Батиметрическая карта — это тип изарифмической карты , которая отображает подводную батиметрию и физико-географические особенности дна океанов и морей. [1] Их основная цель — предоставить подробные контуры глубины топографии океана, а также предоставить размер, форму и распределение подводных объектов.
Топографические карты отображают высоту над землей ( топографию ) и являются дополнением к батиметрическим картам. Батиметрические карты показывают глубину с помощью серии линий и точек с равными интервалами, называемых контурами глубины или изобатами (тип контурной линии ). Замкнутая форма с все более мелкими фигурами внутри нее может обозначать океаническую впадину или подводную гору, или подводную гору, в зависимости от того, увеличиваются или уменьшаются глубины по направлению внутрь. [2]
Батиметрические съемки и карты связаны с наукой океанографии , в частности, с морской геологией , а также с подводным строительством или другими специализированными целями.
Батиметрические данные, используемые для создания карт, также можно преобразовать в батиметрические профили , представляющие собой вертикальные сечения объекта.
Использование батиметрии и разработка батиметрических карт восходит к 19 веку до н. э. в Древнем Египте . Изображения на стенах гробниц, такие как барельефы Дейр-эль-Бахри, заказанные царицей Хатшепсут в 16 веке до н. э., показывают древних мореплавателей, использующих длинные тонкие шесты в качестве измерительных шестов для определения глубины реки Нил и дельты реки Нил . [3]
Первые письменные отчеты и картографические записи зондирования появились лишь через 1000 лет после того, как египтяне начали зондировать и картографировать Нил. Греческий историк Геродот пишет о зондировании на глубине 66 футов в устье Нила в дельте реки. Он пишет о желтой грязи, поднятой на поверхность, похожей на ту, что откладывалась во время ежегодных наводнений. [4] Эти отчеты показывают повышенную осведомленность древних мореплавателей о региональных глубинах и характеристиках морского дна и демонстрируют, что открытия в батиметрии и использование батиметрических карт значительно продвинулись вперед.
В Новом Завете описываются измерения глубины, проведенные во время кораблекрушения Павла на острове Мальта в Книге Деяний . Глава 27, стихи 27-44 [5] описывают этот опыт:
27 «...когда нас везли взад и вперед по Адрии, около полуночи корабельщики решили, что они приближаются к какой-то стране»;
28 «И, вымерив, нашли двадцать сажен; и, пройдя немного, опять вымерили, нашли пятнадцать сажен».
29 «Тогда, опасаясь, как бы мы не напоролись на скалы, они бросили четыре якоря с кормы...»
39 «И когда настал день, они не узнали земли...»
40 «И, подняв якоря, они пустились в путь по морю... и направились к берегу».
41 И попав в место, где встречаются два моря, они посадили корабль на мель; и передняя часть его застряла и осталась неподвижной, а задняя часть была разбита силой волн.
В стихе 39 говорится, что «они не знали земли», что указывает на то, что их знания о море были получены из опыта других, а также из памяти о том, что они уже были там раньше. Лоцманские указания, называемые периплом, существовали в первом веке нашей эры, давая общие прибрежные конфигурации. Коммерчески доступные карты глубин моря и окружающего побережья не будут доступны еще почти тысячу лет.
До этого момента батиметрические карты были редки, поскольку моряки продолжали полагаться на тяжелые веревки и свинцовые грузила для снятия показаний глубины и составления карт открытого океана. Незначительные достижения в области съемки и картографирования глубин океанов произошли за 200 лет с тех пор, как Колумб отплыл в Америку . В 1647 году Роберт Дадли опубликовал атлас « Dell'Arcano del Mare » (Тайны моря). Его работа намного опередила все, что было опубликовано ранее, с картами и схемами, построенными в проекции Меркатора , а также содержала некоторые из первых карт, показывающих напечатанные глубины на североамериканском атлантическом побережье. Его публикация заложила основу для будущих мореплавателей и изобретателей, чтобы продолжить разработку новых и изобретательных способов создания высококачественных карт и обзоров озер и океанов мира.
Батиметрическая карта отличается от гидрографической тем, что ее целью является точное отображение подводных объектов, в то время как требованием к гидрографической карте является обеспечение безопасной навигации .
Гидрографическая карта скроет реальные особенности, представив упрощенную версию, которая поможет мореплавателям избежать подводных опасностей.
В идеальном случае соединение батиметрической карты и топографической карты того же масштаба и проекции той же географической области было бы бесшовным. Единственное отличие будет в том, что значения начнут увеличиваться после пересечения нуля в указанном уровне моря . Таким образом, горы топографической карты имеют самые большие значения, в то время как самые большие глубины батиметрической карты имеют самые большие значения.
Проще говоря, батиметрическая карта предназначена для того, чтобы показать сушу, если бы вышележащие воды были удалены точно так же, как на топографической карте.
