больших (близких к уровню ограничения)
значениях входного сигнала ограничивается нелинейными искажениями на уровне
-30 дБ.
Стр. 51
В радиоэлектронных узлах ЦРБ в 2006 г. не производилось никаких изменений.
Результаты их калибровки, проведенной в 2006 г., показаны на Рис. 2.14 и Рис.
2.15
Рис. 2.14 – Амплитудно-частотные характеристики радио-трактов ЦРБ,
нормированные на коэффициент усиления на частоте 1 кГц.
Рис. 2.15 – Результаты измерения динамического диапазона сквозного
тракта ЦРБ-1.
Стр. 52
На Рис. 2.15 видно, что динамический диапазон ЦРБ ограничен нелинейными
искажениями по отношению ко второй гармонике, но превышает 75 дБ.
Результаты лабораторных измерений параметров всех буев, представлены в
Табл. 2.2. Как аналоговые, так и цифровые радиогидроакустические буи имеют
свои
преимущества
и
недостатки.
Преимущество
аналоговых
радиогидроакустических буев заключается в более широком диапазоне частот
измерения акустических сигналов и большем радиусе уверенного приема его
радиотелеметрического сигнала (>10 км при измерениях в диапазоне от 10 Гц до
10 кГц; и >20 км при измерениях в диапазоне от 10 Гц до 5 кГц). Однако
динамический
диапазон
акустических
измерений
у
аналоговых
радиогидроакустических буев значительно меньше, чем у цифровых, и он зависит
от качества радиоканала.
ЦРБ-1
1 - 2400
90
75
ЦРБ -2
1 - 2400
87
75
АРБ-1
10 - 500
50/60
30
500 - 5000
65/60
30
АРБ -2
10 - 500
50/60
30
500 -5000
65/60
30
АРБ -3
10 - 500
50/60
30
500 - 5000
65/60
30
АРБ -4
10 - 500
50/60
30
500 - 5000
65/60
30
дБ
IC-R10|IC-R20
Динамический диапазон,
менее,
не
сигнал/шум,
Соотношение
Частотный диапазон, Гц
дБ
IC-R10|IC-R20
Динамический диапазон,
менее,
не
сигнал/шум,
Соотношение
Частотный диапазон, Гц
Буй
Таблица 2.2 – Характеристики радиогидроакустических буев, измеренные в
лабораторных условиях.
Стр. 53
2.3. Низкочастотные и высокочастотные излучатели и гидрологический зонд
Для исследования особенностей и потерь (TL) при распространении звука на
частотах 15 - 15000 Гц на НИС Профессор Богоров применялись низкочастотный
резонансный излучатель электромагнитного типа (Рис. 2.16) и широкополосный
высокочастотный
интенсивности
пьезоэлектрический
акустических
сигналов,
излучатель
(Рис.
генерируемых
2.17).
этими
Уровень
излучателями,
контролировался при помощи калиброванного гидрофона и регистрировался на
НИС Профессор Богоров 32. Низкочастотный излучатель имеет цилиндрический
корпус, заполненный воздухом 33, пара близко расположенных одинаковых
поршней, движется в противоположных направлениях и создает объемное
вытеснение 34. Электромагнитный контроллер управляет движением поршней;
гидростатическая компенсация достигается с помощью воздушного насоса.
Низкочастотный резонансный излучатель погружается на глубину 9 м с борта НИС
Профессор Богоров, стоящего на якоре. Генерируемый им акустический сигнал с
частотой 27 Гц имеет интенсивность ~180 дБ относительно 1 мкПa2/Гц на
расстоянии
1
м
от
излучателя.
Высокочастотный
широкополосный
пьезоэлектрический (керамический) излучатель 35 имеет цилиндрическую форму и
состоит из 7 пьезоэлектрических колец, соединенных параллельно, покрытых
композитным материалом и загерметизированных с концов металлическими
фланцами.
32
Во время работы указанных излучателей с помощью калиброванного гидрофона, удаленного от
края излучателей на расстояние 1 м, проводились опорные измерения интенсивности,
формируемых ими акустических сигналов.
33
Размеры устройства: диаметр 58 см, высота 15 см, вес ≈ 48 кг в воздухе и ≈ 6 кг в воде.
34
Испытания в Японском море, проведенные с использованием калиброванного акселерометра на
глубине 2 м, показали, что при использовании максимального количества пружин (30), резонансная
частота излучателя равна 20,2 Гц при граничных частотах 15,2 и 30,6 Гц (-3 дБ).
35
Размеры устройства: диаметр 28 см, высота 136 см, вес ≈ 60 кг в воздухе и ≈ 15 кг в воде
Стр. 54
Рис. 2.16 – Низкочастотный резонансный излучатель Электромагнитного
типа.
Стр. 55
Рис. 2.17 – Пьезокерамический высокочастотный широкополосный
излучатель.
Для исследований потерь при распространении низкочастотных (24-30 Гц)
колебаний на суше и от берега в море в ТОИ ДВО РАН был разработан и
изготовлен
специальный
сейсмический
резонансный
излучатель
электромагнитного типа. Для возбуждения колебаний грунта используется
прямоугольная стальная плита 36, горизонтально закопанная в почву на глубине
примерно 0,7 м (Рис. 2.18a). Над плитой на двух трубчатых стойках высотой 1,5 м
закреплена
электромагнитная
система
излучателя.
Верхний
сердечник
электромагнита соединен с упругой стальной рессорой, края которой закреплены
на верхних концах стоек. Нижний сердечник электромагнита с катушкой (Рис.
2.18b) смонтирован на поперечной
36
полке между стойками. Масса верхнего
Размеры плиты 2,2 х 1 м, толщиной 8 мм и массой 80 кг
Стр. 56
сердечника (35 кг) совместно с упругостью рессоры образуют механическую
колебательную систему, имеющую резонанс на частоте ≈ 28 Гц. Резонансная
частота колебательной системы может быть изменена при помощи специальных
прокладок, вставляемых при сборке излучателя в узлы крепления рессоры. При
подаче на катушку электромагнита переменного напряжения верхний сердечник
совершает колебания в вертикальной плоскости, а
давление, возникающие в
узлах крепления рессоры, передается через вертикальные стойки стальной плите.
На резонансной частоте ≈ 28 Гц при возбуждении катушки электромагнита
переменным напряжением амплитудой 100 В амплитуда колебаний верхнего
сердечника достигает 10 мм, а усилие, передаваемое плите, составляет 2 тонны.
Для питания электромагнита излучателя используется мостовой тиристорный
инвертор (Рис. 2.18d), подобный инвертору, применяемому в подводном
низкочастотном излучателе. Индуктивность катушки электромагнита и емкость
блока
разделительных
конденсаторов
образуют
последовательный
колебательный контур, частота резонанса которого совпадает с частотой
механического резонанса колебательной системы. При напряжении питания
инвертора 100 В ток, потребляемый излучателем, составляет 15 А на частоте
механического резонанса.
Питание излучателя и электронного оборудования
осуществлялось от переносного генератора мощностью 2 кВт.
Задающим генератором частоты возбуждения служит прецизионный генератор
типа Г3-118. Для контроля стабильности частоты и амплитуды, генерируемых
излучателем
колебаний
используется
пьезокерамический
контрольный
акселерометр, закрепленный на верхнем сердечнике электромагнита. Кроме того,
для
оценки
звукового
давления,
возбуждаемого
излучателем,
во
время
экспериментов рядом с излучателем, на расстоянии 1 м от центра плиты, в
пластиковую емкость, заполненную водой, помещался опорный гидрофон типа Г33 с чувствительностью 10 мВ/Па.
Стр. 57
Рис. 2.18 - Низкочастотный резонансный излучатель сейсмических
колебаний: стальная плита с закрепленными на ней стойками и рессорой с
верхним сердечником электромагнита - (a.); нижний сердечник
электромагнита с катушкой индуктивности - (b.); собранный излучатель,
установленный на берегу - (c.); (d.) – электронные устройства,
обеспечивающие работу излучателя: мостовой тиристорный инвертор (1);
блок конденсаторов (2); задающий генератор типа Г3-118 (3).
Для регистрации на суше низкочастотных колебаний, генерируемых НЧизлучателями в море и на берегу применялись калиброванный гидрофон типа Г33, помещаемый в закопанную в землю пластиковую емкость с водой и
низкочастотный
измерительный
однокомпонентный
сейсмоприемник
колебательной скорости – Vz, типа А0515, производства ЗАО «Геоакустика» (Рис.
2.19) 37.
37
Этот сейсмоприемник имеет следующие основные технические характеристики:
- Коэффициент преобразования (измерен на частоте 4 Гц)
- 72,0 В·с2м-1;
- Диапазон рабочих частот
- 0,1 – 100 Гц;
- Неравномерность АЧХ в диапазоне частот 0,25 – 50 Гц
- не более 1 дБ;
- Максимальное измеряемое синусоидальное ускорение
- не менее 0,02 м/с2
Стр. 58
Рис.2.19 – Применяемые датчики для регистрации низкочастотных
колебаний на суше - (а.): сейсмоприемник типа А0515 (1), гидрофон типа Г-33
(2). Полевой автономный регистрационный комплекс – (b.): сейсмоприемник
(1), гидрофон (2), цифровой магнитофон TASCAM DA-P1 (3).
Сигналы от контрольного акселерометра, гидрофона и сейсмоприемника, а также
сигналы,
передаваемые
цифровыми
радиогидроакустическими
буями,
установленными в море при проведении измерений, регистрировались с помощью
измерительно-регистрационного комплекса на основе оборудования «National
Instruments» (Рис. 2.20).
Комплекс состоит из шасси с блоком питания 38
с
восьмиканальным эллиптическим фильтром 8-го порядка 39, терминального
блока 40 и 16- разрядной платы АЦП 41, подключенных к ноутбуку. Для записи
сигналов измерительного гидрофона и сейсмоприемника на большом удалении
от точки излучения применялся двухканальный цифровой магнитофон TASCAM
DA-P1 производства фирмы TEAC (Рис. 2.19b) 42.
38
SCXI-1000DC
SCXI-1342
40
SCXI-1305
41
DAQCard-6036E
42
Магнитофон обеспечивает запись аналоговых сигналов на магнитную ленту в цифровом
формате и имеет следующие основные характеристики:
- Аналого-цифровое преобразование:
- линейное 16-разрядное;
- Частота дискретизации:
- 48 кГц или 44,1 кГц;
- Диапазон частот:
- 20 Гц – 20 кГц;
- Неравномерность амплитудно-частотной характеристики:
- не более 0,5 дБ;
- Отношение сигнал/шум:
- не менее 90 дБ;
- Динамический диапазон:
- не менее 90 дБ;
- менее 0,007 %;
- Коэффициент гармоник:
- Межканальное проникновение:
- не более -85 дБ (на частоте 1 кГц).
39
Стр. 59
Рис. 2.20 - Полевой регистрационный комплекс.
Результаты натурных измерений потерь на заданных акустических профилях
расширяются с помощью согласованного численного моделирования. Для
адаптирования модели к натурным данным надо знать не только геометрию
(батиметрию) акустического волновода, но и пространственное распределение
поля скорости звука в водном слое, которое так же, как и основные
гидрологические параметры морской воды – температура и соленость, постоянно
изменяется. Поэтому акустические исследования на профилях обязательно
сочетаются с эхолотным промером глубин и гидрологическими зондированиями,
которые проводятся с помощью автономного гидрологического зонда (Рис. 2.21).
Питание зонда осуществлялось от батарей, обеспечивающих его непрерывную
работу в течение ≈ 180 часов. В 2006 г. длина измеренного батиметрического
профиля
составила
16400
км
и
было
проведено
372
гидрологических
зондирований.
Стр. 60
Рис. 2.21 – Гидрологический зонд.
3. Акустический мониторинг в режиме реального времени
В этой главе рассматривается выполнение акустической программы наблюдений,
разработанной с целью предупреждения воздействия антропогенных шумов,
генерируемых строительными работами компаний СЭИК и ЭНЛ, на западную
популяцию серых китов в период их кормления 43. Ниже приводится описание
43
Уровни шумов, в реальном времени, полученные на границе района кормления серых китов,
считаются самым надежными, поддающимися измерению показателем воздействия, так как
являются независимыми от погодных условий, таких как плохая видимость или волнение моря.
Тем не менее, данные, полученные береговой группой наблюдения за серыми китами, и
воздействием на них также считались важными в определении потенциального воздействия на
Стр. 61
целей и методов выполнения данной акустической программы наблюдений, а так
же диаграммы построенные по результатам фактических измерений, проведенных
во время этих работ и представлены графики сравнения акустических данных
переданных по радиотелеметрическим каналам, в диапазоне 10 Гц - 5 кГц с
данными, записанными на жестких дисках АПАР-Р, и обработанных после
подъема станций из воды в этом же частотном диапазоне.
3.1. Цели проведения программы акустического мониторинга в реальном
времени
Целью проведения программы акустических наблюдений в реальном времени
было контроль уровней акустических шумов, генерируемых работами, связанными
со
строительством
подводных
трубопроводов,
укреплением
основания
платформы «ПА-Б» и строительно-монтажными работами на платформах
«Орлан» и «Моликпак». Этот мониторинг проводился с целью минимизации
воздействие антропогенных шумов на западную популяцию серых китов.
Настоящая программа имела три основные цели:
1. Записать акустическое поле в пяти точках, расположенных на восточной и
южной
границах
Пильтунского
района
кормления
китов 44,
во
время
проведения строительных работ в близлежащих районах. Полученные
широкополосные
акустические
записи
будут
использованы
для
идентификации и дальнейшего анализа любых антропогенных шумов,
связанных с проведением строительных работ компаниями СЭИК и ЭНЛ. С
целью дальнейшего понимания реакции китов на генерируемые звуки, и
оказания помощи в планировании и разработке будущих операций по
разработке и добыче нефти, полученные акустические данные будут
соотнесены с одновременно проводимыми наблюдениями за поведением и
распределением серых китов.
2. Подтвердить, что уровни шумов, измеренные в точках наблюдения,
находящихся на границе
Пильтунского района кормления серых китов
соответствуют расчетным. Эти расчеты выполнялись с использованием
серых китов в реальном времени. С этой целью строились и оценивались ежедневные и
еженедельные карты, чтобы воздействие в реальном времени, учитывая высокую природную
изменчивость и другие ограничения этих данных. Также между группой акустического наблюдения
и береговой группой наблюдения за серыми китами была установлена и поддерживалась связь, с
целью обмена информацией о возможном влиянии на поведение китов и корреляции с данными
об уровнях звука.
44
Широкополосные акустические измерения будут выполняться непрерывно, насколько это будет
возможным в течении сезона проведения строительных работ.
Стр. 62
численной акустической модели, откалиброванной на результатах натурных
измерений потерь при распространении акустических сигналов. Расчеты
выполнялись
в период фазы планирования и проектирования береговых
строительных работ [СЭИК, 2006].
3. Убедится, что уровни шумов, достигающих зоны кормления китов, ниже
предварительно заданных компанией СЭИК, и, в случае необходимости
принять соответствующие шумопонижающие мероприятия [СЭИК, 2006]
3.2. Методика проведения акустического мониторинга
Для мониторинга акустического поля на восточной и южной границе Пильтунского
района кормления серых китов на Пильтунском маяке был организован
радиоприемный пост (см. Рис. 1.5). Этот пост принимал по радиотелеметрическим
каналам данные от пяти АПАР-Р и АРБ, которые при необходимости,
дополнительно устанавливались в данных точках акустического мониторинга (Рис.
3.1,
Табл.
3.1).
Регистрация
радиогидроакустическими
уровня
буями
и
шумов,
измеряемых
передаваемых
по
АПАР-Р
и
радиоканалам,
производилась круглосуточно. Принимаемые данные обрабатывались в реальном
режиме времени, с тем, чтобы убедиться, что уровни шума на границе
Пильтунского
района
кормления
не
превышают
допустимые
уровни,
утвержденные СЭИК до начала сезона проведения работ 45.
45
Для обеспечения реагирования в процессе выполнения работ персонал СЭИК на маяке Пильтун
поддерживал связь с группой акустического наблюдения ТОИ и персоналом, выполняющим
строительные работы.
Стр. 63
Рис. 3.1 – Карта района с указанием точек, в которых устанавливались
АПАР-Р и АРБ для мониторинга акустических шумов в реальном времени.
3.2.1. Точки акустического мониторинга
Местоположение точек акустического мониторинга показано на Рис. 3.1, их
координаты приведены в Табл. 3.1. Станция PA-B-20 находились ближе всего к
месту установки основания платформы «PA-B» и была предназначена для
измерений
самых
высоких
уровней
звука,
генерируемого
производимыми
работами на «PA-B». Станция Piltun-S была предназначена для мониторинга
акустических шумов, генерируемых во время проведения работ связанных со
строительством прибрежного участка подводного трубопровода выходящего на
берег приблизительно в 10 км от Чайвинского маяка. Станции акустического
мониторинга Odoptu-PA-B, Piltun и Molikpaq были установлены с целью измерения
шумов, генерируемых другими работами (например, на буровой платформе
«Моликпак»).
Стр. 64
Таблица 3.1 – Координаты точек акустического мониторинга в реальном
времени.
Станция
Широта
Долгота
Одопту-ПА-Б
(Odoptu-PA-B)
53o00’00’’
143o21’18’’
ПА-Б-20
(PA-B-20)
52o54’04’’
143o23’22’’
Пильтун
(Piltun)
52o49’19’’
143o24’54’’
Моликпак
(Molikpaq)
52o45’22’’
143o25’04’’
Пильтун-Ю
(Piltun-S)
52o40’53’’
143o22’26’’
3.2.2 Оборудование для наблюдения
Как АПАР-Р, так и АРБ фиксировались на дне моря с помощью якорей и
передавали результаты акустических измерений, производимых стационарными
гидрофонами у дна по кабельным линиям в радиобуи, расположенные на
поверхности моря. Основными особенностями этих систем были:
•
АПАР-Р:
Эти
станции,
оборудованные
радиотелеметрическим
каналом
способны непрерывно записывать широкополосные акустические данные (в
диапазоне 1 Гц - 15 кГц) на жесткий диск и по заданной программе передавать
часть акустических данных измеренных в диапазоне 10 Гц - 5 кГц в аналоговом
виде на радиоприемный пост Пильтунского маяка. Чтобы оптимально
использовать автономное время работы станции в море, зависящее от
электроемкости аккумуляторов, был определен график передачи акустических
данных по радиоканалу. В 2006 г. использовались два режима передачи
данных: в течение одного часа каждого трех часового цикла и непрерывный.
Пять АПАР-Р периодически устанавливались в точках названия и координаты,
которых указаны в Таблице 3.1.
•
Аналоговый радиогидроакустический буй: Эти буи не имеют возможности
хранения данных; поэтому результаты акустических измерений, проводимые
ими в диапазоне 10 Гц - 5 кГц, в аналоговом виде непрерывно передавались на
Пильтунский радиоприемный пост.
Применение этих двух измерительных систем дает следующие преимущества:
ƒ
АРБ обеспечивает непрерывную запись акустических данных, которые можно
использовать для детального анализа в режиме реального времени при
Стр. 65
проведении важных строительных операций и они могут быть установлены в
точке мониторинга на время перезаписи данных и зарядки аккумуляторов
АПАР-Р;
ƒ
АПАР-Р обеспечивали передачу части акустических данных в режиме
реального времени один час через каждые два часа или непрерывно в
течение практически всего сезона проведения строительных работ;
ƒ
АПАР-Р непрерывно записывает акустические данные на жесткий диск. Эти
данные не подвержены помехам в радиотелеметрическом тракте, имеют
более широкий частотный диапазон и используются для решения третьей
задачи акустического мониторинга реального времени.
На Рис. 3.2 приведены диаграммы характеризующие мониторинг акустических
шумов в пяти точках на границах Пильтунского района кормления серых китов.
Рис. 3.2.- График проведения акустического мониторинга в 2006 г.
В 2006 г. первая постановка пяти АПАР в точки акустического мониторинга была
произведена 22.06.2006, что позволило произвести измерения фонового уровня
шумов до начала проведения активных строительных работ (наблюдения в
режиме реального времени на Пильтунском маяке начались 3 июля). На Рис. 3.2
видно, что в течение всего периода строительных работ мониторинг акустических
Стр. 66
шумов в данных пяти точках производился практически непрерывно с 3 июля по 8
сентября. После 8 сентября акустические данные записывались на диски АПАР,
но не передавались по радиоканалу.
3.3. Результаты измерений и сравнения уровней шумов, измеренных в
реальном
времени
с
результатами
анализа
акустических
данных,
записанных АПАР-Р.
В целях контроля качества, данные, записанные на жестких дисках пяти станций
АПАР-Р, сравнивались с данными, переданными по радиотелеметрическим
каналам. Так как оборудование приемного поста на Пильтунском маяке и АПАР-Р
были откалиброваны для регистрации абсолютных значений акустического
давления, то результаты измерений должны быть практически идентичными.
Ожидалось, что будут небольшие различия между данными, записанными на
жесткий диск и полученными на маяке, ввиду следующих причин:
ƒ
ƒ
Данные,
записанные
АПАР-Р,
не
искажены
помехами
в
радиотелеметрическом тракте, которые присутствуют в данных, переданных
по радиоканалу и принятых на маяке. Радиотелеметрические каналы АПАР-Р
были настроены на регистрацию максимальных уровней сигналов
спектральная плотность мощности которых может достигать 140 дБ отн. 1
мкПа2/Гц, поэтому уровни ниже 105 дБ отн. 1 мкПа2/Гц не могли быть
измерены
точно.
Динамический
диапазон
аналогового
радиотелеметрического канала зависит от уровня радиопомех. Графики
G ( f ) , представленные на Рис. 3.3 иллюстрируют реальные возможности
оценки уровней акустических шумов, измеренных с помощью АПАР-Р,
установленного в точке Molikpaq и переданных на Пильтунский маяк по
радиоканалу. Таким образом, в случае если уровни спектральной плотности
мощности фоновых шумов опускались ниже 105 дБ отн. мкПа2/Гц, то
значительный вклад в получасовые оценки дисперсии акустических данных
вносили помехи уровень, которых контролировался с помощью тестового
сигнала. Следовательно, при низких уровнях измеряемых акустических
шумов из-за помех в радиоканале значения дисперсии спектральной
плотности мощности акустического давления, зарегистрированные на
Пильтунском маяке, могли быть больше, чем давления, записанного на
жестком диске станции АПАР-Р. Влияние помех в радиоканале на точность
измерений оценивалось с использованием тестового сигнала.
Штормовое волнение и течения могут оказывать механическое влияние на
гидрофон, что приводит к появлению выбросов высокой амплитуды и
низкочастотных шумов обтекания. Это может исказить оценку дисперсии
спектральной
плотности
мощности
сигнала
переданного
по
радиотелеметрическому каналу, поскольку на жесткий диск АПАР-Р без
искажений может быть записан сигнал уровень, которого выше на 14 дБ.
Следовательно, в этом случае значения дисперсии шумов записанных на
жестком диске могут превысить значения, полученные на Пильтунском маяке.
Такой эффект может наблюдаться и во время прохождения вблизи станции
судна.
Стр. 67
ƒ
На
Превышение значения получасовой оценки дисперсии акустических шумов
рассчитанных по акустическим данным, записанным во время прохождения
судна около станции на жесткий диск АПАР-Р и переданными по радиоканалу
может быть обусловлено тем, что АПАР-Р за время анализируемого
получасового интервала «ушел» на перезапись данных с флеш-диска на
жесткий диск, а данные по его радиоканалу передавались непрерывно. На
Рис. 3.4 приведен пример иллюстрирующий этот эффект. В этом случае, при
оценивании среднего значения дисперсии акустических шумов на интервале
18:00 – 18:30, записанным на жестком диске АПАР-Р, мы ее рассчитываем
только по 8 минутному интервалу. Соответственно, если за оставшиеся 22
минуты уровень шумов существенно уменьшился (уходящее судно) то, как
видно на Рис. 3.4 получасовое значение дисперсии, рассчитанное по данным
на жестком диске превысит значение, рассчитанное по данным, записанным
на Пильтунском маяке.
Рис.
3.5-3.11
приведены
результаты
статистического
анализа
всех
акустических данных, полученных в полевом сезоне 2006 г. соответствующих
мониторингу в заданных точках причем, когда это было возможно, представлены
результаты сравнительного анализа значений дисперсий акустических шумов
измеренных с помощью АПАР-Р в частотном диапазоне от 10 – 5000 Гц и
записанных на жестком диске и переданных по его радиоканалу и записанными на
Пильтунском маяке. Анализ показал, что данные, переданные по радиоканалу
позволяли оценить уровни шумов на границе Пильтунской зоны кормления с
точностью, достаточной для оперативных решений о снижении уровней шума в
случае необходимости. Расхождения объясняются рассинхронизацией рядов
данных при обработке длительных интервалов и отсутствием данных для
периодов перезаписи на диск, но это не может значительно влиять на
интерпретацию результатов.
Стр. 68
Рис. 3.3 – Спектры тестового сигнала – (а.) и акустических шумов - (b.)
построенные по данным, полученным на Пильтунском маяке по
радиотелеметрическому каналу станции АПАР-Р, установленной в точке
мониторинга – Molikpaq (см. Рис. 3.1).
Стр. 69
Рис. 3.4 – Пример иллюстрирующий эффект превышения значения
получасовой оценки дисперсии акустических шумов, полученной в
результате анализа акустических данных записанных на жестком диске
АПАР-Р и переданных по его радиоканалу. Данный эффект обусловлен тем,
что во время прохождения судна АПАР-Р на 22 минуты (18:08 – 18:30) «ушел»
на перезапись данных с флеш-диска на жесткий диск, а данные по его
радиоканалу продолжали непрерывно передаваться на Пильтунский маяк.
Стр. 70
Рис. 3.5 (а) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Odoptu-PA-B.
Стр. 71
Рис. 3.5 (б) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Odoptu-PA-B.
Стр. 72
Рис. 3.6 (а) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке PA-B-20.
Стр. 73
Рис. 3.6 (б) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке PA-B-20.
Стр. 74
Рис. 3.7 (а) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Piltun.
Стр. 75
Рис. 3.7 (б) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Piltun.
Стр. 76
Рис. 3.8 (а) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Molikpaq.
Стр. 77
Рис. 3. 8 (б) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Molikpaq.
Стр. 78
Рис. 3.9 (а) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Piltun-S.
Стр. 79
Рис. 3.9 (б) – Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Piltun-S.
Стр. 80
Рис. 3.10 - Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке А11.
Стр. 81
Рис. 3.11 - Результаты анализа акустических измерений, проведенных в
точке Orlan.
Стр. 82
3.5 Результаты мониторинга морских строительных работ
На Рис. 3.12 - 3.14 представлены графики дисперсий
(20 Гц – 15 кГц),
рассчитанных по результатам измерений в пяти точках мониторинга реального
времени и усредненных в 30 минутных интервалах. На графиках обозначены
основные виды строительной активности СЭИК в соответствующий период
мониторинга.
Морские строительные работы в 2006 годы были значительно более сложными и
комплексными чем в 2005, когда установка основания платформы ПА-Б была
единственным видом морских работ, проведенным СЭИК. В 2006 году сразу
несколько группировок судов СЭИК одновременно находились в районе залива
Пильтун вдоль маршрута морского трубопровода от платформы ПА-Б на севере
до его выхода на берег на юге.
Каждый из 10 периодов морских строительных работ, представленных в Табл. 3.2,
проводился в определенный период времени и был локализован географически в
указанном в таблице районе.
Таблица. 3.2. Начальные и конечные данные периодов морских
строительных работ СЭИК в районе залива Пильтун в 2006 году. Периоды,
выделенные серым цветом, завершились до начала акустического
мониторинга.
Период
Вид работ
Начало
Конец
1
Подготовка к углублению дна в районе ПА-Б
12.06
15.06
2
Подготовка к укладке трубопровода ПА-Б – первая фаза
16.06
20.06
3
Подготовка к укладке трубопровода ПА-Б – вторая фаза
21.06
02.07
4
Укладка трубопровода ПА-Б
03.07
15.07
5
Грузоподъемные работы на ПА-А (Моликпак)
Укладка трубопровода ПА-А – первая фаза,
грузоподъемные работы на ПА-Б
Укладка трубопровода ПА-А – вторая фаза
16.07
20.07
21.07
02.08
03.08
07.08
Укладка трубопровода ПА-А – третья фаза
Подключение трубопровода к ПА-Б, отсыпка траншеи в
южной части морского трубопровода
Завершение отсыпки траншеи
08.08
27.08
28.08
16.09
17.09
21.10
6
7
8
9
10
Стр. 83
Odoptu PA-B
150.0
Подготовительные работы
PA-B-20
Piltun
Molikpaq
Piltun-S
Грузоподъемные
работы на ПА-А
Уладка трубопровода ПА-Б
Укладка трубопровода ПА-А, грузоподъемные
работы на ПА-Б
140.0
130.0
120.0
110.0
100.0
90.0
31/7 19
30/7 17
29/7 16
28/7 14
27/7 13
26/7 11
25/7 10
24/7 8
23/7 7
22/7 5
21/7 4
20/7 2
19/7 1
17/7 23
16/7 22
15/7 20
14/7 19
13/7 17
12/7 16
11/7 14
10/7 13
9/7 11
8/7 10
7/7 8
6/7 7
5/7 5
4/7 4
3/7 2
2/7 1
30/6 23
29/6 22
28/6 20
27/6 19
26/6 17
25/6 16
24/6 14
23/6 13
22/6 11
80.0
Рис. 3.12 – График значений дисперсий в полосе 20 Гц - 15 кГц в пяти точках мониторинга реального времени в июнеиюле.
