О б р а т н а я с в я з ь
Заказать обратный звонок
Имя*
Телефон*
Комментарий
(044) 390-71-26 (044) 495-28-29

Опускаемые ADCP в приполярной Северной Атлантике

 

Исследования смешивания водных масс с помощью акустических доплеровских профилографов скорости течения
компании Teledyne RDI

 

Используемое оборудование: Автономный ADCP: 150, 300 кГц

Цель: Наблюдение смешивания потоков

Название проекта: Определение объемного потока приполярной части меридиональной перемешивающейся циркуляции (МОС)

Исполнители: Компания ГЕОМАР (Киль, Германия) в рамках Международной программы OSNAP

Время сбора данных: Начиная с 1997 года

Расположение: 50°-60° с.ш., приполярная Северная Атлантика

 

КРАТКИЙ ОБЗОР

В настоящее время, стимулиремый результатами уточненных наблюдений, наблюдается повышенный интерес к тому, как глубоководные течения принимают участие в глобальной климатической системе Земли. Особенно важными являются изменение тепла и содержания CO2 в океанских глубинах.

Для измерения глубинных течений ученые во всем мире прикрепляют компактные акустические доплеровские профилографы течения (ADCP) к гидрологическим блокам оборудования. Эти блоки обычно опускаются на морское дно для отбора проб воды и измерения параметров воды.

Вертикальные профили скорости течения и поверхность сдвига слоев воды показывают, как вода движется и смешивается. Они помогают описать, как изменяются и распространяются свойства воды. Эти параметры включают тепло и энергию, а также организмы, питательные вещества, химические вещества, частицы наносов и загрязняющие вещества.

Для изучения глубоких течений ученые хотят, чтобы профили скоростей имели большой радиус действия, но в то же время сохраняли точную картину изменения течений с глубиной. Наличие этого типа данных позволяет выявить океанские грани от внутренних волн (возникающих при изменении плотности воды) до струй, завихрений и подводных течений. Эта информация широко используется, как для научных исследований, так и для операций на морских буровых установках.

В течение нескольких лет группа экспертов адаптировали ADCP (акустический доплеровский профилограф течения) для осуществления полноглубинного метода профилирования, который был бы более экономичным, простым в использовании и доступным для более широкой аудитории, чем предыдущие методы. Они разработали метод и обработку опускаемого ADCP (LADCP) (https://goo.gl/1TGXBn).

Ключевой вклад в разработку этого метода внесли сотрудники Гавайского университета, Геологической обсерватории им. Ламона Доэрти в США и Кильского института океанографии в Германии.

LADCP получил распространение как стандартная методика, используемая во всем мире океанологами. Они использовали его, чтобы поднять завесу неизвестности над глубоководными течениями. И после трех десятилетий сбора, полноглубинные профиля скорости LADCP уже охватывают глобальный океан.

Здесь мы рассмотрим некоторые результаты исследований в высоких северных широтах, где ученые исследуют перемешиваемую циркуляцию водных масс в приполярной Северной Атлантике.

 

Решение: опускаемые ADCP

Этот подкласс доплеровских профилографов позволяет осуществлять глубоководное профилирование течений ниже акустического диапазона профилографов, установленных на корабле. Прикрепленные к опускаемому гидрологическому блоку, компактные автономные ADCP (на фотографиях эти профилографы показаны желтым цветом) проходят через толщу воды. Во время спуска и подъема ADCP продолжает измерять профили течения в диапазоне до 100 м. Позднее эти короткие фрагменты с их мелкомасштабным вертикальным разрешением - сшиваются вместе для получения полноглубинного профиля.

Тщательная обработка данных LADCP включает в себя различные вводы данных. Профили течения, полученные от установленных на судне ADCP, используются для проверки профилей LADCP в местах, где они перекрываются. Вносятся поправки за дрейф судна и изменяющееся положение и перемещение опускаемого блока. В окрестности места сброса блока рассеянные по морскому дну акустические эхосигналы показывают движение ADCP. Часто используются сдвоенные ADCP (двухголовые) - смотрящие вверх и вниз.