Батиметрические исследования являются подмножеством науки гидрографии . Они немного отличаются от исследований, необходимых для создания продукта гидрографии в ее более ограниченном применении и проводимых национальными и международными агентствами, которым поручено создание карт и публикаций для безопасной навигации. Этот картографический продукт точнее назвать навигационной или гидрографической картой с сильным уклоном в сторону представления важной информации по безопасности.
Первоначально батиметрия включала измерение глубины океана посредством зондирования глубины . Ранние методы использовали предварительно измеренную тяжелую веревку или кабель, спускаемые с борта судна. [6] Этот метод измеряет глубину только в одной точке за раз и поэтому неэффективен. Он также подвержен движениям судна и течениям, которые смещают линию с истинного положения и поэтому неточен.
Данные, используемые сегодня для создания батиметрических карт, обычно поступают с эхолота ( сонара ), установленного под или над бортом судна, «отправляющего» звуковой луч вниз по морскому дну, или с систем дистанционного зондирования LIDAR или LADAR. [7] Количество времени, необходимое для того, чтобы звук или свет прошли через воду, отразились от морского дна и вернулись к эхолоту, информирует оборудование о расстоянии до морского дна. Исследования LIDAR/LADAR обычно проводятся с помощью бортовых систем.
Начиная с начала 1930-х годов для создания батиметрических карт использовались однолучевые эхолоты. Сегодня обычно используются многолучевые эхолоты (MBES), которые используют сотни очень узких смежных лучей (обычно 256), расположенных в веерообразной полосе, как правило, от 90 до 170 градусов в поперечнике. Плотно упакованный массив узких отдельных лучей обеспечивает очень высокое угловое разрешение и точность. В целом, широкая полоса, которая зависит от глубины, позволяет судну картировать больше морского дна за меньшее время, чем однолучевой эхолот, делая меньше проходов. Лучи обновляются много раз в секунду (обычно 0,1–50 Гц в зависимости от глубины воды), что позволяет судну двигаться с большей скоростью, сохраняя при этом 100% покрытие морского дна. Датчики положения позволяют корректировать крен и дифферент судна на поверхности океана, а гирокомпас предоставляет точную информацию о курсе для коррекции рыскания судна . (Большинство современных систем MBES используют интегрированный датчик движения и систему позиционирования, которая измеряет рыскание, а также другую динамику и положение.) Глобальная система позиционирования (GPS) на лодке (или другая глобальная навигационная спутниковая система (GNSS)) позиционирует зондирования относительно поверхности земли. Профили скорости звука (скорость звука в воде как функция глубины) водной толщи корректируют рефракцию или «изгиб луча» звуковых волн из-за неоднородных характеристик водной толщи, таких как температура, проводимость и давление. Компьютерная система обрабатывает все данные, корректируя все вышеперечисленные факторы, а также угол каждого отдельного луча. Затем полученные измерения зондирования обрабатываются вручную, полуавтоматически или автоматически (в ограниченных обстоятельствах) для создания карты местности. По состоянию на 2010 год [обновлять]генерируется ряд различных выходных данных, включая подмножество исходных измерений, которые удовлетворяют некоторым условиям (например, наиболее представительные вероятные зондирования, самая мелкая глубина в регионе и т. д.) или интегрированные цифровые модели рельефа (ЦМР) (например, регулярная или нерегулярная сетка точек, соединенных в поверхность). Исторически выбор измерений был более распространен в гидрографических приложениях, в то время как построение ЦМР использовалось для инженерных изысканий, геологии, моделирования потоков и т. д. Начиная с 2003–2005 гг . ЦМР стали более принятыми в гидрографической практике.
Спутники также используются для измерения батиметрии. Спутниковый радар картирует топографию глубоководных участков, обнаруживая едва заметные изменения уровня моря, вызванные гравитационным притяжением подводных гор, хребтов и других масс. В среднем уровень моря выше над горами и хребтами, чем над абиссальными равнинами и впадинами. [8]
В Соединенных Штатах Корпус инженеров армии США выполняет или заказывает большинство обследований судоходных внутренних водных путей, в то время как Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) выполняет ту же роль для морских водных путей. Данные прибрежной батиметрии доступны в Национальном центре геофизических данных NOAA (NGDC), [9] который в настоящее время объединен с Национальными центрами экологической информации . Батиметрические данные обычно ссылаются на приливные вертикальные системы отсчета . [10] Для глубоководной батиметрии это, как правило, средний уровень моря (MSL), но большинство данных, используемых для навигационных карт, ссылаются на среднюю нижнюю отливную воду (MLLW) в американских обследованиях и на самый низкий астрономический прилив (LAT) в других странах. На практике используются многие другие системы отсчета в зависимости от местности и приливного режима.
Занятия или карьеры, связанные с батиметрией, включают изучение океанов, горных пород и минералов на дне океана, а также изучение подводных землетрясений или вулканов. Проведение и анализ батиметрических измерений является одной из основных областей современной гидрографии и фундаментальным компонентом в обеспечении безопасной перевозки грузов по всему миру. [6]