Стр. 84
31/8 18
31/8 0
30/8 6
29/8 12
28/8 18
28/8 0
Укладка трубопровода ПА-А
27/8 6
26/8 12
25/8 18
25/8 0
24/8 6
23/8 12
22/8 18
Molikpaq
22/8 0
21/8 6
20/8 12
19/8 18
Piltun
19/8 0
18/8 6
PA-B-20
17/8 12
16/8 18
16/8 0
15/8 6
14/8 12
13/8 18
13/8 0
12/8 6
11/8 12
10/8 18
10/8 0
9/8 6
8/8 12
7/8 18
7/8 0
6/8 6
5/8 12
4/8 18
4/8 0
3/8 6
2/8 12
1/8 18
1/8 0
Odoptu PA-B
Piltun-S
150.0
Подключение ПА-Б, отсыпка
траншеи
140.0
130.0
120.0
110.0
100.0
90.0
80.0
Рис. 3.13 – График значений дисперсий в полосе 20 Гц - 15 кГц в пяти точках мониторинга реального времени в
августе.
Стр. 85
6/10 15
5/10 0
3/10 9
1/10 18
30/9 3
28/9 12
26/9 21
25/9 6
23/9 15
22/9 0
20/9 9
18/9 18
17/9 3
Molikpaq
15/9 12
13/9 21
12/9 6
10/9 15
Piltun
9/9 0
7/9 9
5/9 18
PA-B-20
4/9 3
2/9 12
31/8 21
30/8 6
28/8 15
27/8 0
25/8 9
23/8 18
22/8 3
20/8 12
18/8 21
17/8 6
15/8 15
14/8 0
12/8 9
10/8 18
9/8 3
7/8 12
5/8 21
4/8 6
2/8 15
1/8 0
Odoptu PA-B
Piltun-S
150.0
Подключение ПА-Б, отсыпка траншеи
140.0
130.0
120.0
110.0
100.0
90.0
80.0
Рис. 3.14 – График значений дисперсий в полосе 20 Гц - 15 кГц в пяти точках мониторинга реального времени в сентябреоктябре.
Стр. 86
4. Влияние погодных условий на фоновые акустические шумы на северовосточном шельфе о. Сахалин
В данном разделе приводятся результаты анализа фоновых акустических шумов
измеренных на северо-восточном шельфе о. Сахалин в 2006 г. Рассматриваются
их уровни в зависимости от частоты и вариации, вызываемые изменениями
гидрометеорологических условий на контролируемой акватории. В 2006 году, так
же как и предыдущие годы, акустические измерения производились при помощи
АПАР, которые устанавливались в точках акустического мониторинга показанных
на Рис. 1.7.
В предыдущих отчетах уже обсуждались уровни фоновых шумов, вызываемые
ветром,
поверхностным
волнением
и
дождем.
Например,
уровень
широкополосного шума поблизости от месторождения Чайво увеличивался на 12
дБ, когда уровень волнения моря изменялся с 1 до 4 баллов [Борисов и др., 2003
г.]. Ливень с сильными порывами ветра дополнительно увеличивал уровень
фонового шума на 16-18 дБ. На частотах выше 2.5 кГц спектральный уровень
фонового шума, зарегистрированный во время развитого шторма с дождем,
достигал приблизительно 64 дБ отн. 1 мкПа2/Гц и 56 дБ отн. 1 мкПа2/Гц без дождя.
Спектральный анализ данных, полученных в 2003 г., показал, что шумовое поле в
диапазоне частот от 200 до 800 Гц, формируемое приближающимся штормом,
имеет ярко выраженную интерференционную структуру, обусловленную их
волноводным распространением на шельфе [Борисов и др., 2004 г.]. Было
отмечено,
что
уровни
акустических
шумов,
генерируемых
ветром
и
поверхностными волнами на глубинах более 20 м значительно выше, чем на
мелководье
(10
м).
Наиболее
высокий
уровень
фонового
шума
был
зарегистрирован в диапазоне частот 200-1000 Гц. Он достигал 71 дБ отн. 1
мкПа2/Гц во время шторма и был равен 46 дБ отн. 1 мкПа2/Гц в штиль при
отсутствии дождя.
На Рис. 4.1 приведены сонограммы спектров акустических шумов синхронно
измеренных на акватории протяженностью ≈ 180 км. На Рис. 4.1 видно, что
дважды за день приливные течения вызывают псевдошумы обтекания на частотах
Стр. 87
Рис. 4.1 - Сонограммы спектров и графики вариаций значений дисперсии акустических шумов синхронно измеренных в
точках Control, PA-B-20 и Lunskoye во время прохождения тайфуна (18 – 21 сентября).
Стр. 88
меньше 15 Гц 46. Орбитальное движение частиц воды в штормовых поверхностных
волнах и волнах «мертвой» зыби, так же могут вызвать псевдошумы обтекания и
даже привести к подвижкам измерительных гидрофонов, установленных на
глубинах 10-20 м 47. Поэтому при проведении анализа уровней фоновых
акустических шумов на частотах меньше 20 Гц (инфразвук) необходимо учитывать
эти явления и анализировать акустические шумы, измеренные в интервалы
времени, когда скорости приливных течений были минимальны.
Графики G ( f , t ) , показанные на Рис. 4.1 и 4.2 количественно иллюстрируют
частотные пространственные и временные характеристики фоновых акустических
шумов формируемых в контролируемой акватории во время прохождения через
Охотское море тайфуна. На Рис. 4.2 видно, что 18 сентября после 11 часов
уровень фоновых шумов во всех трех точках акустического мониторинга начал
увеличиваться,
причем
в
цветовом
рисунке
G( f , t )
акустических
шумов
измеренных в точке Control в диапазоне частот 100-1000 Гц хорошо выражена
частотная интерференционная картина – чередование полос большей и меньшей
интенсивности. Поскольку ветер и поверхностное волнение в приближающемся
шторме, генерируют акустические шумы, спектр которых подобен «красному
шуму», то, по-видимому, из-за распространения в мелководном (20-30 м)
акустическом канале из шумового спектра формируются «когерентные» пучки,
которые могут интерферировать в пространстве и по частоте, приводя к
появлению на сонограммах интерференционной картины, подобной формируемой
приближающимся судном. Такая интерференционная структура разрушается при
подходе шторма на более близкие расстояния к точкам мониторинга (Рис. 4.1,
выделено желтым). Подобное явление было нами отмечено в этом же районе в
2003 г. [Борисов и др., 2004 г.]. Цветовые графики G ( f , t ) , соответствующие
синхронным измерениям, проведенным в точках Control и PA-B-20 подобны,
поскольку в них примерно одинаковая глубина моря равная ≈ 20 м, а цветовой
рисунок G ( f , t ) акустических шумов измеренных в точке Lunskoye имеет отличия
обусловленные глубиной моря – 48 м и прохождением судов. Известно, что 21
сентября высота поверхностных волн превышала 4 м, и поэтому орбитальное
46
Шумы обтекания не являются фоновыми шумами, а представляют собой погрешности
измерений, вызываемые обтеканием (турбулентностью) и вибрациями измерительного гидрофона
в потоке.
47
Во время прохождения шторма подвижки гидрофона приводили к перегрузке измерительных
трактов АПАР.
Стр. 89
движение частиц воды на глубине 20 м вызвало подвижки измерительных
гидрофонов, что соответственно исказило результаты акустических измерений,
проведенных в точках Control и PA-B-20, но не оказало воздействия на
измерительный
гидрофон
в
точке
Lunskoye
(глубина
моря
48
м).
Для
количественного сравнения на Рис. 4.2 приведены оценки спектров - G ( f )
акустических шумов, измеренных в данных точках акустического мониторинга в
характерные интервалы времени соответствующие разным фазам прохождения
тайфуна. Спектры рассчитаны по реализациям, которые были не искажены
подвижками измерительных.
гидрофонов.
Графики
G( f )
черного
цвета
соответствуют
измерениям,
проведенным в штилевых условиях и характеризуют минимальные уровни
фоновых акустических шумов в данных точках мониторинга. На Рис. 4.2 видно,
что во время штиля антропогенные шумы, генерируемые антропогенной
деятельностью хорошо выражены в графиках PA-B-20, Lunskoye и не заметны в
точке Control, но уже через 6 часов (см. графики G ( f ) - 14:10) уровни фоновых
акустических шумов, генерируемых приближающимся штормом, в диапазоне
частот 90-2500 Гц, выросли примерно на 15-25 дБ, а в точке Lunskoye на 30 дБ
(см. график - 15:00). Графики - G ( f ) , показанные красным цветом соответствуют
фоновым шумам во время развитого шторма. В точке мониторинга Lunskoye на
частотах меньше 180 Гц хорошо выражены узкополосные антропогенные шумы,
по-видимому, генерируемые судами, о чем свидетельствуют характерные
интерференционные рисунки на сонограмме, показанной на Рис. 4.1.
Стр. 90
Рис. 4.2 – Оценки спектров акустических шумов, измеренных во время
прохождения тайфуна.
Стр. 91
Для сравнения на Рис. 4.3 представлены графики спектров акустических шумов
измеренных в точке А5, расположенной на юго-восточной границе Пильтунского
района нагула серых китов (глубина 20 м) до начала (31.08.2004) и во время
(1.09.2004) прохождения по данной акватории мощного тайфуна. График
спектральной плотности мощности G ( f )
- 06:53 (рис. 2.1: 31.08 – 6:53)
соответствует хорошим погодным условиям, но недалеко от точки А5 стояло
судно Триас. Спектральный уровень широкополосных шумов на частотах выше 7
кГц опустился до уровня собственных шумов АПАР (35 дБ отн. мкПа2/Гц). По мере
приближения тайфуна большая часть судов ушла на северо-восток в поисках
укрытия от шторма. Графики G ( f ) - 17:48, 03:34 и 13:10 количественно
иллюстрируют повышение уровней акустических шумов, генерируемых ветром и
поверхностными волнами в разные фазы развития шторма. На Рис. 4.3 видно, что
спектральные уровни широкополосных шумов увеличились более чем на 20 дБ
(для диапазона частот от 100 до 15000 Гц) во время сильного шторма (Рис. 4.3:
03:34 и 13:10 по сравнению с 06:53). График – 13:10 в диапазоне 500-2000 Гц
превысил уровни, соответствующие прогнозируемым значениям для состояния
моря, 6 баллов (при шторме 6 баллов: ветер -17,5-20,6 м/с, волны - 4-6 м)
[Кнудсен и др., 1948 г.; Ричардсон и др., 1995 г.]. Из сравнения графиков G ( f )
представленных на Рис. 4.2 и Рис. 4.3 можно сделать вывод о количественном и
качественном подобии спектров акустических шумов формируемых в данной
акватории тайфунами.
Стр. 92
Рис. 4.3 - Спектры акустических шумов измеренных в точке А5 до начала и
во время прохождения в 2004 г. по шельфу о. Сахалин мощного тайфуна.
5.
Результаты
натурных
исследований оценок
потерь
–
TL(r,f) при
распространении звука вдоль заданных трасс на шельфе о. Сахалин
В первой части данной главы дано краткое пояснение функции потерь - TL( f , r )
при
распространении
звука,
которая
является
важной
акустического волновода, зависящая от частоты звука – f
характеристикой
и длины трассы – r и
характеристик поверхностного волнения. Рассмотрены основные особенности
TL( f , r ) для мелководных неоднородных волноводов. В последующих разделах
представлена методика, с помощью которой по результатам натурных измерений
строятся оценки TL( f , r ) , далее приводятся некоторые результаты исследований
ближних акустических полей формируемых, применяемыми в экспериментах НЧи ВЧ- излучателями в море глубиной 25 м. Представлены результаты
исследований проведенных на акустических профилях TLP-21, TLP-13, TLP-14 и
Стр. 93
TLP-15. Результаты исследований TL( f , r ) проведенных на сейсмо-акустических
профилях TLP-17 и TLP-18, представлены в разделе 6.
5.1. Факторы, влияющие на потери звука при распространении
В отчете [Круглов, 2004] были рассмотрены основные физические особенности
распространения звука на шельфе. Показано, что на распространение звука,
особенно на низких частотах, главное влияние оказывает рельеф дна и
акустические свойства пород слагающих дно. Было также продемонстрировано,
что внутренние волны могут вызывать вариации интенсивности акустических
сигналов с частотой 320 Гц, распространяющихся вдоль стационарных трасс
ориентированных приблизительно параллельно берегу величиной до 16 дБ, а
эффект рассеяния на поверхностных волнах начинает сказываться для звука с
длиной волны меньшей высоты поверхностных волн 48.
Данные о потерях
TL( f , r )
и особенностях распространения акустических
сигналов от нефтегазовых добывающих объектов в районы кормления серых
китов
имеют
крайне
важное
значение
при
оценке
изменения
уровней
антропогенных шумов в этих районах в связи с проведением работ по
строительству и разработке месторождений. Промышленные источники могут
генерировать акустические сигналы с длиной волны более 50 м. Для таких
акустических волн волноводы (профили) с толщиной водного слоя 10-50 м
являются
мелкими
и
поэтому
значения
функции
TL( f , r )
определяются
батиметрическим профилем и пространственным распределением поля скорости
звука в дне, а вариации гидрологии не оказывают существенного влияния на
TL( f , r ) в этом диапазоне частот.
На Рис. 5.1 показаны спектры антропогенных шумов, синхронно измеренных в
районе Лунского залива во время проведения монтажных работ на платформе
«Лун-А» в июне 2006 г 49. Измерения были проведены с помощью четырех АПАР,
установленных на разном удалении платформы вдоль линии простирающейся в
48
Например, на частоте 3 кГц длина волны равна 50 см, таким образом, поверхностные волны
высотой более 50 см могут эффективно рассеивать акустическую энергию, что приводит к
увеличению потерь. Эффект приблизительно пропорционален частоте звука и длине трассы.
49
В данном отчете не рассматривается мониторинг установки верхней части платформы «ЛУН-А».
Тем не менее, результаты этого мониторинга дают хорошее представление об уровнях шумов при
проведении морских строительных работ.
Стр. 94
сторону берега. Графики G ( f ) , представленные на Рис. 5.1 количественно и
качественно характеризуют как спектр антропогенных акустических шумов,
генерируемых во время проведения таких работ, так и потери при их
распространении вдоль акустического профиля длиной 9 км и перепадом глубин
от 47 до 24 м. Согласно графикам, представленным на Рис. 5.1, в шумовом
спектре выделяются интенсивные узкополосные шумы в диапазоне 23-90 Гц и
тональные
компоненты
в
диапазоне
800
–
3000
Гц.
Интенсивность
широкополосных шумов в диапазоне частот 25-100 Гц увеличивается с ростом
частоты, примерно пропорционально 0.3 дБ/Гц, в диапазоне 100-500 Гц ее
значение стабилизируется и затем начинает уменьшаться пропорционально
− 0.005 дБ/Гц. На Рис. 5.1 хорошо видно, что в диапазоне 500-3000 Гц на
дистанции от 3 до 9 км широкополосные шумы и тональные компоненты затухают
пропорционально -3.3 дБ/км..
Рис. 5.1 - Спектры антропогенных акустических шумов, генерируемых
производственной деятельностью на платформе «Лун-А». Измерения
произведены синхронно с помощью четырех АПАР, установленных на
расстоянии - r от платформы.
Стр. 95
Рассеяние на неоднородностях рельефа дна приводит к неравномерному
распределению
акустической
энергии
в
водном
слое.
Пространственное
распределение скорости звука в водном слое и его вариации, вызываемые
приливными
течениями
и
внутренними
волнами,
оказывают
влияние
на
распространение звука, поскольку распределение скорости звука влияет на
пространственную
интерференционную
структуру
акустического
поля
в
волноводе. В определенных условиях из-за резонансного взаимодействия
распространяющегося
звука
с
пространственными
акустическими
неоднородностями, формируемыми внутренними волнами могут изменяться
значения потерь [Рутенко, 2006].
Функция зависимости потерь от частоты и расстояния – TL(f,r) может быть
оценена экспериментально при помощи излучения акустических сигналов с
известными параметрами и их приема с помощью АПАР [Борисов и др., 2005].
Влияние на точность оценивания значений TL(f,r) пространственной и частотной
интерференции, вызываемой межмодовым взаимодействием (или многолучевым
распространением), уменьшается за счет проведения излучения в дрейфе и
усреднения
в
третьоктавных
полосах.
Результаты
экспериментального
исследования потерь могут быть расширены при помощи моделирования. Таким
образом, для известного источника может быть оценен уровень формируемого им
звукового поля при его распространении вдоль заданной трассы с известным
распределением поля скорости звука C(z,r).
Одной из главных задач исследования потерь при распространении звука
являлось калибровка теоретических моделей с помощью, которых производились
расчеты
профилях
акустических
разными
полей
формируемых
«источниками»
с
на
исследуемых
известными
акустических
акустическими
характеристиками. Для этого акустические измерения проводились совместно с
гидрологическими, для подтверждения того, что гидрологические условия на
трассе значительно не изменились в ходе эксперимента. Батиметрическое
профилирование и вертикальные гидрологические зондирования в точках приема,
излучения и промежуточных точках (при необходимости), проводились на всех
акустических профилях. Гидрологические зондирования позволили построить
пространственные распределения поля скорости звука в водном слое для каждого
акустического профиля.
Стр. 96
На Рис. 5.2 показана карта района с указанием акустических профилей (трасс), на
которых в 2006 году были проведены исследования. Главной целью анализа
являлось
определение
экспериментальных
оценок
значений
потерь
при
распространении звука вдоль акустических профилей, излучения на которых
производились точках, расположенных на берегу – профили TLP-17 и TLP-18 и
мористее Пильтунского района кормления серых китов – TLP-13, TLP-14, TLP-15.
Еще один профиль простирался от места предполагаемой установки платформы
Аркутун-Даги к восточной границе Пильтунского района кормления 50.
50
Акустические профили разработаны с целью изучения особенностей распространения звука от
предполагаемых мест расположения индустриальных объектов путем построения функции
затухания TL(f,r) для чего производится излучения известного сигнала в нескольких точках на
каждом профиле.
Стр. 97
Рис. 5.2 - Карта района с указанием акустических профилей – TLP, на
которых в 2006 г. были проведены исследования TL( f ) .
Для оценки затухания звука АПАР устанавливались в заданных точках на
профиле (например, в точках акустического мониторинга PA-B-10 и PA-B-20 на
профиле TLP-13). Затем проводилось излучение тональных и широкополосных
сигналов в определенных точках трассы. В начале или в конце каждого излучения
проводилось вертикальное гидрологическое зондирование. После этого судно
Стр. 98
проходило вдоль трассы с проведением батиметрических и гидрологических
измерений от точки излучения до точки приема.
Одним из недостатков используемой методики измерения потерь является то, что
АПАР имеют слишком высокую чувствительность 51 для измерений сигналов,
излучаемых на близких дистанциях и, кроме того, они могут перегружаться
шумами, генерируемыми обеспечивающим исследования судном. В этом случае
использовались мини-АПАР, которые устанавливались рядом с АПАР и благодаря
пониженной чувствительности позволяли проводить точные измерения на
дистанциях менее 4 км от источника 52. Эксперименты с мини-АПАР проводились
по следующей схеме. Устанавливался АПАР-опер с точным (GPS) фиксированием
координат измерительного гидрофона. Судно с упреждением ложилось в дрейф и
с его борта опускался на глубину 10 м НЧ- излучатель и производилось
непрерывное излучение акустического сигнала с частотой 14 Гц и его гармоник.
Во время этих измерений с помощью GPS фиксировалось расстояние (время) от
излучателя до точки приема, что позволило построить графики, которые
количественно характеризуют формируемые излучателем акустические поля на
данных частотах в ближней зоне и их затухание при удалении (за счет дрейфа
судна) излучателя на дистанции до 1 км.
5.2.
Методика,
применяемая
при
анализе
результатов
измерений,
проведенных при исследованиях ближнего поля и потерь на TLP
Анализ результатов измерения потерь на распространение и экспериментальных
результатов измерения ближнего поля производился посредством сравнения
значений спектральной плотности мощности излучаемых с НИС Профессор
Богоров акустических сигналов, регистрируемых опорным гидрофоном, со
значениями, измеренными с помощью принимающих устройств: АПАР, миниАПАР,
измерительный
гидрофон,
АРБ.
Указанные
спектры
сигналов
рассчитывались с помощью БПФ по примерно синхронным акустическим 2
секундным реализациям длиной 65536 значений. В 2006 году была разработана и
реализована программа автоматического расчета потерь на распространение с
51
Коэффициент усиления АПАР специально подбирается для оптимального измерения фоновых и
антропогенных шумов.
52
Особый интерес представляют измерения потерь в инфразвуковом диапазоне на дистанциях до
1 км от источника.
Стр. 99
использованием
спектров
опорного
и
принятого
сигнала 53.
Программа
поддерживает пакетный режим обработки, управляемый файлом-расписанием
включения режимов излучения.
На первом этапе программа определяет частоты и амплитудные значения
спектральных пиков опорного сигнала. Далее находятся значения спектральной
плотности мощности, соответствующие им по частотам, спектральных пиков
принятого сигнала. Сторонние спектральные пики принятого сигнала и пики,
имеющие превышение амплитуды над спектром окружающих шумов менее 5 дБ,
отбрасываются.
Оставшиеся
значения
совмещаются
с
соответствующими
значениями опорного сигнала и формируют таблицу, позволяющую вычислить
потери сигнала при распространении.
Описанная процедура имеет незначительные вариации в зависимости от вида
излучаемого сигнала 54. На Рис. 5.3 представлен пример обработки эксперимента
с использованием низкочастотного сигнала с основной частотой 28Гц и набором
гармоник. При определении точных частот спектральных пиков опорного спектра
задается значение основной частоты и используется свойство эквидистантности
пиков, соответствующих гармоникам основной частоты, на частотной оси.
На Рис. 5.4 приведен пример обработки эксперимента с использованием
высокочастотного
излучателя
при
частотно-модулированном
(FM)
режиме
излучения. В данном случае, при нахождении точных частот спектральных пиков
опорного спектра, на первом шаге определяется положение пика, имеющего
наибольшую амплитуду (на Рис. 5.4 этому пику соответствует частота 6050Гц),
поиск расположения других пиков спектра вниз и вверх по частотной оси
выполняется с учетом того, что расстояние между пиками близко к частоте
свипирования.
53
Входными параметрами данной программы являются режим излучения (CW, LF, FM), начальное
время и длительность излучения, характерные частоты, временной сдвиг синхронизации спектров,
определяемый по включению одного из режимов излучения.
54
Тональный сигнал - CW, низкочастотный нелинейный сигнал - LF+harmonic, высокочастотный
ЧМ сигнал – FM
Стр. 100
Рис. 5.3 - Иллюстрация метода обработки низкочастотного режима
излучения.
Рис. 5.4 - Иллюстрация метода обработки частотно-модулированного
режима излучения.
В результате обработки получаем совокупность файлов, каждый из которых
соответствует определенному режиму излучения заданному в расписании,
Стр. 101
содержащих значения частот, значений спектральных пиков и значения потерь на
этих частотах. Далее эти таблицы объединяются в общий массив, и выполняется
его третьоктавное усреднение (см. Рис. 5.5).
Рис. 5.5 – Пример построения оценки TL(f) с помощь усреднения в
третьоктавных полосах.
5.3. Исследование особенностей ближнего поля, формируемого НЧ- и ВЧизлучателями
При построении оценки TL используется значение спектральной плотности
(уровень) акустического сигнала, измеренного с помощью опорного гидрофона
вблизи работающего излучателя, из которого затем вычитается (логарифмически)
спектральный уровень сигнала, измеренного АПАР на известном удалении от
излучателя. Известно, что на формирование низкочастотного поля «точечным»
излучателем оказывает влияние глубина моря в точке излучения, поскольку длина
акустической волны - λ больше глубины моря - Н . Например для звука с частотой
30 Гц
λ ≈ 50 м, а в большинстве точек излучения на акустических профилях
глубина моря меньше 30 м. Кроме того, на расстоянии 1 м от НЧ- излучателя
гидрофон может фиксировать реактивную составляющую, в формируемом им
акустическом поле, но известно, что она быстро затухает при удалении от
излучателя и на больших дистанциях активная составляющая значительно
превышает реактивную. Для генерирования высокочастотных сигналов мы
Стр. 102
применяем излучатель цилиндрической формы, длина которого больше λ и
поэтому
на
определенных
частотах
интенсивность
акустического
сигнала
измеряемого опорным гидрофоном может быть искаженна его собственной
диаграммой направленности. Поэтому важным пунктом научной программы
выполненной в экспедиции 2006 г. было исследование особенностей ближнего
поля,
формируемого
излучателями,
применяемыми
при
акустических
исследованиях на TLP. На Рис. 5.6 показана схема постановки мини-АПАР,
опорного гидрофона - «r = 1m» и двух исследовательских гидрофонов
используемых при пространственных измерениях на борту судна и в дрейфующем
Зодиаке.
На
Рис.
5.7
показан
излучающий
и
приемный
комплекс,
сфотографированный в одном из экспериментов. На рис. 5.7 видно, что при
измерениях с Зодиака мы использовали АРБ.
В соответствие с утвержденной программой в экспедиции были организованы и
проведены измерения в районах с глубинами 55: 95 м 56, 35 м, 25 м и 15 м. В этом
разделе
мы
приведем
некоторые
предварительные
результаты
анализа
эксперимента проведенного в море со средней глубиной равной 25 м. На Рис. 5.8
показана карта района, в котором был проведен эксперимент. На карте указаны
точки, в которых были установлены три мини-АПАР и проведены гидрологические
зондирования, а так же показаны траектории, по которым дрейфовали НИС
Профессор Богоров и Зодиак 57.
На Рис. 5.9, приведена сонограмма спектров и графики значений дисперсий
акустических сигналов измеренных мини-АПАР, установленным в точке Т.2 во
время дрейфа НИС Профессор Богоров с работающими излучателями по
траектории, показанной на Рис. 5.8. Эта точка выбрана для иллюстрации качества
полученных акустических данных потому, что судно продрейфовало в 100 м от
этого мини-АПАР и при этом данные были записаны без ограничения и с
достаточным отношением сигнал/шум. На Рис. 5.8 видно, что график значений
D(20-300Hz, t) на дистанциях r > 1км начинает варьировать в пределах 6 дБ, что,
по-видимому,
связано
с
пространственной
интерференцией
наиболее
55
Набор глубин был подобран таким образом, чтобы представить большую часть точек,
используемых для проведения экспериментов по изучению распространения звука.
56
На этой глубине мини-АПАР не устанавливались, поскольку она превышает предельную
конструктивную глубину установки станции.
57
В данном эксперименте было два дрейфа, но в данном отчете представлены результаты
анализа для высокочастотного излучателя для одного дрейфа. Остальные результаты будут
представлены в отдельном отчета после сбора и обработки данных по всем профилям TL.
Стр. 103
интенсивных излучаемых акустических сигналов (28 Гц и его гармоники). В двух
других частотных диапазонах на этих дистанциях наоборот можно отметить
уменьшение
флуктуаций,
т.е.
усреднение
сложного
относительно
высокочастотного акустического сигнала по частоте помогает исключить влияние
пространственной интерференции.
Стр. 104
Рис. 5.6 – Схема постановки измерительных средств во время проведения
исследований ближнего поля, формируемого излучателями.
Стр. 105
Рис. 5.7 – Приемно-излучающее оборудование, используемое при
исследованиях акустического ближнего поля.
Стр. 106
Рис. 5.8 – Карта района с указанием точек постановки трех мини-АПАР, точек
в которых были произведены гидрологические зондирования (Z1, Z2, Z3) и
траекторий, по которым дрейфовали НИС Профессор Богоров и Зодиак.
Стр. 107
Рис. 5.9 – Сонограмма спектров и графики значений дисперсии акустических
сигналов измеренных в заданных частотных диапазонах во время дрейфа
судна Профессор Богоров по траектории, показанной на Рис. 5.6 с
работающим излучающим комплексом (см. Рис. 5.7).
На Рис. 5.10а приведены графики значений функции потерь - TL(r ) для сигнала
CW-28Hz, построенные по результатам синхронных измерений, проведенных
тремя мини-АПАР. Эти графики количественно иллюстрируют отмеченные выше
пространственные вариации интенсивности, формируемого НЧ- излучателем
акустического поля. На этом рисунке видно, что формируемое перемещающимся
излучателем акустическое поле анизотропно, что, по-видимому, связано с
Стр. 108
рельефом дна и его акустическими свойствами. Например, в точке Т.2 первый
интерференционный минимум наблюдается на дистанции 1100 м. В точке Т.3 на
расстоянии 1400 м, а в точке Т.1 он практически не выражен. На Рис. 5.10b
показан
график
TL(r ) ,
полученный
в
результате
усреднения
всех
экспериментальных значений TL(r, CW-28Hz), полученных с помощью трех миниАПАР. На Рис. 5.9 показан график TL(r) построенный с помощью эмпирической
функции предложенной Мальме [Malme et. al 1986] и представленной в виде
формулы 5.1:
⎧− 20 log(r ),.................................................0 < r ≤ 100m
⎪
TL(r ) = ⎨− 10 log(r ) − 20 log(100m),..........................100 < r < 800m
⎪− 15 log(r ) − 10 log(800m) − 20 log(100m),.....r > 800m
⎩
(5.1)
На Рис. 5.11 приведены все экспериментальные значения TL(r, CW-28Hz),
измеренные во время дрейфа НИС Профессор Богоров и Зодиака по
траекториям, показанным на Рис. 5.8. Здесь необходимо отметить, что
измерительные гидрофоны трех мини-АПАР были установлены у дна на глубине
≈ 25 м. Опорный гидрофон находился на глубине 10.5 метров, поэтому во время
измерений на заданных дистанциях от излучателя судовой гидрофон опускался
на эту же глубину. На Рис. 5.11 видно хорошее совпадение между значениями
TL(r, CW-28Hz), измеренными с помощью разных измерительных средств на
одинаковых
дистанциях,
экспериментальных
но
графиков
следует
TL(r,
отметить
CW-28Hz)
от
существенные
отличия
эмпирического
графика
построенного по алгоритму предложенному Малме.
