Около семидесяти процентов нашей планеты покрыто водой. Мировой океан играет ключевую роль в формировании и поддержании стабильности климата и состава атмосферы на Земле. В дополнение к этому он служит богатейшим источником пищевых, минеральных и энергетических ресурсов для человечества. Следовательно, нам необходимо понимать всё множество разнообразных процессов, происходящих в морях и океанах, а также постоянно следить за изменениями их состояния в разных масштабах. Всем вышеназванным занимается междисциплинарная наука океанология (в англоязычных источниках чаще используется термин океанография, хотя он и не является полным синонимом).

Традиционно океанологию принято подразделять на следующие отрасли:

• физическая (течения, плотность и температуру воды и т. д.);
• химическая (состав воды, электрическая проводимость, мутность, растворённые газы и твёрдые частицы);
• биологическая (морские организмы и их взаимодействие);
• геологическая (подводные вулканы и источники, формирование и состав океанского дна).

Для проведения наблюдений и измерений в столь разнообразных областях науки применяется самый широкий спектр оборудования.

1. Наверное, наиболее важными для океанологии и, соответственно, наиболее часто применяемыми являются зонды CTD (Condictivity, Temperature, Depth). Эти приборы оснащены датчиками, которые измеряют электропроводность морской воды, её температуру, а также давление (глубину) по мере вертикального погружения зонда. Полученные данные позволяют создать подробный профиль свойств морской воды по всей глубине исследуемого водного столба.

Информация, получаемая зондом, может либо передаваться в режиме реального времени на бортовой компьютер, либо сохраняться в памяти самого прибора для последующего прочтения и использования в анализе.

Часто CTD-зонды запускаются совместно с блоком батометров для взятия проб с нужных глубин.

2. Ещё одну крупную группу океанологических приборов составляют зонды SVP (Sound Velocity Profiler – профилограф скорости звука). Данные измерители используются для мониторинга быстроты распространения акустических волн на разных глубинах. Скорость звука в воде варьирует от 1450 до 1540 метров в секунду в зависимости от температуры, солёности, а также глубины. Это влияет на точность данных, получаемых при проведении батиметрических съёмок, определении подводных координат, изучении течений. Профиль скорости звука, созданный при помощи SVP-зонда, позволяет проводить калибровку океанологических и гидрологических приборов, работа которых основана на принципах акустики, тем самым повышая достоверность и точность выдаваемой ими информации.

В современных SVP-профилографах собственно датчик измерения скорости звука зачастую дополняется сенсорами давления, температуры и солёности.

3. Гидролокаторы или сонары (от английской аббревиатуры SoNAR, т. е. "Sound Navigation And Ranging", что буквально означает "звуковая навигация и ранжирование") представляют собой семейство приборов, использующих звуковые волны для исследования подводного пространства и выполняющих две основные задачи: измерение глубины и получение изображений морского дна. В океанологии применяются следующие их разновидности:

Однолучевые гидролокаторы излучают один звуковой пучок (в основном на двух частотах) в направлении дна водоёма и обычно используются для простых замеров глубины.

Многолучевые сонары также измеряют глубину (расстояние), излучая пучок лучей в форме веера перед собой, но делают это с большей точностью и разрешением, показывая такие детали морского дна, как возвышения и впадины, а также препятствия и крупные объекты типа затонувших судов.

Вариацией горизонтально сканирующих гидролокаторов являются испускающие вертикальные импульсы эхолоты, которые широко применяются в рыболовстве.

Говоря об эхолотах, необходимо сразу упомянуть о технологии CHIRP (Compressed High Intensity Radar Pulse), использующей сжатый радиоимпульс с частотной модуляцией. Это означает, что гидролокатор испускает пучок звука с изменяющейся частотой в каждом импульсе, что позволяет при обработке отражённого сигнала эффективно отделять шумы и различать отдельные объекты. Технологией CHIRP оснащается большинство современных эхолотов, особенно используемых для ловли рыбы.