Результаты
подобного
формируемых
в
анализа,
данной
проведенного
акватории
для
широкополосным
акустических
ВЧ-
полей,
излучателем,
генерирующим с помощью свипирования частотно-модулированный акустический
сигнал, представлены на Рис. 5.12 и Рис. 5.13. На этих рисунках представлены
значения потерь в 1/3 октавной полосе с центральной частотой равной 3.15 кГц –
TL(r, FM-3.15kHz, df=1/3octave). Для данного частотного диапазона можно так же
отметить
удовлетворительное
совпадение
значений
TL(r,
FM-3.15kHz,
df=1/3octave), полученных с помощью разного типа измерений на примерно
одинаковых расстояниях до излучателя, а так же согласие эмпирической функции
Малме с экспериментальными значениями.
Стр. 109
Рис. 5.10 – Три графика зависимости потерь – TL(r ) для тонального сигнала
– CW-28Hz построенные по результатам синхронных измерений,
проведенных тремя мини-АПАР во время дрейфа судна Профессор Богоров
– (а.). Усредненный график - TL(r , CW − 28 Hz ) - (b.).
Стр. 110
Рис. 5.11 – Графики зависимости потерь – TL( r ) для тонального сигнала –
CW-28Hz построенные по результатам измерений, проведенных с помощью
трех мини-АПАР, установленных на дне, АРБ с гидрофоном, опущенным на
глубину 9 м с борта дрейфующего Зодиака и судового гидрофона
опускаемого на глубину 10.5 м с борта НИС Профессор Богоров на заданных
дистанциях от излучателя.
Стр. 111
Рис. 5.12 – Три графика зависимости потерь – TL(r, FM-3.15kHz, df=1/3oktave),
полученной с помощью широкополосного частоно-модулированного
акустического сигнала путем усреднения значений потерь в 1/3 актавной
полосе с центральной частотой равной 3.15 кГц – (а.). Усредненный график –
TL(r, FM-3.15kHz, df=1/3oktave) – (b.).
Стр. 112
Рис. 5.13 – Графики зависимости потерь – TL(r, FM-3.15kHz, df=1/3oktave),
построенные по результатам измерений, проведенных с помощью трех
мини-АПАР, установленных на дне, АРБ с гидрофоном, опущенным на
глубину 9 м с борта дрейфующего Зодиака и судового гидрофона
опускаемого на глубину 10.5 м с борта НИС Профессор Богоров на заданных
дистанциях от излучателя.
На
Рис.
5.14
–
представлены
результаты
гидрологических
измерений,
проведенных вблизи точек установки мини-АПАР (см. Рис. 5.8) сразу после
окончания акустического эксперимента. На этом рисунке видно, что во время
рассмотренного выше акустического эксперимента в море был хорошо выражен
сезонный термоклин залегающий на глубине ≈ 9 м, т.е. наш излучающий комплекс
находился как раз в термоклине, который характеризуется толщиной ≈ 6 м и
вертикальными градиентами: по температуре -0.75 оС/м, по скорости звука -2.3 с-1,
по солености 0.45 psu/м. Возможно небольшие отличая в значениях TL(r)
измеренных на дистанциях 100-300 м на горизонте 9 м с помощью дрейфующего
Зодиака и на дне с помощью 3 мини-АПАР (см. Рис. 5.13) объясняются
концентрацией акустической энергии волнового поля в придонном акустическом
канале верхней границей, которого является сезонный термоклин.
Стр. 113
Рис. 5.14 – Результаты гидрологических измерений, проведенных после
окончания акустического эксперимента.
5.4. Результаты экспериментальных и теоретических исследований
пространственной структуры акустического поля формируемого сигналом
ТОН-28 Гц в море глубиной 25 м.
Целью экспериментальных исследований изменения интенсивности акустического
поля, формируемого «точечным» источником на заданном акустическом профиле
является построение эмпирической функции - TL( f , r ) , которая позволяет оценить
потери при распространении акустического сигнала с частотой
f
в данном
волноводе при заданном положении источника. Результаты натурных измерений
могут быть расширены с помощью численной модели построенной для волновода
с подобными геометрическими размерами и акустическими параметрами. При
экспериментальных исследованиях TL( f , r ) важным параметром является оценка
интенсивности используемого источника звука. При моделировании излучатель
представляется
«точкой»,
а
уровень
генерируемого
им
поля
задается
интенсивностью на расстоянии 1 м, поэтому для согласования теоретических
значений
с
экспериментальными
данными,
в
эксперименте
пытаются
приблизиться к данной модели. Для этого необходимо, что бы геометрические
размеры излучателя были существенно меньше длины, генерируемых им
акустических волн, желательно, что бы излучатель имел форму подобную сфере,
Стр. 114
а опорный гидрофон был расположен на расстоянии «r = 1 м» от его края 58.
Поскольку обычно экспериментаторы стремятся развить и расширить натурные
данные с помощью теоретических моделей, то точность теоретических оценок
TL( f , r )
зависит
от
соответствия
теоретических
приближений
реальным
физическим измерениям и, прежде всего, опорным измерениям формируемого
излучателем волнового поля на расстоянии - «r = 1 м». Ниже приведены
результаты специальных экспериментальных и теоретических исследований
функции - TL( z, r , f ) в ближнем поле, формируемом морским НЧ- излучателем
работающим на частоте 28 Гц. Некоторые экспериментальные данные этого
эксперимента уже были представлены в разделе 5.3.1
На Рис. 5.15а приведена карта района и показаны траектории двух дрейфов НИС
Профессор Богоров с работающим на глубине 9 м излучателем и Зодиака с
опущенным на глубину 9 м измерительным гидрофоном - РЗодиак . Во время этих
дрейфов
на
борту
НИС
Профессор
Богоров
с
помощью
еще
одного
измерительного гидрофона - РБогоров , проводились пространственные измерения
интенсивности акустического поля формируемого излучателем, генерирующим
сигнал CW-28 Hz. На Рис. 5.15b приведены экспериментальные значения TL( z , r ) ,
измеренные с помощью гидрофонов опускаемых с борта судна - РБогоров и с борта
Зодиака - РЗодиак , а также показаны их теоретические значения (непрерывные
линии) рассчитанные для «точечного» излучателя генерирующего сигнал CW-28
Hz на глубине 9 м в водном слое акустического плоско слоистого волновода с
абсолютно отражающей верхней границей «вода-воздух» и поглощающей,
коэффициент отражения равен 0.67 нижней границей «вода-дно». Расчеты
проведены с использованием лучевой модели распространения звука в мелком
слое воды представленной в работе [Бреховских Л.М., 2003]. В данной модели
звуковое поле, формируемое заглубленным точечным излучателем в плоском
мелководном канале, представляется в виде суммы сигнала реального источника
и сигналов мнимых источников звука, представляющих многократное отражение
от поглощающего дна и свободной поверхности воды. Необходимо отметить, что
58
При решении практических задач, например, связанных с оценкой уровней акустических шумов,
формируемых в мелководном волноводе распределенным (судно) или групповым (несколько
судов) акустическим источником можно применить другую методику, например, предложенную в
работе [Круглов М.В. и др. 2006] , но
Стр. 115
Рис. 5.15 – Карта района с указанием точек постановки трех мини-АПАР и
траекторий двух дрейфов НИС Профессор Богоров и Зодиака – (а.).
Экспериментальные и теоретические вертикальные профили акустического
поля на разном удалении от излучателя – (b.).
Стр. 116
данная приближенная модель не учитывает вертикальную стратификацию
скорости звука в водном слое. При расчетах для обеспечения относительной
погрешности меньше 1% использовалось от 35 до 70 мнимых источников. На Рис.
5.15b видно хорошее согласие теоретических кривых с экспериментальными
данными. Поскольку глубина моря в точке излучения примерно равна половине
длины, генерируемой акустической волны, то ее энергия может эффективно
переноситься в водном слое первой модой. Действительно на Рис. 5.15b видно,
что для - TL( z, f = 28 Гц ) , измеренной на расстоянии 2 м от излучателя висящего
на горизонте 9 м, хорошо выражено сферическое расширение фронта,
интенсивность поля спадает пропорционально -20log(r), но уже на расстоянии
r ≥ 10 м формируется канальное распространение звука и, в соответствие с
волновой функцией первой моды, потери минимальны у дна. На расстоянии 1500
м от излучателя значения функции TL( z , r ) , в примерно однородном слое воды
под термоклином 59 изменяются от -50 дБ у дна до -55 дБ на горизонте 10 м, а у
поверхности моря на глубине 2 м потери составляют -68 дБ.
На Рис. 5.16а приведены графики значений функции потерь - TL(r ) для сигнала
CW-28Hz, построенные по результатам измерений, проведенных тремя миниАПАР во время двух дрейфов НИС Профессор Богоров, траектории которых
показаны на Рис. 5.15а. Графики соответствующие второму дрейфу показаны
штриховыми линиями, и они подтверждают ярко выраженную пространственную
анизотропию в формируемом акустическом поле, которая была отмечена в
разделе 5.3.1. Поскольку энергия колебаний с частотой 28 Гц переносится в
упругом дне продольными и поперечными волнами, то из-за разности скоростей
их распространения они интерферируют, кроме того, из-за отражения от
«акустически контрастных» границ в породах слагающих дно в водном слое может
наблюдаться дополнительная интерференция акустических волн прошедших
разные пути, что мы и наблюдаем на Рис 5.16а.
На рис. 5.16b приведены значения TL(r , f = 28 Гц ) , измеренные с помощью
гидрофона PБогоров опускаемого на горизонт 10.5 м с борта НИС, гидрофона РЗодиак
опущенного с борта Зодиака на горизонт 9 м, трех АПАР (значения TL(r , f = 28 Гц )
усреднены по трем точкам измерений) и показаны значения TL(r , f = 28 Гц ) ,
измеренные у дна с помощью гидрофона РЗодиак опускаемого с Зодиака. На Рис.
59
см. на Рис. 5.14 значения
С ( z ) на глубинах больше 10 м
Стр. 117
5.16b видно, что на дистанциях от 2 до 300 м измеренные значения
TL(r , f = 28 Гц )
хорошо
согласуются
с
результатами
численных
расчетов,
выполненных в рамках указанной лучевой модели. Это позволяет заключить, что
в
данном
интервале
расстояний
акустическая
энергия
преимущественно
канализируется слоем жидкости и поэтому дно можно считать пассивно
поглощающим.
В
интервале
расстояний
700-12000
м
экспериментальные
|
значения достаточно хорошо аппроксимируются функцией TL(r ) = −20 log(r 3 / 2 ) ,
описывающей
закон
спадания
интенсивности
промежуточный
между
цилиндрическим законом для слоя с абсолютно отражающим дном и сферическим
для безграничного однородного пространства.
Подобный закон спадания получен в рамках лучевой теории, в предположении
наличия
рефракции
лучей
и
применимости
их
некогерентного
сложения
[Бреховских и др., 2003].
Стр. 118
Рис. 5.16 – Графики зависимости потерь – TL(r ) для тонального сигнала –
CW-28Hz построенные по результатам измерений, проведенных тремя миниАПАР во время двух дрейфов судна Профессор Богоров по траекториям,
показанным на рис. 5.14а – (а.). Теоретические (линии) и экспериментальные
(точки) значения функции потерь построенные по результатам измерений
проведенных в данном эксперименте и при исследованиях TL на
акустических профилях TLP-8, TLP-9, TLP-13, проведенных в 2005 г. – (b.).
5.5. Результаты исследований TL(r,f) на профиле TLP-21
Данный профиль имеет протяженность равную 32 км, начинается на южной
границе Пильтунского района кормления серых китов и заканчивается в точке
установки в будущем платформы «P-Arkutun-Dagi» (см. карту на Рис. 5.2). На рис.
Стр. 119
5.17 показан батиметрический профиль и пространственное распределение
гидрологических
характеристик
на
этом
профиле
во
время
проведения
акустических измерений. На профиле, расположены 6 точек излучения: A, B, C, D,
E, P-Arkutun-Dagi удаленные от точки приема Piltun-S на 700 м, 1.7 км, 3.8 км, 7.6
км, 15.8 км и 31.5 км, соответственно. В точке Piltun-S с помощью АПАР и миниАПАР осуществлялся прием этих сигналов. На Рис. 5.18 приведены все
полученные в результате обработки по изложенной выше методике TL в
диапазоне частот 10-15000 Гц.
Для
уменьшения
влияния
пространственной
и
частотной
интерференции
экспериментальные значения TL(f) усреднялись в третьоктавных полосах частот.
Результаты такого усреднения показаны на Рис. 5.19. Затем по этим значениям
TL(f) построены графики их зависимости от расстояния – TL(f,r). На Рис. 5.20
показаны такие графики для частот 25 Гц, 126 Гц, 3.15 кГц, 12.6 кГц. Кроме того,
на этом рисунке приведена пунктирная кривая потерь, построенная по алгоритму
(5.1). На Рис. 5.17 видно, что для звука с частотой 125 Гц на дистанциях от 1 до 30
км
значения
потерь,
рассчитанные
по
алгоритму
(5.1)
согласуются
с
экспериментальными данными. Для звука с частотой 25 Гц экспериментальные
значения потерь примерно на 15 дБ больше, чем расчетные.
Стр. 120
Рис. 5.17 – Результаты гидрологических измерений, проведенных на
профиле TLP-21 во время акустических измерений – 12.08.2006 и 18.08.2006.
Стр. 121
Рис. 5.18 – Экспериментальные значения TL(f) для шести точек излучения
расположенных на TLP-21.
Рис. 5.19 – Графики значений TL(f), полученных в результате усреднения в
третьоктавных полосах частот акустических данных представленных на
Рис. 5.18.
Стр. 122
Рис. 5.20 - Графики значений TL, рассчитанных в четырех характерных
третьоктавных полосах частот, в зависимости от расстояния между
излучателем и точкой приема на профиле TLP-21.
5.6. Результаты исследований TL(r,f) на профиле TLP-14
На Рис. 5.2 показан акустический профиль, на котором 31.08.2006 г., 14.09.2006 г.
и 18.09.2006 г. были проведены акустико-гидрофизические измерения (рис 5.215.23). Данный профиль имеет протяженность равную 10 км и ориентирован с
востока
на
запад.
Акустические
сигналы
генерировались
излучателями,
опускаемыми на глубину 10 м с борта НИС Профессор Богоров, в семи точках
излучения (A, B, C, D, E, F и G). Прием производился в точках Odoptu-S-10 и
Odoptu-S-20 с помощью АПАР и мини-АПАР. На рис. 5.18-5.20 показан
батиметрический профиль и пространственное распределение гидрологических
характеристик на этом профиле во время проведения акустических измерений. На
Рис. 5.21 приведены все полученные в результате обработки по изложенной выше
методике значения TL в диапазоне частот 10-15000Гц.
Для
уменьшения
влияния
пространственной
и
частотной
интерференции
экспериментальные значения TL(f) усреднялись в третьоктавных полосах частот.
Результаты такого усреднения показаны на Рис. 5.25. Затем по значениям TL(f,
1/3 oct.) построены графики их зависимости от расстояния – TL(r, 1/3 oct.). На Рис.
Стр. 123
5.26 показаны такие графики для частот 25 Гц, 126 Гц, 3.15 кГц, 12.6 кГц. Кроме
того, на этом рисунке приведена пунктирная кривая потерь, рассчитанная по
алгоритму (5.1).
Рис. 5.21 – Результаты гидрологических измерений, проведенных на
профиле TLP-14 во время акустических измерений – 31.09.2006.
Стр. 124
Рис. 5.22 – Результаты гидрологических измерений, проведенных на
профиле TLP-14 во время акустических измерений –14.09.2006.
Стр. 125
Рис. 5.23 – Результаты гидрологических измерений, проведенных на
профиле TLP-14 во время акустических измерений – 18.09.2006.
Стр. 126
Рис. 5.24 – Экспериментальные значения TL(f), измеренные в точках приема
Odoptu-S-10 и Odoptu-S-20, расположенных на профиле TLP-14.
Стр. 127
Рис. 5.25 – Графики значений TL(f), полученных в результате усреднения в
третьоктавных полосах частот акустических данных представленных На
Рис. 5.24.
Стр. 128
Рис. 5.26 - Графики значений TL, рассчитанных в четырех характерных
третьоктавных полосах частот, в зависимости от расстояния между
излучателем и точкой приема Odoptu-S-10 – (a.) и Odoptu-S-20 – (b.).
5.6. Результаты исследований TL(r,f) на профиле TLP-15
На Рис. 5.2 показан акустический профиль, на котором 8.09.2006 г. были
проведены акустико-гидрофизические измерения (рис. 5.27). Данный профиль
Стр. 129
имеет протяженность равную 10 км и ориентирован с востока на запад.
Акустические сигналы генерировались излучателями, опускаемыми на глубину 10
м с борта НИС Профессор Богоров, в семи точках излучения (A, B, C, D, E, F и G).
Прием производился в точках Odoptu-N-10 и Odoptu-N-20 с помощью АПАР и
мини-АПАР. На Рис. 5.27 показан батиметрический профиль и пространственное
распределение гидрологических характеристик измеренных на этом профиле во
время проведения акустических измерений. На Рис. 5.28 приведены все значения
TL полученные в результате анализа акустических измерений, проведенного по
изложенной выше методике, в диапазоне частот 10-15000Гц.
Для
уменьшения
влияния
пространственной
и
частотной
интерференции
экспериментальные значения TL(f) усреднялись в третьоктавных полосах частот.
Результаты такого усреднения показаны на Рис. 5.29. Затем по этим значениям
TL(f, 1/3 oct.) построены графики их зависимости от расстояния – TL(f,r). На Рис.
5.30 показаны такие графики для частот 25 Гц, 126 Гц, 3.15 кГц, 12.6 кГц. Кроме
того, на этом рисунке приведена пунктирная кривая потерь, построенная по
алгоритму (5.1).
Стр. 130
Рис. 5.27 – Результаты гидрологических измерений, проведенных 8.09.2006
на профиле TLP-15 во время акустических измерений.
Стр. 131
Рис. 5.28 – Экспериментальные значения TL(f), измеренные 8.09.2006 в
точках приема Odoptu-N-10 (а.) и Odoptu-N-20 (b.), для семи и четырех точек
излучения, соответственно, расположенных на профиле TLP-15.
Стр. 132
Рис. 5.29 – Графики значений TL(f), полученных в результате усреднения в
третьоктавных полосах частот акустических данных представленных на
Рис. 5.28.
Стр. 133
Рис. 5.30 - Графики значений TL на профиле TLP-15, рассчитанных в четырех
характерных третьоктавных полосах частот, в зависимости от расстояния
между излучателем и точкой приема Odoptu-N-10 – (a.) и Odoptu-N-20 – (b.)
5.7. Результаты исследований TL(r,f) на профиле TLP-13
На Рис. 5.2 показан акустический профиль TLP-13, на котором 5.08.2006 г. были
проведены акустико-гидрофизические измерения. Данный профиль простирается
на 11 км от точки установки платформы «PA-B» до 10 м изобаты расположенной в
Стр. 134
прибрежном Пильтунском районе кормления серых китов. Акустические сигналы
генерировались излучателями, опускаемыми на глубину 10 м с борта НИС
Профессор Богоров, в шести точках излучения (A, B, D, E, F и G). Прием
производился в точках PA-B-10 и PA-B-20 с помощью АПАР и мини-АПАР. На Рис.
5.31 показан батиметрический профиль и пространственное распределение
гидрологических
характеристик
измеренных
на
этом
профиле
во
время
проведения акустических измерений. На Рис. 5.32 приведены все значения TL
полученные в результате анализа акустических измерений, проведенного по
изложенной выше методике, в диапазоне частот 10-15000Гц.
Для
уменьшения
влияния
пространственной
и
частотной
интерференции
экспериментальные значения TL(f) усреднялись в третьоктавных полосах частот.
Результаты такого усреднения показаны на Рис. 5.33. Затем по этим значениям
TL(f, 1/3 oct.) построены графики их зависимости от расстояния – TL(f,r). На Рис.
5.34 показаны такие графики для частот 25 Гц, 126 Гц, 3.15 кГц, 12.6 кГц. Кроме
того, на этом рисунке приведена пунктирная кривая потерь, построенная по
алгоритму (5.1).
Стр. 135
Рис. 5.31 – Результаты гидрологических измерений, проведенных 05.08.2006
на профиле TLP-13 во время акустических измерений.
Стр. 136
Рис. 5.32 – Экспериментальные значения TL(f), измеренные 5.08.2006 на
акустическом профиле TLP-13 в точках приема PA-B -10 - (а.) и PA-B-20 - (b.).
Стр. 137
Рис. 5.33 – Графики значений TL(f), полученных в результате усреднения в
третьоктавных полосах частот акустических данных представленных на
Рис. 5.29.
Стр. 138
Рис. 5.34 - Графики значений TL на профиле TLP-13, рассчитанных в четырех
характерных третьоктавных полосах частот, в зависимости от расстояния.
Стр. 139
6. Исследование потерь при генерировании сейсмических волн на берегу
Известно, что освоение Одоптенского месторождения будет проводиться с берега
с помощью наклонного бурения и поэтому была поставлена задача, провести
специальные исследования потерь при распространении в море низкочастотных
колебаний, генерируемых на берегу. Для этих исследований в ТОИ ДВО РАН был
разработан и изготовлен низкочастотный резонансный излучатель сейсмических
волн электромагнитного типа – SLFT. Его подробное описание представлено в
разделе 2.3 (см. Рис. 2.18). В данной главе приводятся некоторые результаты
испытаний SLFT, проведенных в июне 2006 г. в бухте Витязь (Японское море) 60.
Далее приводятся результаты комплексных прибрежно-морских экспериментов
проведенных в Одопту на сейсмо-акустических профилях TLP-17 и TLP-18.
6.1. Испытания излучателя сейсмических волн на шельфе Японского моря в
бухте Витязь
На Рис. 6.1а видно, что в бухте Витязь (см. Рис. 6.2а) излучатель был установлен
на песчаном пляже вблизи уреза воды. В данном эксперименте он был настроен
на резонансную частоту равную 24.3 Гц. Измерения, генерируемых им волн
производились с помощью гидрофона опускаемого в пластиковую бутыль с водой,
закапанную в землю или просто опускаемого на дно в море при перемещении
вдоль берега, или по пирсу перпендикулярно берегу. Данный гидрофон был
связан с измерительно-регистрационным комплексом (см. раздел 2.3) кабельной
линией длиной 100 м. Для синхронных измерений на больших дальностях
применялись два цифровых радиогидроакустических буя – D.1 и D.2, которые
были установлены у противоположного берега бухты на дистанциях 2.7 и 2.2 км,
соответственно (см. Рис. 6.1b и Рис. 6.2а). На Рис. 6.2b видно, что в диапазоне
частот 10-30 Гц уровень акустических шумов регистрируемых D.1 примерно на 25
дБ выше, чем у D.2. Это объясняется близостью населенного пункта и работой
механизмов на небольшом судне, стоящем на якоре не далеко от точки
постановки D.1. Тем не менее, во время работы SLFT его сигнал – ТОН-24.3Гц
(CW-24.3Hz) был синхронно измерен в обеих точках, показанных на Рис. 6.1а и на
краю пирса - расстояние 60 м.
На Рис. 6.2b видно, что в этом эксперименте потери относительно опорного
гидрофона установленного на дне (глубина 2 м) на расстоянии 60 м от излучателя
60
На мысе Шульца вблизи бухты Витязь ТОИ ДВО РАН располагает экспедиционной базой
Стр. 140
составляют D.2 (r = 2.14 км) - ≈ 40 дБ; D.1 (r = 2.64 км) - ≈ 49 дБ. На Рис. 6.3а
видно, что на расстоянии 20 м от излучателя уровни акустических сигналов
измеренных в море возле уреза воды и на дне в море, а также на берегу
примерно равны и относительные потери составляют 40 дБ.
Рис. 6.1 – Низкочастотный резонансный излучатель сейсмических волн –
SLFT, установленный на берегу в бухте Витязь (Японское море) – (а.).
Цифровой радиогидроакустический буй – D.1, установленный в море во
время натурных испытаний SLFT – (b.).
Стр. 141
Рис. 6.2 – Карта района - (а.) и результаты синхронных акустических
измерений – (b.).
Стр. 142
Рис. 6.3 – Зависимость уровня, формируемого излучателем акустического
сигнала от дистанции – r и акустических параметров трассы – (а.), а также
при удалении – h от поверхности моря (h = 0) к дну (h = 2 м) – (b.).
Стр. 143
На дистанции 40 м уровень сигнала в море примерно на 12 дБ превышает
уровень сигнала измеренного возле уреза воды и на 20 дБ превышает уровень
сигнала измеренного на берегу. Необходимо отметить, что на дистанциях более
20 м в графиках соответствующих измерениям, проведенным в море уровень поля
начал спадать примерно пропорционально -0.27 и -0.63 дБ/м, причем в море
уровень измеренного сигнала на дистанции 50 м выше, чем у берега на 20 дБ.
Согласно Рис. 6.3b интенсивность, сформированного излучателем в водном слое
акустического поля уменьшается на 15 дБ при подъеме к поверхности моря.
6.2. Результаты акустических исследований на профиле TLP-18
На Рис. 6.4а приведена карта района с указанием акустического оборудования и
точек, в которых оно было установлено во время исследований на сейсмоакустическом профиле TLP-18, которые были проведены в период с 3 по 7
сентября 2006 г. На Рис. 6.4b показан профиль дна и пространственное
распределение поля температуры и скорости звука, построенные по результатам
батиметрических и гидрологических измерений проведенных 3 сентября 2006 г. на
морском участке сейсмо-акустического профиля TLP-18. На Рис. 6.5 показано
место установки SLFT в этом эксперименте. Подробное описание используемого в
этом эксперименте оборудования представлено в разделе 2, поэтому перейдем
сразу к обсуждению результатов проведенных измерений. На Рис. 6.6а показано
место установки опорного гидрофона, которое было принято, как – «r = 1м». Все
остальные расстояния измерялись с помощью рулетки и GPS относительно
центра SLFT. На Рис. 6.6b, приведен спектр сигнала измеренного с помощью
гидрофона находящегося в пластиковой емкости с водой и установленной в точке
– «r = 1м» во время работы излучателя с максимальной мощностью.
Спектральный анализ проведен с частотным разрешением равным 0.25 Гц, но
значения спектральной плотности приведены к полосе 1 Гц. Мы полагаем, что
поскольку гидрофон находится в воде, то мы в праве использовать его
калибровку 61 и поэтому приводим значения спектральной плотности мощности
измеренного им сигнала в дБ отн. 1 мкПа2/Гц. Результаты измерений проведенных
с помощью сейсмоприемника – Vz мы будем приводить в относительных
единицах, т.е. размерность - дБ отн. 1 мкПа2/Гц имеет отношение только к спектру
сигнала измеренного с помощью гидрофона. Кроме того, в экспериментах мы
61
Это предположение будет проверено экспериментально в экспедиции 2007 года.
Стр. 144
применяли
три
режима
излучения
соответствующие
малой,
средней
и
максимальной мощности излучения.
Рис. 6.4 – Карта района с указанием «точек» приема и излучения
акустических и сейсмических волн на профиле TLP-18 – (а.). Рельеф дна и
распределение температуры и скорости звука на морской части сейсмоакустического профиля TLP-18 – (b.).
На
Рис.
6.7
приведены
графики,
иллюстрирующие
пространственное
распределение интенсивности, формируемого излучателем акустического поля в
радиусе
равном
10
м.
Графики
построены
по
результатам
измерений,
проведенных с помощью гидрофона находящегося в пластиковой емкости с
водой, которая последовательно с шагом 1 м переставлялась по ямкам
Стр. 145
расположенным вдоль линии простирающейся от излучателя к урезу воды. На
Рис. 6.7 видно, что интенсивность акустического поля формируемого SLFT на всех
частотах максимальна на расстоянии 2 м, а не в точке «r = 1м», причем для
сигнала CW-28Hz разница составляет примерно 6 дБ.
На Рис. 6.8 приведены результаты подобных измерений проведенных на сейсмоакустическом профиле TLP-17. В этом случае максимальный уровень сигнала с
частотой 27 Гц был зафиксирован на расстоянии 3 м, а для сигнала CW-81Hz на
расстоянии 4 м, поэтом во всех экспериментах при оценке потерь мы будем
использовать опорные уровни излучаемых сигналов, измеренных на расстоянии –
«r = 1м» 62.
На Рис. 6.9 показана береговая часть сейсмо-акустического профиля TLP-18 и
приведены фотографии «точек», в которых были проведены акустические
измерения. Высота – h определялась с помощью GPS относительно точки
излучения (см. Рис. 6.5). На Рис. 6.10 показаны спектры сигналов синхронно
измеренных в точке р.0-5 удаленной от излучателя на 870 м. На Рис. 6.9 и Рис.
6.10 видно, что точка р.0-5 находиться на краю болота граничащего с заливом
Пильтун, т.е. на одном уровне с излучателем. А между ними перешеек с
обрывистым западным и восточным берегом. Его высота в точке р.0-3 равна 8 м.
Несмотря на наличие «чужих» узкополосных сигналов и фоновых помех
тональный сигнал – CW-28Hz, генерируемый SLFT и его первая гармоника
надежно разрешаются в спектре сигналов синхронно измеренных обоими типами
акустических приемников. Графики G ( f ) представленные на Рис. 6.10 и Рис. 6.11
позволяют произвести количественный сравнительный анализ и обсудить
особенности распространения этих колебаний на суше. Интенсивность сигнала
CW-28Hz, измеренного в точке р.0-5, почти на 20 дБ выше, чем в точке р.0-4,
которая хоть и ближе к излучателю на 172 м, но расположена на высоте 6 м (см.
Рис.
6.9).
По-видимому,
энергия
данного
сигнала
переносится
волнами,
распространяющимися в слое «вечной мерзлоты» и поэтому при удалении от его
верхней границы их интенсивность быстро уменьшается.
62
Возможные неточности измерений опорного уровня излучателя в ближнем поле могут привести
к ошибкам в оценке затухания звука на профилях. В 2007 году планируется провести отдельный
эксперимент для изучения ближнего поля сейсмоизлучателя.
Стр. 146
Рис. 6.5 – SLFT, установленный на сейсмо-акустическом профиле TLP-18
в точке р.0 (см. Рис. 6.4а).
Стр. 147
Рис. 6.6 – Точка – «r = 1m» и спектр сигнала, измеренного в ней с помощью
гидрофона, во время работы SLFT с максимальной мощностью.
Стр. 148
Рис. 6.7 – Интенсивности акустических сигналов измеренных с помощью
гидрофона перемещаемого с шагом 1 м от работающего излучателя в
сторону моря.
Рис. 6.8 – Интенсивности акустических сигналов измеренных с помощью
гидрофона на сейсмо-акустическом профиле TLP-17 (Odoptu-S).
Стр. 149
Рис. 6.9 – Береговая часть сейсмоакустического профиля TLP-18.
Стр. 150
Рис. 6.10 – Автономный измерительно-регистрационный комплекс и спектры
акустических сигналов измеренных в точке р.0-5 во время работы SLFT.
Стр. 151
Рис. 6.11 – Спектры сигналов измеренных в точках р.0-4 и р.0-3.
Стр. 152
На Рис. 6.12 приведена карта района с указанием сейсмо-акустических профилей
и «точек», в которых производилось излучение и прием акустических сигналов. В
Табл. 6.1 представлены результаты анализа акустических данных, полученных
при излучении сигнала CW-28Hz в точке р.0, показанной на Рис. 6.5.
Оценки потерь – TL сделаны по сигналам, уровень которых в точке приема
превышал фон не менее чем на 4-6 дБ. Для примера, такой сигнал показан на
Рис. 6.13.
Рис. 6.12 – Карта района с указанием «точек», в которых излучались и
принимались акустические сигналы.
Стр. 153
Таблица 6.1 – Результаты исследований TL на профиле TLP-18.
Odoptu-N
Date &
Time
TL, dB
F, Hz
(2006)
p.0-5
870 m
p.0-4
698 m
p.0-3
460 m
p.0-2
238 m
p.1
1.2 km
p.2,
Od-N-10
1.8 km
p.3
2.4 km
p.4
Od-N-20
3.2 km
p.6
5 km
A9
6.3 km
Od-S-20
11 km
–57
–56
–58
–78
–80
–80
–83
–79
–82
Oct. 3
28
–56
–59
16:08
56
–52
–56
–57
Oct. 3
28
–53
–57
–54
–56
22:10
56
–47
–53
–57
–57
Oct. 4
28
–54
–56
–53
–56
–71
–54
–57
–54
–57
–62
–50
–54
–57
–57
08:19
Oct. 5
28
–71
16:24
56
–62
Oct. 6
28
–73
56
–80
Average
28
–73
Average
56
–80
–95
–72
–95
–72
–57
Стр. 154
Рис. 6.13 – Спектры акустических сигналов измеренных в точке А9, во время
работы SLFT на профиле TLP-18 – график черного цвета и после его
выключения – график красного цвета.
Из Табл. 6.1 видно, что потери при распространении сигналов на суше значительно
выше,
чем
в
море.
Например,
интенсивность
сигнала
CW-28Hz
при
распространении до точки р.0-5 (r = 870 м) уменьшилась на 73 дБ, что
эквивалентно потерям при распространении колебаний данной частоты до точки
А9 (r = 6.3 км). Необходимо отметить пространственную анизотропию в функции
потерь – TL(f,r). При распространении колебаний в море, например точка р.6 (r = 5
км) потери составили -58 дБ, а при распространении вдоль берега до точки приема
А9 (r = 6.3 км) они достигли -79 дБ. Этот сигнал был принят и в точке Odoptu-S-20 (r
= 11 км) с потерями равными -82 дБ. Поскольку длина акустической волны данной
частоты в воде равна, примерно 60 м, а глубина моря вдоль рассмотренных трасс
была меньше 25 м, то, по-видимому, вклад акустических водных мод в перенос
Стр. 155
энергии колебаний данной частоты по сравнению с донными модами незначителен
и TL, в основном, должны определяться акустическими свойствами дна.
Эксперименты с SLFT, проведенные на шельфах Японского и Охотского морей
показали, что с его помощью мы можем весьма эффективно, генерировать
низкочастотные колебания на песчаном пляже, которые формируют акустические
поля, как на суше, так и в море с уровнями достаточными для точных измерений.
Акустические сигналы с этими же частотами мы применяем при исследованиях TL
на морских акустических профилях (см. раздел 4) и поэтому представляет интерес
сравнить значения TL при генерировании акустических сигналов с этими же
частотами в воде и их приеме на берегу. Такой эксперимент был сделан 6
сентября на сейсмо-акустическом профиле TLP-18. НИС Профессор Богоров встал
на якорь в точке р.5 (см. Рис. 6.4) и с его борта на глубину 10 м был опущен НЧизлучатель. Прием осуществлялся на берегу сначала в точке р.0, а затем в точке
р.0-1 (см. Рис. 6.9). Результаты статистического анализа этих измерений
представлены в Табл. 6.2 из которой видно, что в этом случае потери на
распространение для сигнала CW-28Hz составили -85 и -87 дБ, соответственно.
Согласно данным приведенным в Табл. 6.1 при генерировании такого сигнала на
берегу и приеме в точках р.4 (r = 3.2 км) и р.6 (r = 5 км) потери составили всего ≈ 57 дБ.
Таблица 6.2. – Результаты исследований TL. НИС Профессор Богоров стоит
на якоре в точке р.5, НЧ- излучатель на глубине 10м, глубина моря 24м.
f, Гц
TL, дБ
p.0, r = 4 km
p.0-1, r = 4.13 km
28
-85
-87
26
-93
-94
30
-93
-109
34
-93
-105
Стр. 156
6.3. Результаты исследований на сейсмо-акустическом профиле TLP-17
Экспериментальные исследования на профиле TLP-17, карта которого приведена
на Рис. 6.14, проводились в период с 30 августа по 1 сентября 2006 г. На Рис. 6.15
показано место установки SLFT в этом эксперименте. На Рис. 6.15 видно, что
пологий рельеф берега на профиле TLP-17 резко отличается от берега на профиле
TLP-18 (cм. Рис. 6.5). На Рис. 6.8 приведены результаты исследований
пространственных характеристик ближнего (r ≤ 145 m) поля, формируемого SLFT в
данном районе из которого видно, что при распространении по берегу на
дистанции 145 м потери относительно опорной точки – «r = 1 м» для сигнала CW27Hz составляют ≈ -57 дБ.
На Рис. 6.16 показана «точка», в которой планируется постановка буровой
платформы. На этом же рисунке приведены графики спектров сигналов
измеренных в этой точке с помощью гидрофона - Р и сейсмоприемника – Vz во
время работы излучателя. Согласно натурным данным, представленным на Рис.
6.8 и Рис. 6 16 потери – TL при распространении колебаний возбуждаемых SLFT на
песчаном берегу до точки «P-Odoptu-S» составили:
•
для сигнала CW-27Hz - -71 дБ;
•
для сигнала CW-54Hz - -70 дБ;
•
для сигнала CW-81Hz - -75 дБ.
Результаты анализа потерь при распространении сигнала CW-27Hz, генерируемого
в
точке
р.0
вдоль
морской
части
сейсмо-акустического
профиля
TLP-17
представлены в Табл. 6.3 из которой видно, что на этом профиле потери примерно
на 15 дБ выше чем на профиле TLP-18 (см. Табл. 6.1.). В тоже время, потери при
распространении сигнала CW-27Hz от точки р.0 на профиле TLP-17 до точки
Odoptu-N-20 (r = 10 км) и от точки р.0 на профиле TLP-18 до точки Odoptu-S-20 (r =
11 км), соответственно равны -79 и -82 дБ.
Стр. 157
Рис. 6.14 – Карта района с указанием «точек» приема и излучения
акустических и сейсмических волн на профиле TLP-17 – (а.). Рельеф дна и
распределение температуры и скорости звука на морской части сейсмоакустического профиля TLP-17 – (b.).
Стр. 158
Рис. 6.15 – SLFT, установленный на сейсмо-акустическом профиле TLP-17
в точке р.0 (см. Рис. 6.14).
Стр. 159
Рис. 6.16 – Планируемое место постановки буровой платформы и спектры
сигналов записанных в этой «точке» во время работы SLFT в точке р.0 (r =
190 м).
Стр. 160
Таблица 6.3 – Результаты исследований TL на профиле TLP-17.
Odoptu-S
6.4.
TL, dB
f, Hz
p.1
0.8 km
p.2,
Od-S-10
1.5 km
p.3
2 km
p.4
Od-S-20
3.3 km
p.6
5 km
Od-N-10
9.8 km
Od-N-20
10 km
27
–66
–72
–70
–73
–75
–85
–79
Результаты
теоретических
исследований
функции
потерь
на
сейсмоакустическом профиле TLP-18 (TLP-15).
В
данном
разделе
низкочастотного
приведены
акустического
поля
результаты
численного
формируемого
на
моделирования
сейсмоакустическом
профиле TLP-18 «точечным» излучателем с частотой 28 Гц, установленным на
берегу в точке p.0 на глубине 2 м и в море на глубине 10 м в точке p.5 (см. Рис.
6.4а). На Рис. 6.17 более подробно показан измеренный профиль дна и
пространственное распределение поля скорости звука в водном слое, которое
построено по результатам гидрологических измерений, проведенных на этом
профиле 8.09.2006 г.
Рис. 6.17 – Сейсмоакустический профиль TLP-18 – (a.). Профиль дна и
пространственное распределение скорости звука – C(z,r), построенное по
результатам гидрологических зондирований, проведенных 8.09.2006 г. – (b.).
Стр. 161
В случае расположения источника на берегу в точке p.0 расчет проводился как в
сторону моря до точки p.6, расположенной на расстоянии 5 км от источника, так и в
противоположную сторону до точки p.0-5, расположенной на расстоянии 870 м от
источника.
Моделирование
акустического
поля
производилось
с
помощью
программы RAMS 63 в двухслойном волноводе – водный слой расположен над дном
с упругими свойствами. Геометрия и используемые акустические параметры
волновода приведены на рис. 6.18a 64. Программа RAMS не допускает возможности
изменения количества слоев в волноводе 65, поэтому для моделирования
распространения акустического поля на берегу была подобрана минимально
возможная толщина верхнего водного слоя. Оказалось, что эта толщина не может
быть меньше двух шагов сетки по вертикали, что при величине шага сетки 0.2 м
составляет 0.4 м. Пространственное распределение песка в данном волноводе
моделируется с помощью ступенчатой функции, которая заканчивается на
дистанции r = 3 км, что примерно соответствует выходу на глубинах более 15 м
«твердых» пород. Источник звука - S расположен в грунте на расстоянии 50 м от
уреза воды в точке r = 0 м, на глубине 2 м. Точки, в которых с помощью гидрофонов
АПАР и ЦРБ были, произведены акустические измерения во время работы
сейсмоизлучателя, показаны на Рис. 18, как R.1,…,R.5.
Напомним, что как в теории, так и в эксперименте под величиной акустического
поля, формируемого излучателем в волноводе в точке (r,z) мы понимаем
отношение
10 ⋅ lg( I (r , z ) / I (" r = 1м" , z = z S )) .
Эту
величину
также
называют
потерями (Transmission Loss) и обозначают TL. На Рис. 6.18b приведены
измеренные значения TL в точках R.1, … R.5 (см. Табл. 6.4) и графики TL(r,
z=zR1),…, TL(r, z=zR5),
рассчитанные по модели. При построении результатов
моделирования было проведено сглаживание мелкомасштабных осцилляций
TL(z,r), вызываемых интерференцией распространяющихся в дне продольных и
поперечных волн. Для этого был применен алгоритм скользящего среднего с окном
равным 100 м.
63
Программа RAMS (Range Dependant Acoustic Model - Seismic) обеспечивает вычисление
акустического поля, генерируемого тональным точечным источником звука в двумерно
неоднородном океаническом волноводе с упругим дном методом широкоугольного параболического
уравнения.
64
В настоящий момент программа RAMS допускает моделирование только в двухслойном
неоднородном волноводе.
65
Слой в волноводе характеризуется скачкообразным изменением параметров среды на его границе.
Стр. 162
На Рис. 6.18b и в Табл. 6.4 видно, что модельные данные хорошо согласуются с
результатами натурных измерений.
Таблица 6.4 - Результаты теоретических исследований TL с помощью
SLFT на профиле TLP-17 (источник звука на берегу).
TL, dB
R.1
R.2
R.3
R.4
R.5
Experiment
-54
-57
-57
-54
-57
Model
-54.2
-56
-57
-54
-60
Difference
0.2
1
0
0
3
Рассмотрим потери при распространении звука из моря в сторону берега.
Геометрия и акустические параметры волновода приведены на Рис. 6.19a.
Значения этих параметров те же, что и в предыдущем примере, но источник звука
S расположен на глубине 10 м в точке r = 0. В таблице 6.5 приведены результаты
натурных
измерений
и
моделирования
для
акустических
приемников
расположенных у дна в море – R.2, R.1 и на берегу – R.0 и R.0-1.
Таблица 6.5 - Результаты теоретических исследований TL с помощью LF на
профиле TLP-17 (источник звука в море).
TL, dB
R.2
R.1
R.0
R.0-1
Experiment
-68
-70
-85
-87
Model
-65
-67.5
-88
-87.5
Difference
-3
-2.5
3
0.5
Стр. 163
Рис. 6.18 - Результаты численного моделирования в неоднородном
волноводе – (а.) акустического поля, формируемого точечным источником,
расположенным на берегу в точке p.0. Значения потерь - TL измеренных в
пяти точках приема R.1,…R.5 и теоретические графики - TL(r , z = const ) - (b.).
Акустическое поле, формируемое береговым излучателем в данном
модельном волноводе, рассчитанное с помощью широкоугольного
параболического уравнения – (с.).
Стр. 164
Рис. 6.19 - Результаты численного моделирования в неоднородном
волноводе – (а.) акустического поля, формируемого точечным источником,
расположенным в водном слое на глубине 10 м в «точке» p.5. Значения
потерь - TL измеренных в четырех точках приема: R.2, R.1, R.0, R.0-1 и
теоретические графики - TL(r , z = const ) - (b.). Акустическое поле, формируемое
излучателем в данном модельном волноводе, рассчитанное с помощью
широкоугольного параболического уравнения – (с.).
Стр. 165
На рис. 6.19b и в Табл. 6.5 видно, что и в этом случае результаты моделирования
достаточно хорошо согласуются с результатами измерений.
При сохранении в модельном волноводе на поверхности водного слоя глубиной 40
см
представляется
возможным,
с
помощью
данного
широкоугольного
параболического уравнения, рассчитать потери при распространении сигнала CW28Hz, генерируемого сейсмическим излучателем на «суше» 66. Анализ результатов
натурных
измерений,
представленных
в
разделе
6.2
(см.
Табл.
6.1),
свидетельствует об относительно хорошем распространении этих колебаний в
данном районе, что, по-видимому, объясняется наличием на суше слоя «вечной
мерзлоты» расположенного близко к поверхности. Данное явление было учтено
при моделировании волновода, показанного на Рис. 6.20а, с помощью введения
пространственной
акустической
неоднородности
с
соответствующими
акустическими параметрами. Для сравнения на Рис. 6.20b и в Табл. 6.6 приведены
результаты измерений и расчета TL. Известно, что в натурном эксперименте
приемники R.0-3 и R.0-4 находились на высоте 8 и 6 м относительно «уровня
моря». В настоящее время мы это не можем учесть в нашем модельном
волноводе, поэтому в Табл. 6.6 экспериментально измеренные значения потерь
сравниваются с расчетами, проведенными для приемника расположенного на
глубине 1 м и соответственно ошибка для приемника R.0-4 достигает величины 21
дБ. Приемник R.0-5 был установлен на низком берегу залива Пильтун - на «уровне
моря» (см. Рис. 6.9) и поэтому результаты вычислений хорошо согласуются с
натурными данными.
Таблица 6.6 - Результаты теоретических исследований TL с помощью SLFT на
профиле TLP-18 (источник звука в море).
TL, dB
R.0-2
R.0-3
R.0-4
R.0-5
Experiment
-71
-72
-95
-73
Model
-67
-69
-74
-74
Difference
-4
-3
-21
1
66
Мы полагаем, что 40 см слой воды не оказывает существенного влияния на распространение в
данном модельном волноводе колебаний с частой 28 Гц.
Стр. 166
Рис. 6.20 - Результаты численного моделирования в неоднородном
волноводе – (а.) акустического поля, формируемого точечным источником,
расположенным в грунте в точке p.0. Значения потерь - TL измеренных в
четырех точках приема: R.0-2, R.0-3, R.0-4, R.0-5 и теоретический график TL(r , z = 1м) - (b.). Акустическое поле, формируемое сейсмическим
излучателем в данном модельном волноводе, рассчитанное с помощью
широкоугольного параболического уравнения – (с.).
Стр. 167
7. Оценка значений дисперсии и спектральных плотностей мощности
акустических шумов, измеренных вблизи (напротив) береговых пунктов
наблюдения за серыми китами
Одной из важных задач полевого сезона 2006 года было измерение акустических
шумов вблизи береговых постов наблюдения за поведением серых китов.
Результаты этих наблюдений представлены в отчете биологической группы [Гэйли,
2007] 67.
В 2006 году наблюдение за поведение китов велось с шести наблюдательных
станций. Где это было возможно, АПАР устанавливались напротив станций
наблюдения на 10 м изобате. В Табл. 7.1 приводится список станций наблюдения
за поведением китов и соответствующих им точек акустического мониторинга.
Табл. 7.1 - Береговые станции наблюдения за поведением китов и
соответствующие им точки акустического мониторинга.
67
Станция
Точка акустического
наблюдения
мониторинга
North Station
4
BEH-North
A10
Odoptu Station
2
BEH-Odoptu
A9
Station 07
6
Odoptu-N-10
12
2nd Station
3
Odoptu-S-10
10
1st Station
5
Odoptu-PA-B
9
South Station
1
PA-B-10
7
Группе наблюдения за поведением китов были переданы результаты специального анализа
акустических данных, измеренных во время их наблюдения за китами. Возможно, взаимный анализ
поведения китов и вариаций значений дисперсии акустических шумов, измеренных в частотном
диапазоне 20-15000 Гц, позволит установить пороги влияния акустических шумов на серых китов
или сделать выводы о том, что данные уровни акустических шумов не изменили обычного
поведения серых китов во время их кормления.
Стр. 168
7.1.
Вариации значений дисперсии и спектральной плотности мощности
акустических шумов, измеренных вблизи (напротив) береговых пунктов
наблюдения за китами
Для оценки вариаций уровней дисперсии и спектрально плотности мощности
акустических шумов в Пильтунской зоне кормления серых китов компании JASCO
Research Ltd. (Канада) были переданы одноминутные оценки спектральной
плотности мощности, усредненные в третьоктавных полосах в диапазоне 20 Гц –
15 кГц. Эти оценки рассчитывались по результатам измерений, записанным на
жестких дисках АПАР, устанавливаемых в точках мониторинга, показанных на Рис.
7.1 в течение периода проведения морских строительных работ. АПАР вели
непрерывную запись данных в течение двухнедельного периода, по окончании
которого станции поднимались на борт судна для копирования данных и
перезарядки батарей. Это занимало до нескольких часов, в течение которых
измерения не производились и данные отсутствуют. В некоторых точках АПАР
устанавливались в течение части периода проведения морских строительных
работ.
В
Табл.
7.2
указаны
временные
интервалы,
в
течение
которых
производились измерения шумов в точках мониторинга, расположенных внутри и
на границе Пильтунской зоны кормления.
Таблица 7.2 – Периоды, в течение которых производились измерения в
точках мониторинга в Пильтунской зоне кормления серых китов и на ее
границе.
Стр. 169
Для проведения многомерного совместного статистического анализа акустических
данных и данных группы наблюдения за поведением серых китов уровни шумов
были смоделированы в узлах регулярной пространственной сетки в пределах
Пильтунской
зоны
кормления.
Для
повышения
точности
численного
моделирования использовались данные натурных измерений, проведенных при
помощи АПАР. Моделирование опиралось на основное предположение, что
источники шумов были сконцентрированы в районах проведения морских
строительных работ – в районе платформ ПА-А и ПА-Б и морского трубопровода
СЭИК. Подобный анализ позволит определить возможную корреляцию между
уровнями
шумов,
генерируемых
морскими
строительными
работами
и
изменениями параметров поведения серых китов в Пильтунской зоне кормления.
Эта методика была опробована на данных акустического мониторинга и
наблюдения за поведением в 2005 году [Gailey et. al. 2006].
Стр. 170
Рис. 7.1 – Карта с указанием точек мониторинга и станций наблюдения за
поведением серых китов, данных из которых будут использованы для
совместного многомерного статистического анализа.
Стр. 171
На Рис. 7.2 приводится графики спектральной плотности мощности в полосе 1 Гц и
усредненной в 1/3-октавных полосах для точки РА-В-10 в 14:14 25-го августа 2006
года. Данные были переданы для проведения многомерного анализа группе
наблюдения за поведением серых китов.
Рис. 7.2 – Графики спектральной плотности мощности акустических шумов в
полосе 1 Гц и усредненной в 1/3-октавных полосах измеренных в точке РА-В10 в 25-го августа 2006 года в 14:14.
Стр. 172
8. Акустические характеристики судна Профессор Богоров и парусномоторной яхты Надежда
Во
время
полевого
сезона
2006
г.
впервые
акустические
исследования
проводились с помощью научно исследовательского судна (НИС) ДВО РАН
Профессор Богоров (15 июня – 25 сентября), а НИС Академик Опарин был
задействован
в
биологической
программе
исследований,
которая
так
же
проводилась на северо-восточном шельфе о. Сахалин, в период с 15 августа по 7
октября 2006 г. В соответствие с планом полевых работ и согласованными
рекомендациями НИС Профессор Богоров и Академик Опарин осуществляли
переходы и специальные маневрирования, в том числе, и в районах кормления
серых китов. В экспедициях 2004 и 2005 г. были проведены специальные
исследования акустических шумов, генерируемых НИС Академик Опарин, а также
Зодиаком
группы
фотоидентификации.
Результаты
этих
представлены в отчетах [Карнаухов и др., 2005], [Круглов
исследований
и др., 2006]. Ниже
приведены результаты натурных измерений акустических шумов, генерируемых
НИС Профессор Богоров и парусно-моторной яхтой Надежда во время их
маневрирований вблизи границ Пильтунского района кормления серых китов.
8.1. Результаты измерений акустических шумов, генерируемых судном
Профессор Богоров
Рассмотрим
результаты
спектрального
генерируемых НИС Профессор Богоров
анализа
акустических
шумов,
во время проведения им одной из
типовых работ на акустическом профиле TLP-6 22 сентября 2006 г. На Рис. 8.1а
показана карта района с указанием точки А4, в которой с помощью мини-АПАР
были проведены измерения акустических шумов, генерируемых НИС Профессор
Богоров во время его движения по указанному маршруту. На маршруте движения
судна
отмечены
«точки»
с
указанием
следующих
характеристик:
время
прохождения ее судном, скорость движения, глубина моря, расстояние до точки
приема – А4. На Рис. 8.1b приведена сонограмма спектров G ( f , t ) и графики
вариаций значений дисперсий D(Δf , t ) , рассчитанных для диапазонов частот от 5
до 5000 Гц и от 5 до 15000 Гц. На Рис. 8.1b видно, что значения дисперсии
акустических шумов – график D(Δf , t ) , генерируемых НИС Профессор Богоров во
время «торможения» (15:05) на расстоянии 1600 м от точки А4, примерно равны их
значениям во время прохождения судна на расстоянии 250 м (14:57) и на 14 дБ
Стр. 173
превышают
значения
соответствующие
равномерному
движению.
Данные
измерения показали, что при движении НИС Профессор Богоров со скоростью 7
узлов в море глубиной 16 м интегральный (в полосе 5-15000 Гц) уровень,
генерируемых им акустических шумов на расстоянии 1 км не превышает 125 дБ.
На Рис. 8.2 показаны спектры акустических шумов, измеренных в точке А4 во
время движения НИС Профессор Богоров в «точках»: 14:53 – до А4 ≈ 860 м прямо
по курсу; 14:57 – примерно траверз, до А4 ≈ 250-220 м; 15:05 – точка А4 осталась
за кормой на расстоянии ≈ 1600 м, но судно начало торможение. Согласно Рис. 8.2
в спектре шумов, генерируемых НИС Профессор Богоров на частотах меньше 150
Гц выделяются тональные и узкополосные шумовые сигналы уровни которых не
превышают 107 дБ отн. 1 мкПа2/Гц. В широкополосных шумах можно выделить
диапазон 160 – 1100 Гц, в котором уровни шумов максимальны. На частотах выше
1500 Гц уровни измеренных шумов быстро уменьшаются с удалением судна от
точки приема. Например, из сравнения графиков G ( f )
14:50 и 15:05 (Рис. 8.2)
видно, что на частоте 3 кГц разница в уровнях измеренных шумов равна ≈ 20 дБ, а
на частоте 14 кГц она уже достигает 40 дБ.
Стр. 174
Рис. 8.1 - Схема эксперимента – (а.). Сонограмма спектров и графики
значений дисперсий акустических шумов измеренных в точке А4 во время
движения НИС Профессор Богоров по указанному маршруту – (b.).
Стр. 175
Рис. 8.2 - Спектры акустических шумов, измеренных в точке А4 (см. Рис. 8.1а)
во время движения судна Профессор Богоров по профилю TLP-6.
8.2. Уровни акустических шумов, генерируемых парусно-моторной яхтой
Надежда
Вечером 22 июля в прибрежный Пильтунский район кормления серых китов
пришла парусно-моторная яхта Надежда (см. Рис. 8.3) и встала на якорь вблизи
точки акустического мониторинга PА-B-20. Из-за сильного тумана яхта была не
видна с Пильтунского маяка, а аномально высокий уровень акустических шумов,
регистрируемых в данной точке мониторинга, вызвал тревогу. НИС Профессор
Богоров прибыло в этот район для выяснения причины резкого повышения шумов
и встало на якорь в точке показанной на Рис. 8.4а. После продолжительных
переговоров по УКВ связи яхта подняла якорь и перешла в более удаленную от
PA-B-20 точку. Это маневрирование яхты Надежда показано на Рис. 8.4а. На Рис.
8.4b,с приведены результаты анализа акустических шумов измеренных в точке РАВ-20 во время данных маневрирований. Здесь необходимо отметить, что точка
акустического мониторинга РА-В-20 расположена в 8 км от основания платформы
Стр. 176
РА-В. В это время несколько судов проводили работы по его укреплению, поэтому
в сонограмме G ( f , t ) и в графике G ( f ) - 21:36 хорошо выражены низкочастотные и
высокочастотные тональные компоненты, генерируемые этими судами. В это
время - 21:36 яхта Надежда стояла на якоре. На Рис. 8.4b хорошо виден момент
запуска машины яхты Надежда. В это время значение дисперсии акустических
шумов в полосе частот 10-15000 Гц увеличилось на 9 дБ, а когда яхта начала
движение ее величина достигла значения 134 дБ отн. 1 мкПа2. Из сравнения
графиков представленных на Рис. 8.1b, Рис. 8.2, Рис. 8.4b,с видно, что парусномоторная яхта Надежда при движении от двигателя, генерирует акустические
шумы уровни, которых превышают уровни шумов, генерируемых в подобных
условиях НИС Профессор Богоров. Поскольку яхта Надежда при маневрированиях
на границах и в Пильтунском районе кормления серых китов осуществляет
движение от двигателя то, по-видимому, она оказывает большее негативное
влияние на серых китов, чем НИС Профессор Богоров.
Рис. 8.3 – Парусно-моторная яхта Надежда.
Стр. 177
Рис. 6.4 – Карта района с указанием точки акустического мониторинга – PA-B20, точек якорных стоянок и маршрута движения яхты Надежда – (а.).
Сонограммы спектров и графики значений дисперсии – (b.); спектры – (с.)