В отличие от эхолотов, сообщающих информацию только о глубине, гидролокаторы с функцией визуализации способны создавать детализированные трёхмерные изображения подводной среды.

• Многолучевые гидролокаторы с визуализацией представляют собой превосходные средства для картографирования морского дна, обнаружения затонувших объектов. Они могут устанавливаться как на полноразмерных обитаемых исследовательских судах, так и на беспилотных надводных катерах, а также автономных необитаемых подводных аппаратах (АНПА или AUV от "Autonomous Underwater Vehicle").
• Гидролокаторы бокового обзора (ГБО) специально предназначены для получения высококачественных снимков дна водоёмов. Они устанавливаются либо непосредственно на корпус исследовательского судна или беспилотника, либо являются буксируемыми. Изображение генерируется путём излучения звуковых волн в обе стороны перпендикулярно направлению движения прибора с последующим улавливанием отражённого от поверхности дна звука. Такие гидролокаторы широко применяются для подводного картирования больших площадей.
• Допплеровские сонары, или ADCP ("Acoustic Doppler Current Profiler", то есть "акустический допплеровский профилограф течений"), принцип работы которых основан на измерении допплеровского сдвига звуковых сигналов, отражённых от частиц, находящихся в водных потоках, используются для замера скорости течений на разных глубинах.

4. Очень популярной и востребованной группой приборов являются многопараметрические зонды, которые представляют собой наборы самых разнообразных датчиков, заключённых в одном корпусе. Они незаменимы для одновременного измерения ряда физических и химических свойств воды: например, водородного показателя (рН), температуры, мутности, растворенных газов, химического потребления кислорода (ХПК), солёности, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и многих других. Получаемые электродами зонда данные могут как передаваться по кабелю, так и сохраняться во внутренней памяти прибора. Благодаря огромному разнообразию возможных комбинаций сенсоров многопараметрические зонды находят широчайшее применение в океанологии, гидрологии и других областях науки, имеющих отношение к изучению водной среды.

5. В последнее время всё большую популярность получает использование не только в промышленных, спасательных, коммунальных и иных практических, но и в исследовательских целях так называемых USV (Unmanned Surface Vehicle) или БПВА (беспилотных водных аппаратов). Как следует из названия, это безэкипажные, как правило, небольшие (длиной до двух метров) автономные катера преимущественно на аккумуляторах, приводимые в движение электрическими водомётными движителями. Управление осуществляется либо оператором с помощью пульта дистанционного управления вручную, либо путём ввода программы выполняемой миссии для автономного плавания. В основном БПВА служат в качестве носителей широкого спектра океанологического и гидрологического оборудования: разнообразных гидролокаторов, устройств для забора проб, мониторинга качества воды и так далее. Модели беспилотников более крупного размера успешно применяются для перемещения буксируемого и погружаемого оборудования. Беспилотные аппараты более дёшевы в эксплуатации, чем обитаемые суда, их небольшие размеры позволяют исследовать труднодоступные районы водоёмов. Существует также ряд безэкипажных устройств, специализированных для очистки поверхностей акваторий.

6. Важнейшим средством изучения океанов и других водных пространств являются автономные буи и платформы с размещённым на них оборудованием для долговременного мониторинга и сбора данных о физических, химических и биологических процессах, протекающих в водной среде. Выделяют следующие разновидности данных устройств:

• анкерные буи (устанавливаются на якорях на фиксированной глубине либо на поверхности; измеряют такие параметры, как температура и солёность морской воды, скорость течений);
• дрейфующие буи и профилографы (свободно плавают на поверхности воды, перемещаясь вместе с течениями; передают или сохраняют информацию о курсе течения, температуре, солёности воды);
• волновые буи (измеряют высоту, периодичность и направление волн);
• стационарные платформы (например, устанавливаемые на берегу автономные гидрологические комплексы и волновые исследовательские глайдеры на солнечных батареях).

В заключение необходимо отметить, что развитие океанологической аппаратуры идёт по курсу усиления автоматизации – всё увеличивающегося использования автономных аппаратов для сбора данных и искусственного интеллекта для их обработки.