акустических шумов, измеренных в точке А4 во время маневрирований
парусно-моторной яхты Надежда.
Стр. 178
9. Результаты анализа гидрологических измерений
Основное влияние на гидролого-акустические свойства вод и биологическую
продуктивность на мелководном шельфе северо-восточного Сахалина, в частности
у заливов Чайво и Пильтунский, оказывают следующие факторы:
•
•
•
•
динамика придонного слоя высокой плотности, который формируется в
зимний период на шельфе за счет конвекции и осолонения (вытекания
рассола) при льдообразовании;
ветровое перемешивание, особенно во время действия ветров южного и
северного направления, которые приводят к образованию вдоль побережья
апвеллинга и ветрового нагона, соответственно;
вертикальное и горизонтальное перемешивание, связанное с приливными
явлениями. Их интенсивность увеличивается во время сизигийных приливов,
когда возможно полное разрушение стратификации;
размеры и динамика стоковой линзы р. Амур, где температура воды выше, а
соленость ниже, чем у охотоморских шельфовых вод и на границах которой
образуются фронтальные разделы.
Исследованию этих факторов и были посвящены гидрологические измерения в
полевом сезоне 2006 года. Гидрологические работы в районе северо-восточного
шельфа острова Сахалин в последние три года проводились английским зондом
“Valeport SV EXTRA” (см. Рис. 2.21) 68. Этот зонд оборудован датчиками давления,
температуры, электропроводности и скорости звука. Датчик электропроводности на
отдельных гидрологических станциях выдавал неправильные значения, и поэтому
8 августа он был заменен новым 69.
9.1. Пространственная и временная изменчивость основных гидрологических
характеристик в исследуемом районе.
Океанографические работы проводились на северо-восточном шельфе острова
Сахалин в районах кормления серых китов и углеводородных месторождений,
которые
разрабатываются
в
соответствие
с
международными
проектами
«Сахалин-1» и «Сахалин-2».
68
Подробное описание зонда приводится в отчете [Борисов и др., 2006]
В случае появления сбойных значений электропроводности, соленость вычислялась с
использованием скорости звука, давления и температуры. В штатном режиме соленость
вычисляется по значениям температуры, давления и электропроводности.
69
Стр. 179
Рис. 9.1 - Район исследований и точки, в которых были произведены
гидрологические зондирования в 2004-2005 (черным) и 2006 (красным) годах.
Стр. 180
В целом натурные данные были получены с акватории, протянувшейся вдоль
северо-восточного побережья о. Сахалин от Луньского залива до г. Оха, что
составляет примерно 250 км по меридиану (см. Рис. 9.1). Шельфовая зона в
данном районе характеризуется широкой отмелью, большую часть которой
выстилают пески, с отдельными пятнами более мелких алевро-песчанистых
осадков вблизи лагун Чайво и Ныйская [Бровко и др., 1999].
В 2006 году были выполнены несколько гидрологических съемок и отдельных
разрезов, как от берега, так и вдоль него. Измерения проводились в разные фазы
прилива и в различных метеорологических условиях. Всего было выполнено 518
гидрологических зондирований, 372 на НИС Профессор Богоров и 146 с борта
НИС Академик Опарин, из них 23 были сделаны 11-13 сентября в соответствие с
планом совместных («синхронных») гидрологических измерений и еще 123
зондирования были выполнены во время отбора проб на бентос. Все съемки,
состоящие из 6-7 разрезов каждая, выполнялись в дни, когда влияние прилива
было минимально (квадратурный прилив) или на малой воде после отлива.
На Рис. 9.2 приведено распределение гидрологических характеристик на первом
разрезе, выполненном 20 июня между берегом и платформой Lun-A.
В этом районе наблюдается характерная для апвеллинга структура вод, со слабо
выраженным термоклином на горизонтах 5-10 м, низкой температурой (1.6-2.8 ºС) и
высокой соленостью (31.6-32.2 psu) на поверхности моря. На самой дальней
станции разреза, на глубине более 30 м, отмечены отрицательные значения
температуры воды (чуть меньше 0 ºС) и соленость более 32.4 psu, это вода,
образовавшаяся в холодное время года. Апвеллинг в этом районе обусловлен
воздействием
антициклонического
вихря,
который
был
отмечен
в
работе
[Пищальник, Архипкин, 1999].
Стр. 181
Рис. 9.2 - Распределение T(r,z), S(r,z) и C(r,z) на разрезе от побережья до
платформы Lun-A, 20 июня 2006 г.
На Рис. 9.3 показаны пространственные распределения температуры воды на
поверхности моря и у дна в конце июня. На этом же рисунке приведена карта с
распределением температуры воды у дна построенная по результатам измерений
проведенных в августе 2005 года. Данные распределения построены по
результатам
гидрологических
зондирований
проведенных
на
разрезах:
от
платформы Lun-A до платформы Моликпак (20-23 июня), вдоль 20 м изобаты,
примерно от зал. Чайво до зал. Одопту (24-25 июня), от устья Пильтунского залива
до PA-B и обратно (25 июня).
Стр. 182
Рис. 9.3 - Распределение температуры воды на поверхности моря - (a.) и у
дна - (b.). Точки гидрологических зондирований, проведенных в период с 2125 июня 2006 г, - (a.). Распределение температуры воды у дна построенное по
результатам гидрологических измерений проведенных в августе 2005 г. - (c.).
Температура воды на поверхности моря изменялась от 1 до 10 ºС. Пятна холодной
и более соленой воды, с практически однородной структурой от поверхности до
дна, шириной до 20 км находились у побережья между Пильтунским заливом и
заливом Чайво и от залива Набиль к югу. Следует отметить, хорошо выраженное
образование в виде языка подходящего к побережью между заливами Чайво и
Набиль, которое характеризуется более теплой в поверхностном слое (>6º С) и
менее соленой водой. По-видимому, это воды, выносимые из заливов во время
весеннего таяния снега на Сахалине. Кроме того, в июне стояла ясная солнечная
погода и на мелководье вода хорошо прогревалась.
Стр. 183
На границах этих образований наблюдались фронты по температуре и солености.
На границе холодных пятен температура воды изменялась на 2-4 ºС, а соленость
изменялась с 30 до 32 psu у Пильтунского залива. Напротив залива Набиль
соленость изменялась с 30.6 до 31.8 и температура воды с 6 до 3 ºС (Рис. 9.4).
Обычно [Красавцев и др., 2001] летом (в июле) фронт, разделяющий относительно
пресные воды (обусловленные стоком Амура) от более соленых шельфовых вод,
находится северо-восточнее Ныйского залива. По сравнению с июлем 2005 года
[Круглов и др., 2006] в 2006 г. температура воды на поверхности моря была в
основном ниже, а соленость выше.
На Рис. 9.3 и Рис. 9.4 видно, что у дна изолинии температуры и солености воды
расположены практически параллельно побережью, с глубиной температура воды
уменьшается до отрицательных величин, а соленость увеличивается от побережья
с 32 до 32.8 psu, с пятнами у выходов из заливов, где она колеблется от 31.1 до 32
psu.
Вдоль побережья, от Пильтунского залива до залива Набиль в июне находились
более теплые воды (2-3.5 оС), которые поступают из этих заливов. В этом районе
воды с отрицательными значениями отмечены на глубинах более 40-50 м, а в
районе прибрежных впадин на горизонтах больше 35 м. Напротив северной
половины Пильтунского залива изотерма 0 ºС подходила к 20 м изобате, а к югу от
зал. Набиль она проходила вдоль 50 м изобаты.
Стр. 184
Рис. 9.4 - Распределение солености воды на поверхности моря и у дна
построенное по результатам зондирований проведенных 21-25 июня 2006 г.
Высокая соленость вблизи побережья, где происходит вынос практически пресных
вод из заливов, объясняется поступлением придонных соленых вод к берегу во
время прилива и в результате апвеллинга, а распресняющее влияние выносимых
вод сказывается только в поверхностном слое. На Рис. 9.3 видно, что в конце июня
2006 г. воды у дна с отрицательной температурой находились примерно на таком
же расстоянии от побережья, как и в августе 2005 г. При этом значения
Стр. 185
температуры воды за нулевой изотермой были чуть выше, а в прибрежной полосе
примерно на 2 ºС ниже чем в августе 2005 г. Фронт по солености, отмеченный в
июле 2005 года у зал. Чайво, в конце июня 2006 г., находился напротив южной
части Пильтунского залива, где соленость на поверхности моря изменялась от 30
до 32.2 psu. Пятно распресненных вод на поверхности напротив Ныйского залива,
по-видимому, обусловлено выносом пресных вод из заливов во время весеннего
паводка, в том числе и самой крупной рекой северного Сахалина – Тымью.
1 июля в районе залива Чайво, в котором 21-23 июня наблюдалось пятно холодных
и соленых вод была измерена максимальная температура воды на поверхности
моря равная 12 ºС. Поверхностный однородный слой с температурой более 10º С
достигал глубины 3 м, а по солености (менее 26 psu) глубины 5 м. При этом у дна
температура воды была равной 5 ºС, а соленость 29 psu, это были воды,
вынесенные из заливов.
На повторном разрезе выполненном в этот же день
вечером температура воды в верхнем слое уменьшилась до 8-9 ºС, а соленость
увеличилась, теплое и распресненное пятно, которое наблюдалось на дневном
разрезе было унесено приливом (Рис. 9.5).
В результате интенсивного прогрева поверхностных вод и поступления более
теплых и менее соленых амурских вод из Сахалинского залива, к середине июля
образовался гидрологический фронт и по температуре (10-6ºC) и по солености (2831 psu) у залива Чайво
(Рис. 9.6), так же как и в июле 2005 года.
При этом
придонный слой воды с отрицательной температурой находился за 40 метровой
изобатой и начинался с горизонта 12-15 м.
В конце июля, и в первой половине августа синоптическая ситуация над Охотским
морем привела к тому, что в районе работ постоянно был южный ветер от
умеренного
до
сильного.
В
результате
к
31
июля
вдоль
побережья
сформировалась зона апвеллинга, которая протянулась как минимум от Чайво до
Охи. На разрезе (Рис. 9.7), выполненном 30 июля с юга на север хорошо видно, что
гидрологический фронт по солености еще сместился на юг и находился напротив
Ныйского залива. Однако между заливами Чайво и Пильтунским в результате
апвеллинга образовался новый фронтальный раздел по температуре (3-6 ºС) и по
солености (30-28 psu). Между этими фронтами находились трансформированные
Стр. 186
амурские воды, достигающие глубины 10 м, с соленостью менее 28 psu и
температурой воды более 8 ºС.
Рис. 9.5 - Распределение T(r,z), S(r,z), построенное по результатам
зондирований проведенных 1 июля 2006 г. во время акустических работ на
TLP-6 у залива Чайво.
Стр. 187
Рис. 9.6 - Распределение температуры воды - (a.) и солености - (b.) на
поверхности моря и у дна - (с,d). На рисунке – (а.) показаны точки, в которых
16-18 июля 2006 г были проведены данные гидрологические измерения.
Стр. 188
Рис. 9.7 - Распределение T(r,z), S(r,z), построенное по результатам
зондирований проведенных 30 июля 2006 г. в точках показанных на разрезе,
простирающемся от точки акустического мониторинга – Лунское до устья
залива Пильтун.
К северу от залива Чайво наблюдается зона апвеллинга, в которой температура
воды понизилась до 2-3 ºС, а соленость увеличилась до 30 psu и более (Рис. 9.7).
31 июля разрез был продолжен вдоль 20 метровой изобаты на север до залива
Одопту (Рис. 9.8.). Вдоль всего Пильтунского залива и севернее в прибрежной зоне
(как минимум до 30 м изобаты) находилась холодная (менее 2.5 ºС) и соленая
(более 31.2 psu) вода с минимальной температурой менее 1.5 ºС и соленостью
более 31.4 psu в районе более глубоких впадин.
Стр. 189
Рис. 9.8 - Распределение T(r,z), S(r,z) и положение точек зондирований
проведенных 31 июля 2006 г. на разрезе, простирающемся вдоль 20 м
изобаты от устья залива Пильтун до устья залива Одопту.
По времени начало апвеллинга совпало с квадратурным приливом, когда
амплитуда прилива и течения минимальны. Холодная вода заполнила всю
прибрежную полосу от залива Чайво до Охи. На Рис. 9.9 показана зона апвеллинга
в первой половине августа, построенная по данным гидрологических зондирований
проведенных в период с 29 июля по 13 августа.
Таким образом, в первой половине августа 2006 г. гидрологические условия
существенно отличались, от того же периода 2005 года. В 2005 г. в этом районе
Стр. 190
шельфа
наблюдалась
линза
из
амурских
трансформированных
вод
и
кратковременные (до 2 дней) апвеллинги и даунвеллинги с более высокой
температурой воды в поверхностном слое моря [Круглов и др., 2005]. Кроме этого в
результате
анализа
информации
со
спутников
NOAA-12,
NOAA-17,
предоставленных центром спутниковой информации при ИАПУ ДВО РАН удалось
выявить еще два периода в августе 2005 г., когда в прибрежной области
наблюдался апвеллинг: 5-6 и 19-21 августа (Рис. 9.10, 9.11).
Рис. 9.9 - Карта распределения температуры и солености воды на
поверхности моря во время апвеллинга с 29 июля по 13 августа.
По данным наблюдений проведенных в 2005 г. на платформе Моликпак с 30 июля
по 5 августа и с 17 по 21 августа наблюдался южный ветер с максимальной
среднесуточной скоростью 8 м/с и более. В первый период пятно холодных вод
находилось вдоль заливов Чайво и Пильтунского, во второй же период на север от
Пильтунского залива до м. Елизаветы.
Стр. 191
Рис. - 9.10 - Поверхностная температура воды 6 августа во время апвеллинга
и 8 августа после него, по спутниковым снимкам, сделанным в 2005 г.
Во второй период по данным гидрологических зондирований проведенных в
прибрежной области до глубины 25 м находилась вода с температурой от 3 до 5.5
ºС. Ширина полосы холодных вод менее 5.5 ºС на поверхности моря изменялась от
5 до 10 км.
Во второй половине августа 2006 г., когда начали появляться ветра северного и
западного
направлений
и
в
данный
район
снова
начали
подходить
Стр. 192
трансформированные
распространились
амурские
вплоть
до
воды.
залива
К
середине
Набиль,
куда
сентября
сместился
эти
воды
фронт
по
температуре и солености (Рис. 9.12). При этом температура воды на поверхности
моря была выше, чем в конце июля (> 10-13 ºC). 11-13 сентября у Пильтунского
залива в результате апвеллинга вновь образовался фронтальный раздел по
температуре (6-10 ºС) и солености (31-29 psu) вдоль залива на расстоянии 18-25
км, от залива Чайво до залива Одопту, где он имел широтное направление (Рис.
9.13).
Рис. 9.11 - Температура поверхности моря по спутниковым данным
19 и 20 августа 2005 года.
Стр. 193
Рис. 9.12 - Распределение температуры и солености воды, на разрезе в
районе платформы Моликпак, 29 августа 2006 г.
Стр. 194
Рис. 9.13 - Распределение температуры и солености воды, построенные по
результатам зондирований, проведенных в точках показанных на данном
рисунке в период 11-13 сентября 2006 г.
Интенсификация вдольберегового потока в южном направлении, связанная с
изменениями в атмосферной циркуляции и перестройка полей температуры и
солености началась только в конце второй декады сентября. В начале сентября
после прохождения циклонов и начала действия ветров северного и западного
Стр. 195
направления поверхностный однородный слой вдоль побережья увеличился до 1015 м, что меньше на 5-10 м по сравнению с этим же периодом в 2005 г.
В районе Одопту на глубине менее 15 м находилась однородная по температуре
вода - 10-12 ˚С (14-15 сентября). Толщина этого однородного слоя все еще
существенно зависит от фазы прилива, при этом вода с отрицательными
значениями температуры отмечена на глубинах более 60 м (Рис. 9.14).
Рис. 9.14 - Распределение температуры и солености воды на разрезе,
выполненном 13 сентября 2006 г.
Стр. 196
9.2. Влияние прилива и межгодовая изменчивость температуры воды
На разрезе, выполненном 30 июня при штилевой погоде из моря к Ныйскому
заливу во время прилива хорошо виден процесс поступления соленых (>32 psu) и
холодных (<3.5 ºС) вод к побережью и выход их на поверхность моря. При этом
теплые поверхностные воды (>10 ºС) отошли от побережья (Рис. 9.15). В
результате противоположно направленных движений на поверхности моря и у дна
и вертикального движения воды у побережья, напротив Пильтунского залива и
залива Чайво образовались пятна воды с более высокой соленостью (> 32 psu) и
низкой температурой воды (<3 ºС) на поверхности моря. Известно, что
интенсивность вертикального перемешивания существенно зависит от фазы
прилива и усиливается во время сизигийных приливов, когда возможно полное
разрушение стратификации.
Как уже было отмечено [Круглов и др., 2005] питание и развитие донных бентосных
сообществ, которыми в свою очередь, питаются серые киты, зависит от
функционирования пищевой цепочки состоящей из фито и зоопланктона, на
развитие которых оказывает существенное влияние наличие в воде биогенных
веществ, кислорода, а также океанологических параметров (температура и
соленость воды, приливы и ветровые течения). Одной из важнейших характеристик
влияющих на развитие бентоса в летнее время на шельфе Сахалина является
температура воды, оказывающая активируещее или ограничивающее влияние на
биологическую продуктивность: на распространение и время нереста различных
видов, созревание икры и личинок, интенсивность роста молоди [Гершанович,
1982]. Особенно это относится к температуре воды в придонном слое, который во
время апвеллинга и в результате приливных движений выходит на прибрежное
мелководье
и
поднимается
к
поверхности
моря.
В
зависимости
от
метеорологических условий в холодный период года и соответственно условий
ледообразования у побережья Сахалина, температура холодного придонного слоя
может существенно отличаться в разные годы. Следовательно, неблагоприятные
температурные условия, особенно в период нереста, могут резко лимитировать
численность последующих поколений донных бентосных сообществ. На Рис. 9.16
показано распределение температуры в придонном слое воды по данным
измерений проведенных в первой половине августа в 2004, 2005 и 2006 года.
Стр. 197
Рис. 9.15 - Распределение T(r,z), S(r,z), а также положение станций на разрезе
от Ныйского залива в море, 30 июня 2006 г.
На рисунке хорошо видно, что температура воды у дна к середине августа в 2005
году была примерно на 2 градуса холоднее в южном морском районе и на 4
Стр. 198
градуса холоднее у Пильтунского залива, чем в 2004-м году. А в 2006-м она была
еще холоднее на 2-3 градуса во всей прибрежной области. В середине августа
2004 года вода с отрицательными значениями температуры была отмечена только
напротив выхода из Пильтунского залива на глубине более 40 метров. В это же
время в 2005 году, вода с отрицательными значениями температуры, наблюдалась
вдоль всего побережья, начиная с глубины 35 метров, а в 2006 году изотермы 0 и 1 ºС в районе выхода из Пильтунского залива находились еще ближе к берегу.
Рис. 9.16 - Температура воды у дна в первой половине августа в 2004, 2005 и
2006 г.
9.3. Динамика амурской стоковой линзы
В летнее время года сток реки Амур через северный фарватер Амурского лимана
поступает в Сахалинский залив Охотского моря. В период паводков наблюдается
вынос вод из залива за северную оконечность острова Сахалин. Далее эти воды
вовлекаются в поток Восточно-Сахалинского течения и распространяются вдоль
восточного побережья острова. Между весенним и летне-осенним паводками
положение стоковой линзы р. Амур стабилизируется и ее площадь существенно не
Стр. 199
изменяется. Интенсивность вертикального перемешивания в линзе существенно
зависит от фазы прилива и усиливается в период с низким меженным стоком
Амура. На границах линзы, наблюдаются значительные градиенты по температуре
и солености. Граница шлейфа распресненных вод прослеживалась по резкому
изменению цвета воды - от коричневатого к темно синему [Жабин и др., 2005].
В районе исследований расположены несколько заливов с относительно пресной
водой – Набиль, Ныйский, Чайво и Пильтун. Стоком вод из этих заливов, а не
только прямым влиянием
стока р. Амур можно объяснить распреснение в
прибрежных районах близких к выходам из заливов.
В 2006 году в районе работ линза трансформированных амурских вод появилась в
середине июля. На разрезе, выполненном напротив выхода из Пильтунского
залива и показанном на Рис. 9.17 она хорошо видна, ширина ее более 10
километров. В центральной части линзы распреснение прослеживается до глубины
10 метров. При этом наиболее пресные воды (S<28 psu) формировали однородный
поверхностный слой толщиной до 8 м. Температура воды в этом слое превышала
10 ˚С, а в верхнем 5 метровом слое была более 12 ˚С, что выше фоновой
поверхностной температуры охотоморских шельфовых вод. При этом у дна на
расстоянии более 10 км от берега (глубже 25 м) находились шельфовые воды
высокой плотности, образовавшиеся во время зимней конвекции и за счет
осолонения в результате ледообразования с Т < 0 оС, S > 32.4 psu. На этом же
рисунке приведен разрез, выполненный в этом же районе 25 июня. На разрезе
видно, что амурских трансформированных вод в данном районе еще нет. В
прибрежной, относительно перемешанной зоне, температура воды не превышала
5 оС, солёность была выше 30 psu, а температура воды в придонных шельфовых
водах была равной 1-2 оС. По краю линзы вдоль побережья формируется стоковый
фронт с уменьшением температуры воды с14 до 9.5 оС и увеличением солености с
26 до 28.5 psu, а под ней – резкий слой скачка солености (до 1 psu/м), температуры
(до 2 оС/м) и плотности.
К концу второй декады июля линза распространилась вдоль побережья вплоть до
залива Чайво, максимальная температура (16.5 оС) и минимальная соленость
(менее 26 psu) отмечены напротив выхода из Пильтунского залива на расстоянии
40 км от берега. Напротив залива Чайво образовался гидрологический фронт по
Стр. 200
температуре (10-6 ºC) и по солености (28-31 psu) между амурскими водами,
поступившими с севера и востока и собственно охотоморскими водами.
Рис. 9.17- Распределение T(r,z), S(r,z), а также положение станций на разрезе
от выхода из Пильтунского залива в море, 25 июня и 18 июля 2006 г.
В первой половине августа апвеллинг привел к тому, что амурские воды ушли
далеко от побережья на расстояние более 20 км, температура воды уменьшилась
до 6-7 ºC, а соленость увеличилась до 29-30 psu (Рис. 9.18а). В начале третьей
декады августа 2006 г. после прохождения циклона сопровождавшегося сильным
Стр. 201
ветром сначала северного, а затем западного направлений, в район работ вновь
подошли трансформированные амурские воды (Рис. 9.18b) и к середине сентября
они распространились вплоть до залива Набиль, куда сместился фронт по
температуре и солености.
а)
b)
Рис. 9.18 - Распределение T(r,z), S(r,z), на разрезах 6 августа от выхода из
Пильтунского залива в море - (a) и 23 августа 2006 г от Одопту - (b).
В то же время, вдоль всего Пильтунского залива, из-за апвеллинга 11-12 сентября,
на расстоянии 20 км образовался фронтальный раздел, в котором температура
воды на поверхности изменялась на 4-5 ºС, а соленость на 2 psu (Рис. 9.13). У
заливов Одопту и Чайво этот фронт подходил к берегу.
Для сравнения по данным полученным в Северном заливе Охотского моря 20
августа 2006 года, стоковая линза р. Амур заполнила весь этот залив, а
Стр. 202
распреснение в ней прослеживалось до глубины 8 м, при этом наиболее пресные
воды (S<22 psu) формировали однородный поверхностный слой толщиной около 6
м. Температура воды в этом слое превышает 16 ºС, что намного выше фоновой
поверхностной температуры охотоморских шельфовых вод (Рис. 9.19).
Рис. 9.19 - Распределение T(r,z), S(r,z), на разрезах 20 августа в заливе
Северный вдоль 20 м изобаты.
Таким образом, летом в прибрежной области от залива Чайво до залива Одопту
происходят кратковременные (в течение суток) изменения в температуре и
солености поверхностных вод в результате действия приливных явлений, и
долговременные
(в
течение
нескольких
суток)
изменения
в
результате
образования апвеллингов. Эти изменения приводят к тому, что в прибрежную
Стр. 203
область попеременно подходят, то амурские воды с большим содержанием
растворенного кислорода и развитым фотосинтезом, то придонные воды богатые
биогенными веществами, что создает благоприятные условия для развития
бентоса. В случае продолжительного действия апвеллинга (как в первой половине
августа 2006 г.) развитие бентоса существенно замедляется из-за низкой
температуры воды и незначительного содержания в ней растворенного кислорода.
На Рис. 9.20 показано, как изменяется температура и содержание кислорода в
зоне апвеллинга и в линзе амурских вод в районе Пильтунского залива 12 сентября
2006 г (по данным, полученным с НИС Академик Опарин).
Стр. 204
Рис. 9.20 - Распределение T(r,z) и растворенного кислорода на разрезе 12
сентября.
10. Основные результаты
1. В 2006 году были изготовлены четыре АПАР и соответственно в экспедиции
2006 г. применялись 16 АПАР, из которых пять были дооборудованы радио
телеметрическими каналами (АПАР-Р), способными передавать в реальном
режиме времени акустические сигналы измеряемые в диапазоне 10 Гц – 5 кГц).
Стр. 205
АПАР-Р использовались в программе акустического мониторинга в реальном
времени. Для контроля качества радиотелеметрического канала в АПАР-Р были
добавлены генераторы сложного сигнала с известным спектром (см. Рис. 3.3а).
Этот сигнал периодически подключался к входу радиотелеметрического тракта
вместо акустического сигнала, что позволило оператору, находящемуся на
Пильтунском маяке, правильно оценивать реальный динамический диапазон
акустических измерений и уровни собственных шумов в радиоканале на разных
частотах (см. Рис. 3.3).
2. Для исследований TL(r,f) на малых дистанциях и проведения специальных
акустических
автономность
измерений,
до
72
был
часов.
изготовлен
Все
третий
модификации
мини-АПАР
цифровых
имеющий
акустических
регистраторов АПАР, АПАР-Р и мини-АПАР, обеспечивают точные измерения
вариаций акустического давления в частотном диапазоне 1-15000 Гц.
3. Для источников электропитания двух цифровых и четырех аналоговых
радиогидроакустических буев, а также трех мини-АПАР в 2006 г. были
изготовлены в едином стандарте герметичные металлические контейнеры (см.
Рис. 1.3 и Рис. 1.4).
4. Натурные испытания, проведенные на м. Шульца (Японское море) и в
предполагаемом месте расположения буровых площадок в Одопту (Охотское
море)
низкочастотного
(24-28
Гц)
резонансного
сейсмоизлучателя
электромагнитного типа (см. Рис. 2.18) показали, что он может быть успешно
использован при исследованиях TL(r,f) на сейсмоакустических профилях TLP-17
и TLP-18 (см. раздел 6).
5. Приобретенный в 2006 г. «Зодиак» (см. Рис. 1.10) с «жестким» пластиковым
дном, рулевой консолью и двигателем «Yamaha-55» показал удобство его
применения при проведении акустических работ связанных с подъемом АПАР, и
поэтому,
после
дооснащения
его
специальным
устройством,
которое
значительно облегчит подъем АПАР с больших глубин, в 2007 г. можно
отказаться от пластикового катера.
6. В 2006 г. впервые при постановках АПАР в море были применены 8
акустических
размыкателей
(см.
Рис.
2.8),
которые
исключают
несанкционированный подъем АПАР, но практика показала необходимость
Стр. 206
модернизации контрольного буя для его надежного всплывания по команде с
управляющего устройства в условиях сильных течений. Такая модернизация
будет проведена в 2007 г.
7. Акустический мониторинг в заданных «точках» на акватории протяженностью
≈ 180 км, проводился с помощью одиннадцати АПАР и пяти АПАР-Р,
практически непрерывно с 16 июня по 5 октября. АПАР также использовались
для проведения синхронных измерений уровней широкополосных сигналов,
распространяющихся
вдоль
заданных
трасс
от
мест
настоящих
и
предполагаемых индустриальных сооружений до границы зон кормления серых
китов для оценки потерь и возможных уровней антропогенных шумов в районах
кормления. Кроме того, с помощью АПАР были проведены исследования
уровней индустриальных шумов, генерируемых во время установки верхней
части платформы «Лунская» и их затухания при распространении в сторону
берега вдоль трассы протяженностью 8 км (см. Рис. 5.1). Эти данные будут
использованы при построении теоретических оценок уровней акустических
шумов, которые могут быть сформированы на границе Пильтунского района
кормления серых китов во время установки в 2007 г. верхних строений
подобной платформы - «ПА-Б».
8. Суммарная продолжительность акустических измерений составляет 17625
часов
(1179
дней).
Акустический
мониторинг
проводился
практически
непрерывно с 20 июня по 7 октября. Результаты спектрального анализа всех
акустических данных, полученных в 2006 г., представлены на DVD диске в виде
суточных сонограмм спектральной плотности мощности (частотный диапазон 215000 Гц, каждая оценка спектра, получена в результате усреднения 60
периодограмм – за 1 минуту), и графиков вариаций значений дисперсий,
рассчитанных в разных частотных диапазонах: 2-15000 Гц, 20-15000 Гц, 10-100
Гц, 100-2000 Гц, 2000-15000 Гц.
9. С 3 июля до 8 сентября с помощью пяти АПАР-Р и радиогидроакустических
буев, на южной и восточной границе Пильтунского района кормления серых
китов, проводился мониторинг уровней антропогенных акустических шумов в
реальном
времени.
акустических
В
данных,
отчете
представлены
полученных
на
результаты
Пильтунском
анализа
всех
маяке
по
Стр. 207
радиотелеметрическим каналам от пяти АПАР-Р и записанных на их жестких
дисках.
10. На акватории простирающейся от точки акустического мониторинга Lunskoe до
точки Control (см. Рис. 1.10) проведены синхронные измерения фоновых
акустических шумов во время прохождения через Охотское море тайфуна (см.
Рис. 4.2). На Рис. 4.2 видно, что 18 сентября после 11 часов уровень фоновых
шумов во всех трех точках акустического мониторинга начал увеличиваться,
причем в цветовом рисунке G ( f , t ) акустических шумов измеренных в точке
Control в диапазоне частот 100-1000 Гц хорошо выражена частотная
интерференционная картина – чередование полос большей и меньшей
интенсивности. Поскольку ветер и поверхностное волнение в приближающемся
шторме, генерируют акустические шумы, спектр которых подобен «красному
шуму», то, по-видимому, из-за распространения в мелководном (20-30 м)
акустическом канале из шумового спектра формируются «когерентные» пучки,
которые могут интерферировать в пространстве и по частоте. Подобное
явление было нами отмечено в этом же районе в 2003 г. [Борисов и др., 2004 г].
11. Опорный уровень сигнала, генерируемого излучателем на расстоянии 1 м,
является важным параметром для изучения затухания звука вдоль заданных
профилей. По единой методике (см. Рис. 5.6), проведены экспериментальные и
теоретические исследования особенностей ближнего (до 2.5 км) акустического
поля,
формируемого
НЧ-
и
ВЧ-
излучателями
применяемыми
при
исследованиях TL(r,f). Целью данных экспериментов было определение
поправок, которые необходимо ввести в значения измеренных на разных
акустических профилях TL(f), связанных с расположением опорного гидрофона
по отношению к излучателю и глубиной моря в точке излучения. Поэтому
натурные измерения были проведены в районах с глубиной моря равной 15, 25,
35 и 95 м. В данном отчете в разделе 5.3 приведены результаты анализа только
одного из экспериментов, проведенного в море глубиной 25 м.
12. Проведены экспериментальные исследования особенностей и потерь TL(r , f )
при распространении звука с частотой 15 – 15000 Гц на 4 акустических
профилях 70
70
и
колебаний
с
частотой
28
Гц
(и
гармоник)
на
двух
TLP-13, TLP-14, TLP-15 и TLP-21.
Стр. 208
сейсмоакустических профилях TLP-17 и TLP-18 (см. Рис. 5.2). Измерения
включали в себя: промер глубины, гидрологические зондирования в точках
приема, в точках излучения и в дополнительных точках. Таким образом, на
данных профилях, получены оценки TL(f), TL(f, 1/3 oct.), TL(r, f, 1/3 oct.) при
известных пространственных распределениях поля скорости звука - C(r,z) в
водном слое.
13. В 2006 году наблюдения за поведение китов проводились с шести береговых
постов (Южный, 1-ый, 2-ой, 7-ой, Одопту и Северный) напротив которых,
примерно на 10 м изобате, устанавливались АПАР. Уровни дисперсий в полосе
частот 20 Гц – 15 кГц, измеренные АПАР в восьми точках мониторинга (Piltun,
PA-B-20, PA-B-10, Odoptu-PA-B, Odoptu-S-10, Odoptu-S-20, Odoptu-N-10, BEHNorth) были переданы группе наблюдения за поведением для проведения
совместного многомерного анализа.
14. Измерения уровней акустических шумов, генерируемых НИС Профессор
Богоров во время его движения по профилю TLP-6 (см. рис. 8.1а) показали, что
¾ в его спектре (см. Рис. 8.2) на частотах меньше 150 Гц выделяются
тональные и узкополосные шумовые сигналы уровни которых не превышают
107 дБ отн. 1 мкПа2/Гц.
¾ В широкополосных шумах можно выделить диапазон 160 – 1100 Гц, в
котором уровни шумов максимальны. На частотах выше 1500 Гц уровни
измеренных шумов быстро уменьшаются с удалением судна от точки
приема. Например, из сравнения графиков G ( f )
14:53 (860 м прямо по
курсу) и 15:05 (1600 м за кормой) (Рис. 8.2) видно, что на частоте 3 кГц
разница в уровнях измеренных шумов равна ≈ 20 дБ, а на частоте 14 кГц она
уже достигает 40 дБ.
15. За время экспедиции было выполнено 372 зондирования и проведены промеры
глубины на профиле протяженностью 12147 км. Все батиметрические данные,
полученные в экспедициях 2004 - 2006 г.г., скорректированы на высоту
поверхностного прилива и вместе с результатами гидрологических измерений
представлены в приложении к отчету на DVD- диске.
Стр. 209
11. Выводы
1. Применение в радиотелеметрическом канале АПАР-Р тестового сигнала
позволило объективно оценивать спектр собственных шумов в радиоканале и
соответственно динамический диапазон акустических измерений, проводимых в
реальном времени.
2. Разработанный в ТОИ ДВО РАН резонансный (24-28 Гц) сейсмоизлучатель
электромагнитного типа обеспечивает уровень колебаний равный 162 дБ отн. 1
мкПа2/Гц на расстоянии ≈ 1 м (уровень измерен с помощью гидрофона опущенного
в закопанную в песок пластмассовую бутыль с водой). Этот уровень оказался
достаточным
для
проведения
надежных
измерений
потерь
-
TL(r)
на
сейсмоакустических профилях TLP-17 и TLP-18.
3. Мониторинг, проводимый в реальном времени, уровней индустриальных
акустических шумов измеряемых в пяти точках на южной и восточной границах
Пильтунского района кормления серых китов (см. Рис. 3.1) показал, что в период с
3.07 по 08.09.2006 г. интегральные уровни шумов в полосе частот 10 Гц – 5 кГц не
превысили предварительно установленных значений [СЭИК, 2006].
4. Сравнение графиков спектров - G ( f ) акустических шумов, измеренных в данной
акватории во время прохождения тайфунов в 2004 и в 2006 г., показало их
количественное и качественное подобие и хорошее совпадение натурных данных с
уровнями акустических шумов, соответствующих поверхностному волнению,
оцениваемому в баллах, которые были предложены Кнудссеном.
5. Анализ распространения и затухания звука вдоль cейсмоакустических трасс
TLP-17 и TLP-18, а также акустических трасс TLP-14 и TLP-15 показал:
¾ TLP17: Потери при распространении колебаний с частотой 27 Гц,
генерируемых сейсмоизлучателем, установленным в мокром песке на
побережье, до планируемой точки установки буровой платформы «P-OdoptuS», составили -71 дБ, а до точки акустического мониторинга Odoptu-S-10,
соответствующей 10 м изобате, потери составили -72 дБ.
¾ TLP-18: Потери на сейсмоакустическом профиле TLP-18 (Odoptu-N) при,
генерировании акустических колебаний с частотой 28 Гц в море с помощью
Стр. 210
излучателя свешенного с борта судна стоящего на якоре и его приеме на
берегу (r = 4 км) составили -85 дБ, а при генерировании на берегу и приеме в
море потери примерно равны -56 дБ.
¾ TLP-18: На водном участке сейсмоакустического профиля TLP-18 (Odoptu-N)
потери – TL(r) при распространении колебаний, генерируемых с частотой 28
Гц на берегу, примерно на 19 дБ меньше, чем на профиле TLP-17 (OdoptuS).
¾ TLP14 и TLP15: Из сравнения графиков TL(f, 1/3 oct.) - кривые G,
представленных на Рис. 5.24 (акустический профиль TLP-14) и на Рис. 5.28
(акустический профиль TLP-15) видно, что значения TL(f, 1/3 oct.) для точек
приема расположенных на 10 м изобате Odoptu-S-10 и Odoptu-N-10
примерно равны во всем исследуемом частотном диапазоне, но на частотах
меньше 35 Гц можно отметить, что потери на профиле TLP-14 примерно на 9
дБ больше чем на профиле TLP-15. Это согласуется с результатами
измерений потерь на соответствующих им сейсмоакустических профилях
TLP-17 и TLP-18.
6. Потери при распространении звука на акустическом профиле TLP-13 от точки
установки платформы «PA-B» до границы Пильтунского района нагула серых китов
- точка акустического мониторинга РА-В-20 и до точки РА-В-10, расположенной в
этом районе на 10 м изобате, соответственно равны (см. Рис. 5.30):
•
на частотах меньше 30 Гц: -75 дБ и -80 дБ;
•
в диапазоне 30-70 Гц: -62 дБ и -80 дБ;
•
в диапазоне 100-500 Гц: -60 дБ и -65 дБ;
•
в диапазоне 2000-10000 Гц: -55 дБ и -66 дБ;
•
в диапазоне 10000-15000 Гц: -70 дБ и -80 дБ.
7. Потери при распространении звука на акустическом профиле TLP-21 от
планируемой
точки
установки
платформы
«P-Arkutun-Dagi»
до
границы
Пильтунского района нагула серых китов (r = 32 км) - точка акустического
мониторинга Piltun-S, соответственно равны (см. Рис. 5.30):
•
на частотах меньше 70 Гц, значения потерь меньше -105 дБ;
•
в диапазоне 80-260 Гц -86 дБ;
•
в диапазоне 2000-8000 Гц: -105 дБ.
Стр. 211
8. Анализ спектров акустических шумов, генерируемых НИС Профессор Богоров
во время проведения им типовых работ (см. Рис. 8.1) на акустическом профиле
TLP-6 показал, что значения дисперсии - D(Δf , t ) рассчитанной в диапазоне от 5 до
15000 Гц во время «торможения» на расстоянии 1600 м от точки измерения,
примерно равны значениям D(Δf , t ) , соответствующим прохождению судна со
скоростью 6 узлов на расстоянии 250 м и на 14 дБ превышают значения
соответствующие равномерному движению. При движении со скоростью 7 узлов в
море глубиной 16 м значения D(Δf , t ) , генерируемых НИС Профессор Богоров
акустических шумов на расстоянии 1 км не превышают 125 дБ.
9. Анализ результатов измерений TL(r , f = 28Hz ) в море глубиной 25 м показал, что
на дистанциях от 2 до 300 м теоретические оценки значений TL(r , f = 28Hz ) ,
рассчитанные с помощью лучевой модели для плоско слоистого волновода с
абсолютно отражающей верхней границей «вода-воздух» и поглощающей,
коэффициент отражения равен 0.67, нижней границей «вода-дно» хорошо
согласуются с экспериментальными данными. В данной модели звуковое поле,
формируемое заглубленным точечным источником в плоском мелководном канале,
представлялось в виде суммы сигнала реального источника и сигналов мнимых
источников звука, представляющих многократное отражение от поглощающего дна
и свободной поверхности моря. В интервале расстояний 700-12000 м (см. Рис.
5.15b)
экспериментальные
значения
TL(r , f = 28Hz )
достаточно
хорошо
аппроксимируются функцией TL(r ) = −20 log(r 3 / 2 ) .
10. На основе анализ результатов гидрологических измерений сделаны следующие
выводы:
•
Так же как и в предыдущие годы в исследуемом районе, отмечена
значительная пространственная и временная изменчивость гидрологических
характеристик. В последней декаде июня происходил интенсивный прогрев на
поверхности моря и вынос из заливов распресненых и более теплых
паводковых вод, в результате чего температура воды на поверхности
изменялась от 1 до 8.5 ˚С, а соленость от 28 до 32 psu.
•
В отличии от 2005 года максимальная изменчивость температуры воды на
поверхности моря вдоль побережья отмечена в июле - от 2.5 до 16.5 ˚С, а
соленость при этом изменялась от 26 до 31.3 psu. У дна температура
Стр. 212
изменялась от 1 до 3.5 ˚С, а соленость от 29 до 31.5 psu, за 40-метровой
изобатой температура воды была ниже 0 °С, а соленость больше 32 psu.
•
В первой половине августа из-за апвеллинга температура воды в
прибрежной зоне от зал. Чайво на север, не превышала 6 оС, а солёность
была выше 31 psu. И только к концу августа температура воды вновь
о
увеличилась до 13.5
С, а соленость уменьшилась до 28 psu, когда к
побережью вновь подошли амурские трансформированные воды.
•
В течение всего времени с июня по сентябрь в районе заливов Чайво и
Пильтунского,
в
результате
развития
апвеллинга
периодически
образовывались фронтальные зоны (в слое 0-10 м) со значительными
градиентами по температуре и солености воды.
•
В течение всего лета в прибрежной области от залива Чайво до залива
Одопту
происходят
температуре
и
кратковременные
солености
(в
поверхностных
течение
вод
в
суток)
изменения
результате
в
действия
приливных явлений, и долговременные (в течении нескольких суток)
изменения в результате образования апвеллингов. Эти изменения приводят к
тому, что в прибрежную область попеременно подходят, то амурские воды с
большим содержанием растворенного кислорода и развитым фотосинтезом,
то
придонные
воды
богатые
биогенными
веществами,
что
создает
благоприятные условия для развития бентоса.
•
В случае продолжительного действия апвеллинга (как в первой половине
августа 2006 г) развитие бентоса существенно замедляется
из-за низкой
температуры воды и незначительного содержания в ней растворенного
кислорода.
Стр. 213
12. Планы на 2007 г
C 2003 по 2006 год в ТОИ были изготовлены 18 АПАР, из которых 4 были утрачены
в ходе полевых экспедиций (один в 2003 г., два в 2005 г. и один в 2006 г.) и еще
один АПАР был затоплен из-за разгерметизации корпуса. Для оперативных
краткосрочных измерений (до 72 часов) в 2005 – 2006 гг. были изготовлены 3 миниАПАР, в один из которых в 2006 г. вошла вода. Все АПАР имеют динамический
диапазон 96 дБ и способны производиться высокоточные измерения вариаций
акустического давления в частотном диапазоне от 1 Гц до 15 кГц. В дополнение,
ЦРБ также имеют динамический диапазон 96 дБ и обеспечивают измерения
акустического давления в диапазоне 1 – 2600 Гц.
В 2007 году планируется изготовление еще одного АПАР, что даст возможность
одновременного использования для организации акустического мониторинга
11
АПАР и 5 АПАР-Р. Будут также изготовлены три дополнительные мини-АПАР;
общее число мини-АПАР составит 6 единиц. Помимо изготовления нового
оборудование будет произведена модернизация имеющегося с учетом опыта,
приобретенного в ходе его эксплуатации в полевых условиях:
•
Все АПАР и АПАР-Р питаемые от 2 аккумуляторов емкостью 115 А/час будут
переведены на питание от 3 таких аккумуляторов и благодаря применению в
них жестких дисков емкостью 120 Гб их автономность будет увеличена до 28
дней.
•
Радиоканал АПАР-Р будет работать непрерывно, но через каждые 6 часов в
течение 3 минут на вход его радиопередатчика будет подаваться тестовый
сигнал, который будет использоваться для оценки собственных шумов
данного
радиотелеметрического
тракта
и
реального
динамического
диапазона измерений. Автономность работы модернизированного АПАР-Р
составит не менее 16 суток.
•
В связи с изготовлением в 2006 г. унифицированных металлических
герметичных контейнеров для электропитания мини-АПАР, АРБ и ЦРБ в
2007 г. будут испытаны 2 новые модификации их источника электропитания,
создаваемых на базе аккумуляторов различной емкости и стоимости.
•
Опыт применения акустических размыкателей в 2006 году был оценен как
положительный
и
поэтому
в
2007
году
планируется
оснащение
размыкателями всех АПАР.
В экспедиции 2006 г. из-за удара о борт был поврежден ВЧ- излучатель и поэтому
Стр. 214
принято решение к полевому сезону 2007 г. подготовить новый более мощный ВЧизлучатель, показанный на Рис. 12.1 и провести два дополнительных эксперимента
связанных с исследованием особенностей ближнего поля, формируемого данными
ВЧ- излучателями.
Рис. 12.1 – Два старых и новый ВЧ- излучатель пьезокерамического типа – 1.
Стр. 215
Для исследований влияния гидрологии и гидродинамических процессов на
вертикальную структуру акустического поля, формируемого стационарным (CW320Hz) и квазистационарными излучателями, опускаемыми в воду с борта судна
стоящего на якоре, к полевому сезону 2007 г. будет подготовлена вертикальная
акустико-гидрофизическая измерительная система «Моллюск-07», которая в
первой модификации включает в себя 8 акустических и 8 температурных
измерительных каналов, в дальнейшем планируется дополнить ее каналами
ориентации, глубины и служебными (информация о состоянии системы, источника
питания и т.д.). При ее разработке был использован многолетний опыт успешной
эксплуатации на шельфе Японского моря ее первых аналоговых и цифровых
прототипов, которые были связанны с берегом двухпроводными кабельными
линиями, обеспечивающими подачу на них электропитания и передачу данных на
береговой измерительно-регистрационный пост. «Моллюск-07» обеспечивает
запись акустических (до 5 кГц.) и гидрологических сигналов на жесткий диск
бортовой
ЭВМ.
При
разработке
«Моллюска-07»
будет
использован
унифицированный герметичный контейнер аппаратного отсека, изготовленный из
сплава титана. Отсек питания, рассчитанный на установку двух аккумуляторов 65
А/ч., будет изготовлен из нержавеющей стали. Вертикальная цепочка из 8
гидрофонов и 8 датчиков температуры будет изготовлена из полевого кабеля
имеющего медные и стальные жилы и хлорвиниловую изоляцию. Цепочка усилена
полипропиленовым фалом. При постановках «Моллюска-07» в море используется
одноразовый
якорь,
от
которого
«Моллюск-07»
отделяется
с
помощью
акустического размыкателя. На Рис. 12.2 показана схема постановки «Моллюск-07»
в море. При разработке блок-схемы и электрических принципиальных схем
«Моллюска-07» предусматривалась возможность удобной замены модулей и
усовершенствования алгоритмов работы. Блок-схема «Моллюска-06» приведена
на
Рис.
12.3.
Акустические
сигналы
проходят
через
аналоговые
блоки,
адаптируемые программно к задачам эксперимента путем изменения масштабного
коэффициента усиления и частоты среза фильтра низких частот, и поступают на
входы субмодуля аналогового ввода платы «Прометеус» (формат PC 104).
Коммутация и оцифровка акустических сигналов, а также буферизованная запись
на жесткий диск, производится под управлением этой платы. Система позволяет
записать 8 аналоговых сигналов поступающих с измерительных гидрофонов в
частотном диапазоне до 5 кГц.
Стр. 216
Рис. 12.2 – «Моллюск-07»: H0,…, H7 – гидрофон, Т0,…, Т7 – термодатчик.
Стр. 217
Рис. 12.3 – Блок-схема «Моллюска-07».
В качестве датчиков температуры применены микросхемы AD22100KT фирмы
Analog Devices, Inc 71. После коммутации и усиления напряжение, соответствующее
диапазону температур -10…+30 °С, подается на 9-й канал 16-разрядного АЦП
платы «Прометеус». Разрешение АЦП составляет 153 мкВ, что с учетом усиления
буферного усилителя соответствует точности однократного замера температуры
0,00068°С. Высокая (1 кГц) частота опроса датчиков позволяет снизить влияние
электрических шумов и наводок на результат измерений за счет усреднения.
Измерительная система «Моллюск-07» может непрерывно работать в море в
течение 6 суток.
Таким образом, к полевому сезону 2007 г. в ТОИ ДВО РАН будут подготовлены 11
АПАР, 5 АПАР-Р, 6 мини-АПАР, новый более мощный ВЧ- излучатель,
модернизированный
сейсмоизлучатель,
4
аналоговых
и
два
цифровых
71
Микросхема имеет встроенный предусилитель, преобразующий диапазон температур -50…+150
°С в напряжение +0,25…+4,75В. В диапазоне температур -10…+30°С и стабилизированном опорном
напряжении абсолютная погрешность не превышает 0,4°С, погрешность из-за нелинейности
характеристики датчика 0,2°С. Обе эти погрешности могут быть снижены калибровкой датчиков.
Стр. 218
радиогидроакустических буя, модернизированные приемно-регистрационные и
обрабатывающие
аппаратурные
комплексы
и
необходимое
программное
обеспечение. Кроме того, на «Зодиаке», используемым при подъемах АПАР, будет
установлена специальная ручная лебедка, которая должна значительно упростить
подъем АПАР к поверхности моря.
В 2007 году будет продолжена начатая в 2002 году программа исследований
особенностей распространения и затухания звука вдоль акустических трасс от
мест настоящих и планируемых индустриальных сооружений до районов нагула
серых китов. Также как и в 2006 году будет проводиться непрерывная регистрация
профиля морского дна с использованием судовых эхолотов и измерения
гидрологических
экспериментов,
численных
параметров.
планируется
моделей,
Данные,
использовать
которые
позволят
полученные
для
в
ходе
построения
предсказывать
и
натурных
калибровки
уровни
шумов,
генерируемых индустриальными источниками с заданными параметрами и
расположением в пределах изучаемой акватории. Данные, получаемые в ходе
измерений гидрологических параметров, позволят оценить влияние вариаций
гидрологических полей на уровни шумов и, таким образом, повысить точность
численного моделирования.
Планируется
провести
два
дополнительных
эксперимента
связанных
с
исследованием особенностей ближнего поля, формируемого данными ВЧизлучателями. В 2007 г. в Одопту будут продолжены исследования потерь при
распространении на сейсмоакустических профилях низкочастотных колебаний (28
Гц), генерируемых на берегу с помощью резонансного сейсмоизлучателя
электромагнитного типа. Предполагается, что это позволит получить более
достоверные экспериментальные данные о потерях при распространении в море
низкочастотных колебаний, генерируемых на берегу.
Сотрудниками ТОИ ДВО РАН за время работ по Международной программе
«Серые киты» получено большое количество акустических, батиметрических и
гидрологических данных, поэтому в 2007 г. будут проводиться работы связанные с
созданием базы натурных данных и основанных результатов анализа, что
обеспечить их надежное хранение и легкодоступное использование. В 2007 г.
будут проводиться батиметрические и гидрологические измерения с борта НИС
Стр. 219
Академик
Опарин
и
НИС
Профессор
Богоров.
Планируется
проводить
гидрологические зондирования с помощью модуля объединяющего сразу два
зонда. Это обеспечит возможность синхронного измерения следующих важных
океанологических
параметров:
давление,
температура,
электропроводность
(соленость), скорость звука, содержание кислорода.
В 2007 г. будут продолжены исследования по двум интегрированным программам:
1. Измерения акустических шумов на 10 м изобате напротив береговых постов
наблюдения за поведением серых китов. Биологам будут представляться
значения 1 минутных дисперсий акустических шумов измеренных в диапазоне
частот 20-15000 Гц.
2. Изучение
корреляции
между
пространственными
батиметрическими
и
гидрологическим характеристиками и распределением и развитием бентоса:
•
Определение размеров и динамики стоковой линзы р. Амур, в которой
температура воды выше, а соленость ниже, чем у охотоморских шельфовых
вод.
•
Определение вклада в распреснение вблизи побережья стока вод из залива
Пильтун.
•
Исследование
интенсивности
вертикального
перемешивания
на
мелководном шельфе, зависящего, как от приливных явлений (особенно
летом), так и от ветрового перемешивания.
•
Определение положения и динамики придонного слоя вод высокой
плотности, которые формируются в зимний период на шельфе за счет
конвекции и в которых отмечен максимум концентраций биогенных веществ.
Стр. 220
13. Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить Тихоокеанский океанологический институт им.
В.И. Ильичева ДВО РАН за помощь в проведении этих работ. Экспедиция на НИС
Профессор Богоров не смогла бы состояться без активной помощи директора ТОИ
академика В.А. Акуличева и нач. морского отдела ТОИ А.И. Боцула.
Авторы также хотели бы поблагодарить сотрудников ТОИ принявших активное
участие в подготовке и проведении полевых работ, а так же в анализе полученных
данных, это Т. Антипенкова, Р. Коротченко, В. Лихачев, Т. Салтанова. Выразить
благодарность экипажам исследовательских судов Профессор Богоров и Академик
Опарин за оказанное ими гостеприимство и помощь при проведении акустических
измерений на северо-восточном шельфе о. Сахалин. Мы хотели бы особенно
поблагодарить сотрудников ИБМ
начальника
В. Фадеева, Н. Иванова, К. Дроздова и
экспедиции на Академик Опарин Юрия Яковлева за помощь,
оказанную в конце экспедиции при подъеме акустических станций на борт судна
Академик Опарин и всех ученых, принявших участие в комплексной экспедиции.
И, наконец, авторы хотели бы выразить свою благодарность д.ф-м.н.. В. Г.
Петникову (Институт общей физики РАН, г. Москва), д-ру Х. Роджеру Мелтону, а
также д-ру С. И. Малме (ЛГЛ) за рецензирование настоящего отчета.
Особую благодарность выражаем инвестиционным компаниям, их сотрудникам и
консультантам, без участия которых данная работа не могла быть выполнена.
Среди них следует отметить:
ЛГЛ Лтд. - С. Р. Джонсон, С. Мейер, В. Ецкало и И. Жмаев.
Эксон Нефтегаз Лтд. - М. Р. Дженкерсон и Х. Р. Мелтон
Cахалин Энерджи Инвестмент Компани Лтд. – Л. Аертс, В.Е. Нечаюк.
Стр. 221
14. Авторы
Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева, Дальневосточное
отделение Российской Академии наук:
нс С. В. Борисов
инж. В. А. Гриценко
вед. инженер Д.Г. Ковзель
нс М. В. Круглов
д.ф-м.н. А. Н. Рутенко
к.ф.-м.н. А. А. Соловьев
нс В. Г. Ущиповский
к.г.н. Ф. Ф. Храпченков
Стр. 222
15. Список литературы
1. Blokhin, S.A., S.A. Yazvenko, V.L. Vladimirov and S.I. Lagerev. (2002). Population
Size, Distribution and Behavior of Gray Whale (Eschrichtius robustus) Based on
Aerial Observations on the Northeast Shelf of Sakhalin Island in the Summer and Fall
of 2001 // Report to the conference on Marine Mammals in Remote Regions of the
Arctic, September 11–13, 2002, Lake Baikal, Russia.
Блохин С.А., Язвенко С.Б., Владимиров В.Л., Лагерев С.И. (2002). Численность,
распределение и характер поведения серого кита (Eschrichtius robustus) на
основании авиационных наблюдений на северо-восточном шельфе острова
Сахалин летом и осенью 2001 г. // Доклад на конференции Морские
млекопитающие в удаленных районах Арктики, 11-13 сентября 2002 г., озеро
Байкал, Россия.
2. Borisov, S.V., A.V. Gritsenko, M.R. Jenkerson, A.N. Rutenko and A.V. Hodzevich.
(2002). Evaluating and Monitoring Acoustic Transmission from the Odoptu 3D
seismic Survey 5 August - 9 September, 2001; Sakhalin, Russian Federation //
Pacific Oceanological Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd.
Борисов С.В., Гриценко А.В., Дженкерсон М.Р., Рутенко А.Н., Ходзевич А.В.
(2002). Оценка и наблюдение распространения акустических сигналов, при
проведении трехмерной сейсморазведки в районе Одопту с 5 августа по 9
сентября
2001
г.
на
о.Сахалин,
Россия
//
Отчет
Тихоокеанского
океанологического института ДВО РАН для компании Эксон Нефтегаз Лимитед.
3. Borisov, S.V., A.V. Gritsenko, A.N. Rutenko, and A.V. Hodzevich. (2003). Results of
Acoustic Studies Within and Adjacent to the Piltun-Astokh License Area 1-6 August,
2001 and 17-24 September, 2001; Sakhalin, Russian Federation // Pacific
Oceanological Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin
Energy Investment Co.
Борисов С.В., Гриценко А.В., Рутенко А.Н., Ходзевич А.В. (2003). Результаты
акустических исследований, проведенных с 1 по 16 августа 2001 г. и с 17 по 24
сентября 2001 г. в акватории Пильтунско-астохской лицензионной зоны, а также
прилегающей к ней акватории на о.Сахалин, Россия / Отчет Тихоокеанского
океанологического института ДВО РАН для компаний Эксон Нефтегаз Лимитед
и Сахалин Энерджи Инвестмент Компани.
4. Borisov, S.V., A.V. Gritsenko, M.V. Kruglov, R.A. Korotchenko and A.N. Rutenko.
(2003). Results of Acoustic Studies between Molikpaq and Piltun and Near Chayvo
Стр. 223
Bay, 12 September to 23 September, 2002; Sakhalin, Russian Federation // Pacific
Oceanological Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin
Energy Investment Co.
Борисов С.В., Гриценко А.В., Круглов М.В., Коротченко Р.А., Рутенко А.Н. (2003).
Результаты акустических исследований, проведенных с 12 по 23 сентября 2002
г. на акваториях между платформой Моликпак и заливом Пильтун, и
прилегающей к заливу Чайво, на о.Сахалин, Россия / Отчет Тихоокеанского
океанологического института ДВО РАН, г. Владивосток, для компаний Эксон
Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи Инвестмент Компании .
5. Borisov, S.V., A.V. Gritsenko and A.N. Rutenko. (2004). Acoustic Studies on the
North East Sakhalin Shelf, Volume 1: Equipment, Methodology and Data; 15 August
to 20 September, 2003; Sakhalin, Russian Federation // Pacific Oceanological
Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy Investment
Co.
Борисов С.В., Гриценко А.В., Рутенко А.Н. (2004). Результаты акустических
исследований, проведенных с 15 августа по 20 сентября 2003 г. на северовосточном шельфе о. Сахалин, Россия. Том 1: «Оборудование, методика и
данные» / Отчет Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, г.
Владивосток, для компаний Эксон Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи
Инвестмент Компании.
6. Borisov, S.V., A.V. Gritsenko, A.V. Dmitrieva, A.A. Karnauhov, M.V. Kruglov and A.N.
Rutenko. (2005). Acoustic Studies on the North East Sakhalin Shelf, Volume 1:
Equipment, Methodology and Data; 30 July to 7 October, 2004; Sakhalin, Russian
Federation // Pacific Oceanological Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas
Ltd. and Sakhalin Energy Investment Co.
Борисов С.В., Гриценко А.В., Дмитриева А.В., Карнаухов А.А., Круглов М.В.,
Рутенко
А.Н.
(2005).
Результаты
гидро-акустических
исследований,
проведенных с 30 июля по 07 октября 2004 г. на северо-восточном шельфе о.
Сахалин, Россия. Том 1: «Оборудование, методика и данные» / Отчет
Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, г. Владивосток, для
компаний Эксон Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи Инвестмент Компании.
7. Borisov, S.V., A.V. Gritsenko, R.A. Korotchenko, D.G. Kovzel, M.V. Kruglov, A.N.
Rutenko and A.A. Solovyev. (2006). Acoustic Studies on the North East Sakhalin
Shelf, Volume 2: Equipment, Calibration and Methodology; 7 July to 7 October, 2005;
Стр. 224
Sakhalin, Russian Federation // Pacific Oceanological Institute (FEB RAS) report for
Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy Investment Co.
Борисов С.В., Гриценко А.В., Коротченко Р.А., Ковзель Д.Г., Круглов М.В.,
Рутенко
А.Н.,
Соловьев
А.А.
(2006).
Гидроакустические
есследования,
проведенные с 07 июля по 07 октября 2005 г. на северо-восточно шельфе
о,Сахалин, Россия. Том 2: «Обороудование, калибровка и методика» / Отчет
Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН для компаний Эксон
Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи Инвестмент Компани.
8. Brekhovskikh, L. M. and Yu.P. Lysanov. (2003). Fundamentals of Ocean Acoustics,
3rd ed. (Modern Acoustics and Signal Processing). AIP Press, Springer-Verlag.
9. Brovko, P.F. and Y.A. Mikishin. 1999. Modern tendencies in the development of the
North East Sakhalin coasts // FERHRI Special Issue # 2, Vladivostok, Dalnauka, pp.
193-203.
Бровко П.Ф., Микишин Ю.А. (1999) Современные тенденции развития берегов
северо-восточного Сахалина // Гидрометеорологические и экологические
условия дальневосточных морей: оценка воздействия на морскую среду.
Владивосток, с. 193-203. (Тематический выпуск № 2).
10. Buckland, S.T., D.R. Anderson, K.P. Burnham, J.L. Laake, D.L. Borchers and L.
Thomas. (2001). Introduction to Distance Sampling. Oxford University Press. New
York.
11. Fadeev, V.I. (2006). Benthos and food supply studies in feeding areas of the
Okhotsk-Korean gray whale population. // Institute of Marine Biology (FEB RAS),
Vladivostok, Russia.
Final report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy
Investment Co. 150 p.
Фадеев В.И. (2006) Исследования бентоса и кормовой базы в районах питания
охотско-корейской популяции серого кита. // Заключительный отчет Института
биологии моря ДВО РАН для компаний Сахалин Энерджи и Эксон Нефтегаз.
Владивосток. 150 с.
12. Fadeev, V.I. (2007). Status of benthos and food supplies studies in feeding areas of
the Okhotsk-Korean gray whale population in 2006. // Institute of Marine Biology (FEB
RAS), Vladivostok, Russia. Final report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy
Investment Co. 122 p.
Фадеев В.И. (2006) Состояние бентоса и кормовой базы в районах питания
охотско-корейской популяции серого кита в 2006 году. // Заключительный отчет
Стр. 225
Института биологии моря ДВО РАН для компаний Сахалин Энерджи и Эксон
Нефтегаз. Владивосток. 150 с.
13. Gailey, G., O. Sychenko, and B. Würsig.
2006.
Western gray whale behavior,
movement, and occurrence patterns off Sakhalin Island, 2005, Prepared for LGL
ecological research associates Ltd, for Exxon-Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy
Investment Company, Yuzhno-Sakhalinsk, Russian Federation.
14. Gailey, G., T. MacDonald, R. Racca, O. Sychenko, A. Rutenko and B. Würsig. 2007.
Influences of Underwater Sound and Nearshore Vessel Activity on Western Gray
Whale Behavior during the Installation of a Concrete Gravity Based Structure off
Sakhalin Island, Summer 2005. Prepared for LGL ecological research associates Ltd,
for Exxon-Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy Investment Company, YuzhnoSakhalinsk, Russian Federation. 150 pp.
15. Gershanovich, D.E. and Muromtsev, A.M. (1982). Oceanological principles of the
biological productivity of the world’s oceans // Gidrometeoizdat, 320 pp.
Гершанович
Д.Е.,
Муромцев
А.М.
(1982).
Океанологические
основы
биологической продуктивности Мирового океана. // Гидрометеоиздат. 320 с.
16. Hooge, P.N. and B. Eichenlaub. (1997). Animal movement extension to arcview. Ver.
1.1. Alaska Science Center - Biological Science Office // U.S. Geological Survey,
Anchorage, AK, USA.
17. Karnauhov, A.A., M.V. Kruglov and A.N. Rutenko. (2005). Acoustic Studies on the
North East Sakhalin Shelf, Volume 2: Analysis, Conclusions and Recommendations;
30 July to 7 October, 2004; Sakhalin, Russian Federation // Pacific Oceanological
Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy Investment
Co.
Карнаухов
А.А.,
Круглов
М.В.,
Рутенко
А.Н.
(2005).
Результаты
гидроакустических исследований, проведенных с 30 по 07 октября 2004 г. на
северо-восточном шельфе о. Сахалин,Россия. Том 2: «Оборудование методика
и данные» / Отчет Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, г.
Владивосток, для компаний Эксон Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи
Инвестмент Компании.
18. Knudsen, V.O., R.S. Alford and J.W. Emling. (1948). Underwater ambient noise // J.
Mar. Res. Vol. 7. № 3, pp. 410-429.
19. Krasavtsev, V.B., K.L. Puzankov and G.V. Shevchenko. (2000). Wind driven
upwelling formation on the northeast shelf of Sakhalin Island. // DVNIGMI special
issue No. 3, Vladivostok, Dalnauka, pp. 106–120.
Стр. 226
Красавцев В. Б., Пузанков К. Л., Шевченко Г. В. (2000). Формирование
апвеллинга на северо-восточном шельфе острова Сахалин под воздействием
ветра. // Тематический вып. ДВНИИГМИ № 3. Владивосток: Дальнаука, С. 106120.
20. Kruglov, M.V. and A.N. Rutenko. (2003). Transmission Loss Studies on the North
east Sakhalin Shelf 2001 and 2002; Sakhalin, Russian Federation // Pacific
Oceanological Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin
Energy Investment Co.
Круглов М.В., Рутенко А.Н. (2003). Исследования потерь акустических шумов,
проведенные в 2001, 2002 гг. На северо-восточном шельфе о.Сахалин, Россия /
Отчет Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН для компаний
Эксон Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи Инвестмент Компани.
21. Kruglov, M.V. and A.N. Rutenko. (2004). Acoustic Studies on the North East Sakhalin
Shelf, Volume 2: Analysis, Conclusions and Recommendations; 15 August to 20
September, 2003; Sakhalin, Russian Federation // Pacific Oceanological Institute
(FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy Investment Co.
Круглов М.В., Рутенко А.Н. (2004) Результаты акустических исследований,
проведенных с 15 по 20 сентября 2003 г. на северо-восточном шельфе
о.Сахалин, Россия. Том 2: «Анализ, выводы и рекомендации» / Отчет
Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН для компаний Эксон
Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи Инвестмент Компани.
22. Kruglov, M.V., A.N. Rutenko and F.F. Khrapchenkov. (2006). Acoustic Studies on the
North East Sakhalin Shelf, Volume 3: Analysis, Conclusions and Recommendations;
7 July to 7 October, 2005; Sakhalin, Russian Federation // Pacific Oceanological
Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy Investment
Co.
Круглов М.В., Рутенко А.Н., Храпченков Ф.Ф. (2006). Гидроакустические
исследования, проведенные с 07 июля по 07 октября 2005 г. на северовосточном шельфе о.Сахалин. Том 3: «Анализ,
выводы, рекомендации». /
Отчет Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН для компаний
Эксон Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи Инвестмент Компани.
23. Kruglov, M.V., A.N. Rutenko and R. Racca. (2006). Estimating anthropogenic sound
levels at the boundaries of gray whale feeding areas during construction and
production activities on the northeastern shelf of Sakhalin Island // Ocean Acoustics /
Proceedings of the 11th L. M. Brekhovskikh Conference. M.: GEOS. pp. 340-343.
Стр. 227
Круглов М.В., Рутенко А.Н., Расчет уровней акустических шумов на границах
районов кормления серых китов во время проведения строительных работ на
северо-восточном шельфе о. Сахалин (2006).// Акустика океана/ Доклады на 11ой школе-семинаре Л.М. Бреховских/ М.. ГЕОС. С. 340-343.
24. Malme, C.I., P.W. Smith Jr. and P.R. Miles. 1986. Study of the effects of offshore
geophysical acoustic survey operations on important commercial fisheries in
California. BBN Rep. 6125; OCS Study MMS 86-0032. Rep. from BBN Labs Inc.,
Cambridge, MA, for Battelle Labs, Ventura, CA, and U.S. Minerals Manage. Serv.,
Los Angeles, CA. 106 p.
25. Miller, J.F. and S.N. Wolf. (1980). Modal acoustic transmission loss (MOATL): A
transmission loss computer program using a normal mode model of acoustic field in
the ocean // Naval research laboratory, Washington.
26. Perlov, A.S. and M.K. Maminov. (2002). Population size, distribution and behavior of
gray whales (Eschrichtius robustus) in the coastal waters of northeast Sakhalin in
2002 (Vessel Observations) // Pacific Oceanological Institute (FEB RAS),
Vladivostok, report for Exxon Neftegas Ltd. and Sakhalin Energy Investment Co.
Перлов А.С., Маминов М.К. (2002) Численность, распределение и характер
поведения серого кита (Eschrichtius robustus) в прибрежных водах северовосточного Сахалина в 2002 г. (судовые наблюдения) // Отчет Тихоокеанского
научно-исследовательского рыбохозяйственного центра, г. Владивосток, для
компаний Эксон Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи Инвестмент Компании
ЛТД.
27. Pishchalnik, V.M. and V.S. Arkhipkin. (1999). Seasonal variations in the circulation of
waters on the Sakhalin shelf of the Sea of Okhotsk // Hydrometeorological and
Ecological Conditions of Far Eastern Seas: Assessment of Impact on Marine
Environment, DVNIGMI special issue No. 2, Vladivostok, Dalnauka, pp. 193-95.
Пищальник В.М., Архипкин В.С. (1999). Сезонные вариации циркуляции вод на
охотоморском
шельфе
острова
Сахалин.
//
Гидрометеорологические
и
экологические условия Дальневосточных морей: Оценка воздействия на
морскую среду. Тематический выпуск № 2. – Владивосток. Дальнаука, С. 84-95.
28. Richardson, W.J., C.R. Greene, C.I. Malme and D.H. Thomson. (1995). Marine
mammals and noise. Academic Press Limited. 576 p.
29. Rutenko, A.N. (2006). Acoustic Studies on the North East Sakhalin Shelf, Volume 1:
Objectives and Data; 7 July to 7 October, 2005; Sakhalin, Russian Federation //
Стр. 228
Pacific Oceanological Institute (FEB RAS) report for Exxon Neftegas Ltd. and
Sakhalin Energy Investment Co.
Рутенко А.Н. (2006) Гидроакустические исследования, проведенные с 07 июля
по 07 октября 2005 г. на северо-восточном шельфе о.Сахалин, Россия. Том 1:
«Цели и полученные данные». / Отчет Тихоокеанского океанологического
института ДВО РАН для компаний Эксон Нефтегаз Лимитед и Сахалин Энерджи
Инвестмент Компани.
30. Rutenko, A.N. (2006). Effect produced on sound propagation by an internal
temperature front moving over the shelf // Acoustical Physics, Vol. 52, No. 5, pp, 613617.
Рутенко
А.Н.
(2006)
Влияние
движущегося
по
шельфу
внутреннего
температурного фронта на распространение звука // Акустический журнал Том.
52, № 5, С. 710-715.
31. SEIC. (2006). 1000-S-90-04-P-0048-00-E#04 - Marine Mammal Protection Plan,
2006, page 52, Annex 3.
СЭИК
(2006).
1000-S-90-04-P-0048-00-R#04
-
План
защиты
морских
млекопитающих, 2006, стр. 52, приложение 3.
32. SEIC. (2006). 1000-S-90-04-P-0048-00-E#04 - Marine Mammal Protection Plan,
2006, page 43, Annex 1.
СЭИК.
(2006).
1000-S-90-04-P-0048-00-R#04
-
План
защиты
морских
млекопитающих, 2006, стр. 43, приложение 1.
33. Thomas, L., J.L. Laake, S. Strindberg, F.F.C. Marques, S.T. Buckland, D.L. Borchers,
D.R. Anderson, K.P. Burnham, S.L. Hedley, J.H. Pollard and J.R.B. Bishop. (2004).
Distance 4.2. Research Unit for Wildlife Population Assessment, University of St.
Andrews, UK. http://www.ruwpa.st-and.ac.uk/distance/.
34. Yakovlev, Yu.M. (2003). Photo-identification of the Okhotsk-Korean gray whale
population (Eschrichtius Robustus) в 2002. // Report for Exxon Neftegas Ltd. and
Sakhalin Energy Investment Co.
Яковлев Ю.М. (2003). Фотоидентификация корейско-охотской популяции серого
кита (Eschrichtius Robustus) в 2002 г. // Отчет для Эксон Нефтегаз и Сахалин
Энерджи Инвестмент Компании.
35. Zhabin, I.A., L.N. Propp, T.I. Volkova and P.Ya. Tishchenko. (2005). Variability of
hydrochemical and hydrologic parameters near the mouth of the Amur River //
Okeanologiya, Vol. 45, No. 5, pp. 703-709.
Стр. 229
Жабин И.А., Пропп Л.Н., Волкова Т.И., Тищенко П.Я. (2005).
Изменчивость
гидрохимических и гидрологических параметров вблизи устья реки Амур.//
Океанология, том 45, № 5, с. 703-709.
Стр. 230
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
OFA
Orlan
Arkutun-Dagi
Piltun-S
Piltun
PA-B-10
PA-B-20
Odoptu-PA-B
Odoptu-S-10
Odoptu-S-20
Odoptu-N-10
Odoptu-N-20
Control
Molikpaq
BEH-Odoptu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
A9 A10 A11
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Chayvo-3
BEH-North
Lunskoye
Июнь
Приложение A – Сонограммы, представленные на приложенном диске
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Июль
Точка
№
Lunskoye-1
A.12
Lunskoye-2
A.13
Lunskoye-3
A.14
Lunskoye-4
A.15
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓ ✓ ✓
✓ ✓ ✓
✓
7
8
Август
Точка
Lunskoye-1
№
A.12
25
26
27
28
29
21
Сентябрь
30
31
1
2
3
4
5
6
9
10
✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
Стр. 231
22
Orlan
Arkutun-Dagi
Piltun-S
Piltun
PA-B-10
PA-B-20
Odoptu-PA-B
Odoptu-S-10
Odoptu-S-20
Odoptu-N-10
Odoptu-N-20
Control
Molikpaq
BEH-Odoptu
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
A9 A10 A11
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Chayvo-3
OFA
2
BEH-North
Lunskoye
Июль
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
1
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Стр. 232
Orlan
Arkutun-Dagi
Piltun-S
Piltun
PA-B-10
PA-B-20
Odoptu-PA-B
Odoptu-S-10
Odoptu-S-20
Odoptu-N-10
Odoptu-N-20
Control
Molikpaq
BEH-Odoptu
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
A9 A10 A11
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Chayvo-3
OFA
2
BEH-North
Lunskoye
Август
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
1
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Стр. 233
Orlan
Arkutun-Dagi
Piltun-S
Piltun
PA-B-10
PA-B-20
Odoptu-PA-B
Odoptu-S-10
Odoptu-S-20
Odoptu-N-10
Odoptu-N-20
Control
Molikpaq
BEH-Odoptu
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
A9 A10 A11
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓
✓
✓
✓ ✓
✓ ✓
✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓ ✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Chayvo-3
OFA
2
BEH-North
Lunskoye
Сентябрь
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
1
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Стр. 234
Lunskoye
OFA
Orlan
Arkutun-Dagi
Piltun-S
Piltun
PA-B-10
PA-B-20
Odoptu-PA-B
Odoptu-S-10
Odoptu-S-20
Odoptu-N-10
Odoptu-N-20
Control
Molikpaq
BEH-Odoptu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
A9 A10 A11
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Chayvo-3
BEH-North
Октябрь
#
1
2
3
4
5
6
7
Стр. 235
Приложение В – Cертификаты калибровки.
Гидрофоны:
1. Сертификат # 5/24-002-05 Гидрофон # Г3304 № 112
Гидрофон # Г3304 № 125
Гидрофон # Г3304 № 24
Гидрофон # Г3304 № 41
Гидрофон # Г3304 № 28
Гидрофон # Г3304 № 12
2. Сертификат # 5/24-004-05 Гидрофон # ГИ-50 № 003
Гидрофон # ГИ-50 № 004
Гидрофон # ГИ-50 № 006
Гидрофон # ГИ-50 № 018
Гидрофон # ГИ-50 № 010
Гидрофон # ГИ-50 № 008
3. Сертификат # 5/24-005-05 Гидрофон # ГИ-50 №015
Гидрофон # ГИ-50 № 007
Гидрофон # ГИ-50 № 023
Гидрофон # ГИ-50 № 012
Гидрофон # ГИ-50 № 021
Гидрофон # ГИ-50 № 017
4. Сертификат # 5/24-006-06 Гидрофон # ГИ-50 №009
Гидрофон # ГИ-50 №011
Гидрофон # ГИ-50 №014
Гидрофон # ГИ-50 №016
Гидрофон # ГИ-50 №019
5. Сертификат # 17-06-2004 Гидрофон # Г-61 №10
6. Сертификат # 19-06-2004 Гидрофон # Г-61 №13
Тип G33 (Г33)
Тип G33 (Г33)
Тип G33 (Г33)
Тип G33 (Г33)
Тип G33 (Г33)
Тип G33 (Г33)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип GI-50 (ГИ-50)
Тип G-61 (Г-61)
Тип G-61 (Г-61)
Сейсмоприемник типа А0515 № 12:
1. Формуляр МГФК.402152.003ФО.
2. Основные технические данные и свидетельство о приемке
Гидрологический зонд SVXtra:
1.
2.
3.
4.
5.
Список оборудования
Калибровочное удостоверение зонда SVXtra
Протокол произведенных изменений от 04.05.2006
Калибровочное удостоверение датчика проводимости
Калибровочное удостоверение датчика скорости звука
mm
6. Калибровочное удостоверение датчика давления
ТипPDCR4000
7. Калибровочное удостоверение датчика температуры
№14083
№10903
Тип 65R
Тип100
№1599575
№ 405
Тип PRT
Копии сертификатов находятся на прилагаемом диске.
Стр. 236
Приложение
C.
Определение
области
кормления
Охотско-Корейской
72
популяции серых китов .
В этом анализе вероятностные изолинии были использованы для визуального
представления районов с наибольшей плотностью нормализованных случаев
наблюдения серых китов и изучения изменений в расположении «центров
деятельности» серых китов с течением времени 73.
Значения 50% и 95% для
построения вероятностных изолиний были выбраны произвольным образом и
построены для визуального представления изменения скоплений наблюдений
серых китов в 2002-2003 г. с течением времени. В 2003 г. была выполнена оценка
вероятностных изолиний ядра при помощи контуров распределения с учетом
времени наблюдения 74, полученных по методу ядерных оценок 75. Метод ядерных
оценок использует процесс разбиения с использованием координатной сетки,
устойчивый к ошибкам для малых выборок, если только вариации северно-южной
и западно-восточной компонент распределения не разнятся очень значительно,
что применимо к Пильтунскому району кормления.
Однако, в Пильтунском районе нагула распределение наблюдений китов
сориентировано параллельно берегу со значительно большим разбросом в
направлении,
параллельном
береговой
линии,
чем
в
направлении,
перпендикулярном береговой линии. По этой причине в 2004 г. была разработана
координатная сетка для Пильтунского района нагула серых китов, которая была
сориентирована по направлению вдоль берега и размеры ячеек сетки в
направлении, параллельном береговой линии, были выбраны большими чем в
направлении, перпендикулярном береговой линии (т.е. каждая ячейка имела
размеры 4 км на 0,5 км).
Затем для каждой ячейки вычислялось значение
72
Раздел подготовлен компанией LGL Ltd (Robin Tamasi, Peter Wainwright, Judy Muir, Sergei
Yazvenko, Sonya Meier, Steve Jonson)
73
Вероятностные изолинии были вычислены независимо для Пильтунского и морского районов
нагула серых китов.
74
Плотность – величина, отражающая число животных на единицу площади. Независимые учеты в
пределах одной и той же ячейки могут приводит к переоценке числа китов в пределах этой ячейки
и, соответственно, к завышенной плотности в случае, если не будет принята во внимание
интенсивность учетных работ.
75
Контуры плотности распределения по методу ядерных оценок были построены при помощи
программы Arcview© 3.1 с расширением Animal Movement 2.04 [Хууг и др., 1997 г.]. Контур
плотности распределения по методу ядерных оценок определяет вероятность нахождения
животного в каждой точке пространства с использованием распределения использования
пространства. Это – непараметрическое средство оценки, которое не имеет основополагающих
допущений о характере использования пространства животными.
Стр. 237
плотности, которое определялось как число китов нормализованное с учетом
объема работ по наблюдению, поделенное на площадь ячейки. Эта же
методология использовалась для Морского района нагула серых китов, за
исключением того, что в этом случае удовлетворялись требования к обычным
допущениям относительно распределения и использовалась сетка обычного типа
с ячейками размером 1 км на 1,5 км.
Оценки параметров участка обитания, сделанные в 2003, 2004 и 2005,
значительно разнятся. Чтобы компенсировать этот разброс и получить более
стабильную оценку параметров участка обитания для использования при
планировании экспериментов, в 2006 г. был выполнен дополнительный анализ
плотности распределения с использованием имеющихся данных систематических
наблюдений. При этом были использованы данные авианаблюдений за период с
2001 по 2005 г., данные станций наблюдения за поведением за период с 2001 по
2005 г. и данные наблюдений, выполненных с использованием транспортных
средств в 2004-2005 г.
Поскольку эти методы наблюдения сильно отличаются друг от друга, перед
расчетом плотности необходимо привести их результаты к общему стандарту. Это
было сделано с использованием дистанционного анализа (программа Distance)
[Бакленд и др., 2001] для учета различной способности обнаруживать китов и
введения дополнительной коррекции, чтобы учесть вероятность того, что киты
будут находиться под водой во время наблюдения. Ниже приведена подробная
информация по расчету плотности.
Для расчета функций возможности обнаружения и эффективной ширины
воздушного наблюдения, а также функции возможности обнаружения и
эффективного радиуса обнаружения при наблюдении с транспортных средств
была использована программа Distance 4.2 [Томас и др., 2004]. Для
проведения анализа вероятности обнаружения в качестве ковариата в случае
наблюдения с транспортных средств была использована высотная отметка
точки наблюдения, а в случае наблюдения со станций – высотная отметка,
состояние моря и видимость.
ƒ
Были построены две сетки: одна для Пильтунского района нагула и одна
для морского района нагула.
ƒ
Сетка Пильтунского района нагула состояла из ячеек, ориентированных
вдоль береговой линии, причем размер ячейки составлял 4 км в направлении,
параллельном берегу, и 0,5 км в направлении, перпендикулярном берегу, а
средняя площадь ячейки составляла 2,03 км2 (стандартное отклонение 0,02
км2).
ƒ
Стр. 238
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Сетка морского района нагула состояла из ячеек, ориентированных поперек
береговой линии, причем размер ячейки составлял 1 км в направлении,
параллельном берегу, и 1,5 км в направлении, перпендикулярном берегу, а
средняя площадь ячейки составляла 1,49 км2 (стандартное отклонение 0,02
км2).
Программная географическая информационная система (ГИС) ArcGIS v9.0
(ESRI 2005) была использована для построения буфера вокруг каждой
трансекты авианаблюдения (1 км для наблюдения с высоты 300 м и 5 км для
наблюдения с высоты 500 м) и для каждой судовой трансекты (2,5 км)
учитывающего полосу обзора. В случае береговых станций были построены
буфера с радиусом равным эффективному радиусу обнаружания,
представлявшие область наблюдения каждой станции.
Полученные буфера были наложены на сетку и была рассчитана площадь
ячейки, попавшая внутрь буфера (Areai). Если внутрь буфера попадало менее
50% площади ячейки, считалось, что такие условия непригодны для расчета
плотности в этой ячейке, поскольку покрытие ячейки считалось
недостаточным для достоверного расчета плотности.
Далее производился расчет числа китов внутри буфера в каждой ячейки
сетки. Во-первых, количество китов в каждом случае обнаружения было
увеличено с использованием соответствующей функции возможности
обнаружения, с тем чтобы компенсировать уменьшение вероятности
обнаружения китов на большем расстоянии от наблюдателя.
После этого увеличенное число обнаруженных китов было наложено на
результат совмещения сетки и буферов. В результате была получена оценка
количества китов в обследованной части каждой ячейки (Counti). И наконец
была оценена плотность в каждой ячейке сетки (количество китов на единицу
площади) с учетом вероятности того, что киты были под водой во время
наблюдения (g(0)):
⎡Count i ⎤
⎢
⎥
Areai ⎦
⎣
Density =
g (0 )
g(0), вероятность того, что киты были под водой во время наблюдения, была
оценена на основе данных о поведении, собранных в период с 2001 по 2005
г., зоны видимости и скорости самолета или либо скорости обзора.
ƒ
После этого данные отдельных наблюдений были усреднены для
определения общей средней плотности в каждой ячейке сетки.
Далее была выполнена ядерная оценка плотности вероятности для Пильтунского
и морского района нагула следующим образом:
Была рассчитана полная популяция для каждой сетки путем сложение
плотностей во всех ячейках.
ƒ
Затем данные по ячейкам были упорядочены по плотности в возрастающем
порядке.
ƒ
После этого для каждой ячейки были рассчитаны суммарные плотности,
равные сумме плотностей во всех ячейках, где плотность серых китов была
меньше, чем плотность в данной ячейке.
ƒ
Стр. 239
Далее каждой ячейке были приписаны ядерные плотности вероятности,
равные суммарной плотности, деленной на популяцию и выраженную в
процентах.
ƒ
Для морского района нагула (где размерности по осям x и y приблизительно
одинаковы) были рассчитаны вероятностные изолинии 50% и 95% с помощью
программы пространственного анализа ArcView и метода обратных
расстояний с пороговым расстоянием 3 км. После этого были удалены
области исключения, находящиеся внутри изолиний, и полученный результат
был сглажен с помощью сплайн-функции.
ƒ
При использовании стандартной методики дистанционного анализа [Бакленд и
др., 2001] для создания функций возможности обнаружения при наблюдении с
берега
возникают
определенные
проблемы.
В
частности,
нарушается
предположение о равномерном распределении расстояний до китов от точки
наблюдения, поскольку имеется корреляция между плотностью китов и глубиной
моря. Это затрудняет использование функций возможности обнаружения,
поскольку различия в количестве обнаруженных китов могут быть вызваны как
изменением плотности, так и изменением возможности обнаружения. Вероятные
последствия этого для анализа могут быть двоякими:
(i)
(ii)
Значение эффективного радиуса обнаружения, вероятно, будет занижено;
Плотность китов на расстоянии приблизительно 2,5 – 5 км от берега,
вероятно, будет завышена, поскольку уменьшение плотности китов при
увеличении глубины будет истолковано как уменьшение возможности
обнаружения при удалении от берега.
Стр. 240
Приложение D
- Лабораторные испытания и калибровки акустических
измерительно-регистрационных средств: АПАР, АПАР-опер, АПАР-Р и
радиогидроакустических буев.
Общие проверки рабочих характеристик и калибровочные испытания проводятся
по стандартным методикам с помощью тональных и шумовых электрических
сигналов,
формируемых
генераторами
с
известными
техническими
характеристиками (см. Рис. D.1а) и измерительно-регистрационного комплекса
основанного на оборудовании компании National Instruments и ЭВМ, показанных
на Рис. D.1b.
Рис. D1 - Оборудование для лабораторных поверок и калибровок
Измерение собственных шумов
Для корректных измерений собственных шумов и динамического диапазона
применяемых в поле акустических измерительных систем: АПАР, АПАР-опер,
АПАР-Р, радиогидроакустические буи в 2005 г. были изготовлены эквиваленты,
используемых в них гидрофонов типа ГИ-50 (пьеза керамика имеет форму
цилиндра и обладает чувствительностью ≈ 1 мВ/Па) и Г-33 (пьеза керамика имеет
форму сферы и обладает чувствительностью
гидрофонов
содержат
в
металлическом
≈ 200 мкВ/Па). Эквиваленты
корпусе
электронные
схемы
Стр. 241
предварительных усилителей, идентичные схемам усилителей соответствующих
гидрофонов, но в место пьеза керамики к их входам подключены конденсаторы,
имеющие ту же электроемкость, что и пьеза керамика гидрофона.
Для
проведения
измерений
собственных
шумов
данного
измерительного
устройства вместо гидрофона к АПАР через 15 м кабель подключается его
эквивалент, и в условиях лаборатории проводятся измерения в течение 10-20
минут. Измерения проводятся при типовых параметрах данного измерительного
устройства:
значении
коэффициента
масштабного
усиления,
амплитудно-
частотных характеристиках аналоговых трактов, частоте дискретизации, полосе
(10-5000 Гц или 10-10000 Гц) радиотелеметрического тракта. Результаты
измерений (в относительных единицах) путем нормировки на значения сквозного
коэффициента усиления - Ku ( f ) и чувствительности гидрофона - M ( f ) для f = 1
кГц, приводятся к мкПа, и производится расчет оценки спектра -
Gˆ ( f )
собственных шумов данного измерительного устройства. Значения спектральной
плотности во всем исследуемом частотном диапазоне, с помощью сквозной
нормированной амплитудно-частотной характеристики – K ( f ) =
Ku ( f ) M ( f )
,
Ku (1кГц ) M (1кГц )
приводятся к абсолютным значениям – Gˆ ( f ) / K 2 ( f ) в мкПа2/Гц. С помощью
⎛ Gˆ ( f ) ⎞
⎟ значения спектральной плотности, пересчитываются в дБ
формулы 10 lg⎜⎜ 2
⎟
(
)
K
f
⎝
⎠
отн. 1 мкПа2/Гц. На Рис. С.2 показаны блок-схемы измерения собственных шумов
разных модификаций АПАР (Рис. D2а), аналоговых радиогидроакустических буев
и
радиотелеметрического
тракта
АПАР-Р
(Рис.
D.2b)
и
цифровых
радиогидроакустических буев (Рис. D.2c).
Стр. 242
Рис. D.2 - Блок-схема стенда для измерений собственных шумов
измерительно-регистрационного тракта АПАР - (а), аналогового
радиогидроакустического буя АРГБ – (б.) и цифрового
радиогидроакустического буя (ЦРГБ).
Оценка динамического диапазона измерений.
Потенциальный динамический диапазон измерения амплитуды синусоидального
аналогового сигнала (напряжения) при использовании 16 разрядного АЦП равен
90
дБ.
Во
всех
модификациях
АПАР,
а
так
же
в
цифровых
радиогидроакустических буях и оборудовании National Instruments применяется 16
разрядное АЦП. Известно, что динамический диапазон пьезокерамического
преобразователя акустического давления в аналоговое напряжение больше 90
дБ, поэтому остается измерить сквозной динамический диапазон аналогового
тракта, включающего радиотелеметрический канал. Если под динамическим
Стр. 243
диапазоном измерительно-регистрационного устройства понимать возможность
одновременного оценивания максимально и минимально возможных амплитуд
сигналов с разными частотами, то с одной стороны 16 разрядное АЦП позволяет
правильно измерить сигналы с амплитудами 5 В и ≈ 250 мкВ, но с другой стороны
из-за нелинейных искажений в измерительном тракте появляются гармоники,
которые естественно ограничивают динамический диапазон снизу. Кроме того,
поскольку
данные
акустические
измерительные
системы
в
основном
предназначены для измерения шумовых (случайных) акустических полей, то их
уровень (спектральная плотность мощности в полосе 1 Гц) на разных частотах
определяется с помощью расчета периодограмм, а, как известно, разные «окна»
(весовая функция) имеют разные уровни проникновения энергии из основного
частотного «окна» в «лепестки». На Рис. D.3 приведен пример расчета спектра
тонального с частотой 100 Гц сигнала, записанного АПАР, с помощью «окна»
Хэмминга и «окна» Кайзера. На Рис. D.3 видно, что данный эффект является
естественным
ограничением
динамического
диапазона
при
построении
исследуемого
экспериментальной
оценки
измерительно-регистрационного
устройства, но как видно на Рис. D.3 для «окна» Кайзера динамический диапазон
спектрального оценивания равен примерно 79 дБ. Это достигается благодаря
специальному уменьшению амплитуд реальных сигналов в начале и в конце
реализации, по которой с помощью БПФ рассчитывается периодограмма
значения,
которой
корректируются
на
соответствующий
поправочный
коэффициент «окна», поэтому необходимо, что бы измеряемый сигнал был
стационарен на этом временном интервале, равном 1 секунде.
Стр. 244
Рис. D.3 - Оценки спектра тестового тонального сигнала, записанного АПАР и
рассчитанного с помощью «окна» Хэмминга и «окна» Кайзера.
Блок-схемы измерительных стендов для оценки динамического диапазона
измерительно-регистрационного трактов АПАР, АРГБ и ЦРГБ, показаны на Рис.
D.4. Измерения проводятся при подаче синусоидальных сигналов с частотами 10,
20, 40, 60, 200, 500 Гц, 1, 2 и 4 кГц от генератора на вход эквивалента гидрофона
через специальный кабель. В этом эксперименте необходимо использовать
перестраиваемый
генератор
с
минимальными
уровнями
гармоник,
в
формируемом им тональном сигнале, и их относительный уровень в дБ должен
быть известен или измерен. Желательно, что бы он был меньше -75 дБ.
Например, в Табл. D.1 приведены такие характеристики (из его паспорта) для
используемого нами генератора типа ГЗ-118:
Таблица D.1 - Характеристики гармоник генератора ГЗ-118
Частотный диапазон, Гц
10-20
Коэффициент гармоник, дБ
-66дБ
20-100
-80дБ
100-200
-66дБ
200-10000
-96дБ
Стр. 245
На Рис. D.5 приведен график оценки спектра количественно иллюстрирующий
динамический
модификаций
диапазон
АПАР.
При
измерений,
расчете
производимых
периодограмм
с
помощью
разных
использовалось
«окно»
Хэмминга, поскольку это наша основная весовая функция, применяемая при
анализе результатов натурных акустических измерений. На Рис. D.5 видно, что
при амплитуде входного сигнала, соответствующей 119 дБ отн. 1 мкПа2/Гц
уровень второй гармоники тонального сигнала с частотой 1300 Гц равен 46 дБ
отн. 1 мкПа2/Гц. Если при расчете периодограмм использовать «окно» Кайзера, то
согласно Рис. D.3, мы можем, примерно на 20 дБ, увеличить динамический
диапазон
оценивания спектральной
плотности
акустических сигналов
при
частотном разрешении равном ≈ 10 Гц. Таким образом, с учетом гармоник
(нелинейных
искажений)
оценка
реального
динамического
диапазона
измерительно-регистрационного тракта АПАР больше 70 дБ.
Стр. 246
Рис. D.4 - Блок-схема стенда для оценки динамического диапазона
измерительно-регистрационного тракта (а) АПАР, (б) аналогового
радиогидроакустического буя (АРГБ) и (в) цифрового
радиогидроакустического буя (ЦРГБ).
Стр. 247
Определение амплитудно-частотных характеристик
На Рис. D.6 показаны структурные схемы стендов для определения амплитудночастотных характеристик (АЧХ) аналоговых трактов (Рис. D.6а1) и «сквозных» АЧХ
АПАР
(Рис.
D.6а2),
аналоговых
(Рис.
D.6b)
и
цифровых
(Рис.
D.6с)
радиогидроакустических буев. На вход аналогового тракта подается сигнал с
генератора белого шума Г2-57 и генератора синусоидальных сигналов ГЗ-118,
подключаемых через аттенюатор. При измерениях используется оборудование
компании
«National
излучаемого
Instruments» 76.
передатчиком
Прием
радиобуя,
радиотелеметрического
осуществляется
с
сигнала,
помощью
радиоприемника ICOM IC-R10. Выходной сигнал снимается непосредственно с
выхода частотного дискриминатора радиоприемника. Далее сигнал подается на
вход измерительно-регистрирующего комплекса компании «National Instruments»,
подключенного к ноутбуку.
Испытание широкополосным сигналом - «белого шума» является стандартным
методом контроля амплитудно-частотных характеристик аналоговых трактов всех
АПАР и радиобуев; испытания при помощи гармонических сигналов проводятся
один раз для каждого тракта с целью определения точных значений его АЧХ.
76
National Instruments model # DAQCard-AL-16XE-50 and National Instruments model # SCXI-1142
Стр. 248
Рис. D.5 - Спектр тестового сигнала, записанного АПАР и
проанализированного с использованием окна Хэмминга.
Стр. 249
Рис. D.6 - Блок-схемы стендов для измерения амплитудно-частотных
характеристик измерительно-регистрационных трактов АПАР – (a.),
аналогового радиогидроакустического буя – (b.) и цифрового
радиогидроакустического
буя – (c.).
Стр. 250
Приложение E – результаты взаимной калибровки.
В начале экспедиции 2006 г. на судне Профессор Богоров была проведена
взаимная калибровка всех АПАР, а также 2 цифровых (ЦРБ) и 4 аналоговых (АРБ)
радиогидроакустических буев, используемых в программе полевых работ 2006 г.
Целью данных экспериментов являлось подтверждение абсолютной калибровки
устройств 77 путем сравнения спектров акустических шумов и сигналов синхронно
измеренных с их помощью. Кросс-калибровка производилась путем сравнения
спектров
синхронно
записанных
широкополосных
и
тональных
сигналов,
генерируемых НИС «Профессор Богоров», и высокочастотным широкополосным
излучателем. Значения всех спектров корректировались в соответствии со
сквозными АЧХ данных измерительных устройств, т.е. результаты измерений
приведены к абсолютным значениям акустического давления в заданных
частотных диапазонах.
Гидрофоны калибруемых устройств опускались с борта дрейфующего судна
«Профессор Богоров» на глубины 10-15 м во время дрейфа судна на глубинах
более 30 м. Ввиду большого числа гидрофонов и из-за близости расположения
ЦРБ и АРБ их взаимного влияния друг на друга, кросс-калибровка производилась
по группам (см. Рис. E.1). АПАР №13 либо гидрофон Г-61 №10 были общими для
всех
групп.
Целью
данных
экспериментов
являлось
подтверждение
относительной калибровки устройств путем сравнения спектров акустических
шумов и сигналов синхронно измеренных с их помощью. Значения всех спектров
корректировались в соответствие со сквозными АЧХ данных измерительных
устройств, т.е. результаты измерений приведены к абсолютным значениям
акустического
давления
в
заданном
частотном
диапазоне.
Для
расчета
погрешностей АПАР и буев использовалась методика, представленная в отчете
[Борисов и др. 2006]. Результаты измерений представлены на Рис. Е2-Е16 и в
Табл. Е1-Е8.
77
Кроме этого, это позволяет подтвердить метрологические поверки гидрофонов и результаты
лабораторных калибровок сквозных амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) измерительных
трактов всех акустических измерительных средств
Стр. 251
Рис. Е.1 – Организация и проведение кросс-калибровки всех акустических
измерительных средств на борту НИС Профессор Богоров.
Стр. 252
Рис. Е.2 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов,
проведенные с помощью АПАР №7, АПАР №11, АПАР №14, АПАР №15 и
опорного гидрофона Г61-№10, показанные в частотных диапазонах 5 Гц-15
кГц (a), 5-1000 Гц (b) и 1-15 кГц (c).
Стр. 253
Рис. Е.3 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АПАР-Р №2, АПАР-Р №4, АПАР №5, АПАР №6, АПАР №16,
АПАР №17 и опорным гидрофоном Г-61 №10, показанные в частотных
диапазонах 5 Гц-15 кГц (a), 5-1000 Гц (b) и 1-15 кГц (c).
Стр. 254
Таблица Е.1 - Результаты расчета погрешностей АПАР №7, АПАР №11, АПАР
№14 и АПАР №15 в частотных диапазонах 10-1000 Гц и 1-15 кГц.
D( Δf1 ) [dB]
σ ( Δf1 ) [dB]
D( Δf 2 ) [dB]
σ ( Δf 2 ) [dB]
AUAR #
f1 = 10-1000
f1 = 10-1000
f2 = 1-15 kHz
f2 = 1-15 kHz
Reference
145.1
1.2
141.0
0.1
7
146.9
0.6
140.5
0.4
11
146.9
0.6
140.5
0.4
14 (mini)
146.4
0.1
141.2
0.3
15 (mini)
146.4
0.1
141.4
0.5
Mean
146.3
140.9
Таблица Е.2 - Результаты расчета погрешностей АПАР-Р №2, АПАР-Р №4,
АПАР №5, АПАР №6, АПАР №16 и АПАР №17 в частотных диапазонах 101000 Гц и 1-15 кГц.
D( Δf1 ) [dB]
σ ( Δf1 ) [dB]
D( Δf 2 ) [dB]
σ ( Δf 2 ) [dB]
AUAR #
f1 = 10-1000
f1 = 10-1000
f2 = 1-15 kHz
f2 = 1-15 kHz
Reference
144.9
0.0
137.0
0.4
2 (T-AUAR)
145.2
0.3
136.8
0.2
4 (T-AUAR)
144.9
0.0
136.7
0.1
5
144.8
0.1
136.9
0.3
6
145.5
0.6
136.1
0.5
16
144.3
0.6
136.5
0.1
17
144.9
0.0
136.5
0.1
Mean
144.9
136.6
Таблица Е.3 - Результаты расчета погрешностей АПАР-Р №3 и АПАР №10 в
частотных диапазонах 10-1000 Гц и 1-15 кГц.
D( Δf1 ) [dB]
σ ( Δf1 ) [dB]
D( Δf 2 ) [dB]
σ ( Δf 2 ) [dB]
AUAR #
f1 = 10-1000
f1 = 10-1000
f2 = 1-15 kHz
f2 = 1-15 kHz
Reference
133.8
0.1
130.6
0.6
3 (T-AUAR)
134.7
0.8
129.8
0.2
10
133.1
0.8
129.5
0.5
Mean
133.9
130.0
Стр. 255
Таблица Е.4 - Результаты расчета погрешностей АПАР №8 и АПАР №13 в
частотных диапазонах 10-1000 Гц и 1-15 кГц.
D( Δf1 ) [dB]
σ ( Δf1 ) [dB]
D( Δf 2 ) [dB]
σ ( Δf 2 ) [dB]
AUAR #
f1 = 10-1000 Hz
f1 = 10-1000 Hz
f2 = 1-15 kHz
f2 = 1-15 kHz
Reference
133.6
0.6
127.7
0.4
8
132.1
0.9
129.3
1.2
13
133.4
0.4
127.3
0.8
Mean
133.0
128.1
Таблица Е.5 - Результаты расчета погрешностей АПАР - №9, 13, 19, 20, 21
и мини-АПАР- №18 в частотных диапазонах 10-1000 Гц и 1-15 кГц.
D( Δf1 ) [dB]
σ ( Δf1 ) [dB]
D( Δf 2 ) [dB]
σ ( Δf 2 ) [dB]
AUAR #
f1 = 10-1000 Hz
f1 = 10-1000 Hz
f2 = 1-15 kHz
f2 = 1-15 kHz
9
124.4
1.2
131.9
1.4
13
121.9
1.3
128.9
1.6
18 (mini)
123.3
0.1
132.1
1.6
19
122.9
0.3
130.0
0.5
20
124.2
1.0
131.9
1.4
21
122.5
0.7
128.4
2.1
Mean
123.2
130.5
Стр. 256
Рис. Е.4 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АПАР-Р №3, АПАР №10 и опорным гидрофоном Г-61 №10,
показанные в частотных диапазонах 5 Гц-15 кГц (a), 5-1000 Гц (b) и 1-15 кГц
(c).
Стр. 257
Рис. Е.5 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АПАР №8, АПАР №13 и опорным гидрофоном Г-61 №10,
показанные в частотных диапазонах 5 Гц-15 кГц (a), 5-1000 Гц (b) и 1-15 кГц
(c).
Стр. 258
Рис. Е.6 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов АПАР
№№9, 13,19,20,21 и мини-АПАР №18 , показанные в частотных диапазонах 5
Гц-15 кГц (a), 5-1000 Гц (b) и 1-15 кГц (c).
Стр. 259
Рис. Е.7 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АПАР-Р №2 непосредственно и через радиотелеметрические
каналы с использованием радиоприемников ICOM IC-R10, ICOM IC-R20,
показанные в частотных диапазонах 10 Гц-5 кГц (a), 10-1000 Гц (b) и 1-5 кГц
(c).
Стр. 260
Рис. Е.8 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов АПАР-Р
№3 непосредственно и через радиотелеметрические каналы с
использованием приемников ICOM IC-R10, ICOM IC-R20, показанные в
частотных диапазонах 10 Гц-5 кГц (a), 10-1000 Гц (b) и 1-5 кГц (c).
Стр. 261
Рис. Е.9 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АПАР-Р №4 непосредственно и через радиотелеметрический
канал с использованием радиоприемника ICOM IC-R20, показанные в
частотных диапазонах 10 Гц-5 кГц (a), 10-1000 Гц (b) и 1-5 кГц (c).
Стр. 262
Рис. Е.10 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АПАР-Р №16 непосредственно и через радиотелеметрический
канал с использованием радиоприемника ICOM IC-R10, показанные в
частотных диапазонах 10 Гц-5 кГц (a), 10-1000 Гц (b) и 1-5 кГц (c).
Стр. 263
Рис. Е.11 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АПАР-Р №17 непосредственно и через радиотелеметрические
каналы с использованием радиоприемников ICOM IC-R10, ICOM IC-R20,
показанные в частотных диапазонах 10 Гц-5 кГц (a), 10-1000 Гц (b) и 1-5 кГц
(c).
Стр. 264
Из Табл. E.1-E.5 видно, что погрешность дисперсии акустического сигнала,
полученная в результате кросс калибровки, на всех АПАР не превышает: в
диапазоне до 1 кГц - 1.3 дБ, до 15 кГц – 2.1 дБ 78.
Таблица E.6 - Результаты расчета относительных погрешностей
радиоканалов АПАР-Р №2, 3, 4, 16, 17 в частотном диапазоне 10Гц -5 кГц.
D(10 − 5000Hz ) [dB]
ΔD(ICOM − AUAR ) [dB]
T-AUAR #
IC-R10
IC-R20
AUAR
IC-R10
IC-R20
2
126.2
126.3
124.9
1.3
1.5
3
124.3
124.2
122.7
1.6
1.5
126.0
125.8
4
16
125.7
17
129.3
129.3
0.2
125.1
0.6
128.0
1.3
1.3
Из таблицы E.6 видно, что погрешность дисперсии акустического сигнала,
полученная
в
результате
взаимной
калибровки
основного
и
радиотелеметрического каналов, на всех АПАР-Р и для обоих типах применяемых
радиоприемников не превышает в диапазоне 10 Гц - 5 кГц - 1.6 дБ.
78
Поскольку измерения проходят в условиях, не обеспечивающих полного совпадения
акустического сигнала на всех гидрофонах (различное расположение гидрофонов в связке по
отношению к источникам звука, взаимное «затенение» гидрофонов), такую точность можно
признать удовлетворительной.
Стр. 265
Рис. E.12 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АРБ №2, АПАР №13 и опорным гидрофоном Г-61 №10,
показанные в частотных диапазонах 10 Гц-5 кГц (a), 10-1000 Гц (b) и 1-5 кГц
(c).
Стр. 266
Рис. E.13 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АРБ №3, АПАР №13 и опорным гидрофоном Г-61 №10,
показанные в частотных диапазонах 10 Гц-5 кГц (a), 10-1000 Гц (b) и 1-5 кГц
(c).
Стр. 267
Рис. E.14 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных АРБ №4, АПАР №13 и опорным гидрофоном Г-61
№10,показанные в частотных диапазонах 10 Гц-5 кГц (a), 10-1000 Гц (b) и 1-5
кГц (c).
Стр. 268
Таблица E.7 - Результаты расчета погрешностей АРБ №№2, 3,4 в частотном
диапазоне 10Гц -5 кГц.
D(10 − 5000Hz ) [dB]
Reference
AUAR No. 13
ASB
ASB
D [dB]
ΔD [dB]
D [dB]
ΔD [dB]
D [dB]
ΔD [dB]
Mean
2
127.0
1.2
124.7
1.1
125.6
0.2
125.8
3
127.3
1.1
125.2
1.0
126.0
0.2
126.2
4
126.7
1.2
124.3
1.2
125.4
0.1
125.5
Из Табл. E.7 видно, что погрешность дисперсии акустических сигналов,
полученная в результате кросс калибровки, на всех АРБ не превышает 1.2 дБ в
рабочем диапазоне частот. Поскольку измерения проходят в условиях, не
обеспечивающих полного совпадения акустического сигнала на всех гидрофонах,
такую точность можно признать удовлетворительной 79.
Таблица E.8 - Результаты расчета погрешностей ЦРБ №1 и №2 в частотном
диапазоне 10 – 2300 Гц.
Unit
D(10 − 2300Hz ) [dB]
σ (10 − 2300Hz ) [dB]
DSB #1
123.4
0.3
DSB #2
122.6
0.6
AUAR #13
122.5
0.2
Mean
122.8
Из Табл. E.8 видно, что погрешность дисперсии акустического сигнала,
полученная в результате кросс калибровки, на всех ЦРБ не превышает 0.6 дБ в
рабочем диапазоне частот.
Как видно из вышеприведенных данных, максимальная погрешность дисперсии
акустического сигнала для ЦРБ не превышает 0,76 дБ, для АРБ – 1,2 дБ 80. Эти
79
Максимальная погрешность была получена на низких частотах из-за низкого уровня тестового
сигнала. Кроме этого, погрешности могли быть получены из-за различного расположения
гидрофонов по отношению к источнику звука, так же как и в случае кросс-калибровки АПАР.
80
Максимальная погрешность была получена на низких частотах из-за низкого уровня тестового
сигнала.
Стр. 269
показатели находятся в пределах спецификации и поэтому калибровка может
считаться успешной 81.
Непосредственно перед экспериментами с сейсмоизлучателем была проведена
дополнительная кросс-калибровка ЦРБ-2 и мини АПАР-15. Кросс-калибровка
производилась по шумам НИС Профессор Богоров. Результаты анализа этих
измерений приведены на Рис. E.15 и Рис. Е.16.
81
Кросс-калибровка ЦРБ проводилась в диапазоне 1 Гц – 2.6 кГц, АРБ – 200 Гц – 10 кГц. Данные,
измеряемые АРБ ниже 200 Гц не могут считаться достоверными.
Стр. 270
Рис. E.15 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов
проведенных ЦРБ №№1,2 и АПАР №13, показанные в логарифмической
шкале в частотном диапазоне 10-2600 Гц (a) и в линейной шкале в частотном
диапазоне 0-2600Гц (b).
Стр. 271
Рис. E.16 - Результаты синхронных измерений акустических сигналов ЦРБ
№1 и АПАР №15, показанные в частотном диапазоне 10-2500 Гц (a) и 0-100Гц
(b).
Стр. 272
Приложение F – Методики нормализации и анализа акустических данных
АПАР регистрируют дискретные временные последовательности, что позволяет
выполнять анализ временных, спектральных и пространственных свойств
акустического поля. Нормализация и коррекция этих данных выполнялась при
помощи следующих алгоритмов 82:
1. Нормализация необработанных данных:
A=
V
SH ⋅ K U
[мкПа]
(F1)
Где:
A амплитуда отсчета [мкПа]
V
выходное напряжение АЦП [мВ]
KU усиление системы 83
SH чувствительность гидрофона на частоте 1 кГц [мВ/мкПа].
2. Вычисление оценок спектральных плотностей энергии и мощности:
Для оцифрованного временного ряда давления:
p (iΔt ) i = 0, M-1
[мкПа]
(F2)
Где:
M число отсчетов
T
длительность временного ряда (секунды)
Δt интервал дискретизации (секунды)
A. Вычисление спектральной плотности энергии в пределах интервала
анализа T:
E (kΔf ) = 2Δt 2 PFFT (kΔf )
2
[(мкПа/Гц2] или [мкПа2⋅с/Гц]
84
(F3)
Где:
Δf =
1
MΔt
шаг частоты (Гц) 85
82
Все программы для нормализации, корректировки и осреднения временных и спектральных
данных были протестированы. Для этих тестов использовались широкополосные и узкополосные
сигналы, передаваемые со входов гидрофонов на выход частотного дискриминатора
радиоприемника, а также на точку ввода данных с АЦП на вход ПК.
83
Поскольку характеристики отклика и калибровка приборов оцениваются в частотной области,
коррекция данных по абсолютным спектральным значениям выполняется также в частотной
области после вычисления спектра плотности мощности.
84
БПФ представляет собой 1-стороннее БПФ (k = 0, ... , M/2)
85
Hа практике число отсчетов, вводимое в БПФ, составляет 16384 для частоты отсчетов 20 кГц и
32768 для частоты отсчетов 30 кГц.
Стр. 273
Алгоритм БПФ должен быть проверен на соответствие теореме Парсеваля:
M −1
M /2
i =0
k =0
∑ p 2 (iΔt )Δt =
Для
∑ E (kΔf )Δf
удовлетворения
(F4)
требования
теоремы
Парсеваля
должна
использоваться компенсация Δf , в противном случае не будет обеспечено
правильное суммирование значений энергии. Таким образом, если БПФ
выполняется для отличающегося от 1 секунды временного интервала,
будет выполняться компенсация длительности этого интервала 86.
B. Вычисление спектральной плотности мощности (энергия нормализована
для интервала в 1 секунду):
G (kΔf ) =
1
E (kΔf )
T
[мкПа2/(с Гц)] или [мкПа2] (F5)
C. Преобразование спектра для логарифмической шкалы:
EdB (kΔf ) = 10 Log 2 + 20 Log (Δt PFFT (kΔf ) )
GdB (kΔf ) = EdB (kΔf ) − 10 LogT
[дБ относительно 1 мкПа/Гц]
87
(F6)
88
[дБ относительно 1 мкПа2/(с Гц)] (F7)
D. Вычисление оценок средних значений спектральной плотности энергии и
мощности
для
усреднения
интервала
длительностью
спектров,
вычисленных
NT
для
секунд
посредством
последовательных
неперекрывающихся интервалов длительностью T:
E (kΔf ) =
2Δt 2
N
N
∑P
i =1
G (kΔf ) =
1
E (kΔf )
T
G (kΔf ) =
1
N
N
FFT
∑ G(kΔf )
(kΔf )
2
[(мкПа/Гц2] или [мкПа2 с/Гц]
(F8)
[мкПа2/(с Гц)] или [мкПа2] (F9)
[мкПа2/(с Гц)] или [мкПа2] (F10)
i =1
86
Для этого вычисления необходимо масштабирование БПФ таким образом, чтобы выходное
значение для единичного пика был единичным на всех частотах. Для обеспечения правильного
1
.
масштабирования БПФ необходимо определить скалярное значение S =
FFT (δ (t ))
87
Должно быть определено окно, по которому осуществляется оценка энергии.
88
Коррекция по закону -10 logT позволяет выполнять вычисление оценок спектральной плотности
мощности для более длинных интервалов с целью обеспечения статистической стабильности
результатов.
Стр. 274
Хотя единицами измерения спектральной плотности мощности являются мкПа2/(сГц), мкПа2/с/Гц или мкПа2, общепринятой практикой является определение единиц
спектральной плотности мощности как мкПа2/Гц или мкПа/√Гц.
E. Вычисление дисперсии спектральной плотности мощности в заданной
полосе частот:
⎛ f2
⎞
D(Δf ) = 10 log⎜ ∫ G ( f )df ⎟
⎜f
⎟
⎝ 1
⎠
[дБ отн. мкПа2]
(F11)
Где:
- соответственно нижняя и верхняя границы заданной полосы
f1 , f 2
частот, Гц;
Δf = f 2 − f1
Анализ данных затухания акустического сигнала при распространении (TL)
Главная задача исследований TL заключалась в определении значений TL вдоль
заданных
акустических
профилей.
Это
позволяет
с
большей
точностью
определить распространение акустических сигналов в изучаемой зоне и
выполнить калибровку акустических моделей.
Значения TL, определенные в ходе экспериментов, представляли собой снижение
средней интенсивности, измеренной между местом расположения АПАР и
опорным значением. В качестве опорного значения, используемого в настоящих
исследованиях, принималась средняя интенсивность, измеренная на расстоянии
в 1 м от излучателя 89. Значения TL выражаются в децибелах и определяются по
уравнению (F11):
TL(r ) = 10log
I (r )
I1m
(F12)
Где:
I(r)
I1m
интенсивность на расстоянии r от излучателя.
интенсивность на расстоянии в 1 м от излучателя
89
Измерение акустического поля на расстоянии в 1 м от излучателя может быть связано с
некоторыми экспериментальными затруднениями. Эти вопросы более подробно рассматривались
в разделе 5.
Стр. 275
При проведении анализа TL с использованием шумовых сигналов, генерируемых
источниками, размеры которых превышают длину волны акустической энергии,
использовалась аппроксимация для поля ближней зоны. Измеренный уровень
пересчитывался в значение для расстояния в 1 м исходя из допущения о
сферическом характере распространения. Для этого используется уравнение
(F12).
TL1m = TL(r1 ) + 20 log r1
(F13)
Где:
r1
расстояние от точки измерения 1 м.
Стр. 276