Одним из ключевых преимуществ метода LADCP является то, что он не увеличивает продолжительность спуска блока и эксплуатационные расходы, а построение профиля скорости завершается во время запланированных гидробросков. Технические специалисты не требуются, хотя успешная эксплуатация LADCP предполагает обучение и аккуратность персонала. Компас ADCP должен быть тщательно откалиброван.

Добавление ADCP в гидрологическое оборудование сбрасываемых блоков привело к изменению в морских измерениях. Глубоководное профилирование течений стало доступно гораздо большему сообществу. Сбор данных был регулярным и широко распространенным. А дополнительную информацию о глубоких течениях предоставляли другие исследования, такие как самопишущие измерения.

 

Особенности:

  • Текущие профили с диапазонами до 100 м сшиты вместе, чтобы получить полноглубинный LADCP профиль.
  • Поправки за дрейф судна и изменяющееся положение и перемещение опускаемого блока.
  • Метод LADCP позволяет избежать увеличения времени спуска и эксплуатационных расходов.
  • Результаты LADCP о глубоких потоках используются для дополнения других методов измерения скорости течения и для приложений других научных работ.

Теперь доступны обширные наборы данных полноглубинных измерений, а накопление профилей LADCP, полученных в течение многих экспедиций, открыло дверь для статистической обработки.

Короче говоря, LADCP предоставляют уникальную и развивающуюся картину для изучения мирового океана - от крупномасштабной циркуляции до мелкомасштабного смешивания.

 

Результаты: долгосрочные профиля

В западной части приполярной Северной Атлантики находится Лабрадорское море. Расположенное между Лабрадором и Гренландией, оно является еще одним источником глубоководных вод Северной Атлантики в донной части меридиональной перемешивающей циркуляции (MOC).

В 1997 году немецкие исследователи установили океанскую обсерваторию под 53° с.ш. Она расположена в нижней части потока глубоководного горизонта. Ее цель состояла в том, чтобы тщательно контролировать перемещение воды на всех уровнях - от поверхности до морского дна. Для измерения скоростей потоков обсерватория использует поставленные на мёртвый якорь измерители скорости течения и циклические профиля, получаемые с кораблей.

Эти корабельные профиля были получены с использованием как установленных на судне ADCP, так и опускаемых ADCP, во время 13 рейсов в течение 17-летнего периода (1996 - 2014 годы). Гидрологические блоки с ADCP опускались на морское дно. Для описания потока из Лабрадорского моря данные от 150 станций LADCP дополнялись данными, полученными от поставленных на мёртвый якорь измерителей скорости течения.

 

Особенности:

  • В течение двух десятилетий немецкие исследователи тщательно отслеживали течения на всех уровнях в Лабрадорском море неподалёку от Канады.
  • В течение 13 рейсов с 1996 по 2014 год 150 станций LADCP были сделаны вдоль одного и того же профиля, чтобы дополнить временные ряды, полученными с помощью заякоренных измерителей скорости течения.
  • Улучшенное понимание пространственных масштабов лежит в основе более точных вычислений переноса воды на основе данных, полученных с помощью заякоренных датчиков.
  • Объем глубокой воды, экспортируемой на юг через 53°с.ш., аналогичен объему для переноса воды через Флоридский пролив.
  • OSNAP уделяет основное внимание транспортировке тепла и пресной воды по всему океану как части глобальной климатической системы.
  • Результаты слияние потоков от поля плотностей с референсной глубоководной скоростью от данных LADCP.
  • Данные LADCP особенно ценны в узких пограничных потоках и течениях.

Исследователи определили три существенных преимущества использования LADCP.

(1) Значительно улучшенное пространственное разрешение по сечению: 12-15 станций (в том числе 3-5 якорных). Улучшенное пространственное понимание лежит в основе более точных вычислений переноса на основе данных, полученных с помощью заякоренных датчиков.

(2) Более лучшее определение внутренних и внешних краев граничного потока.

(3) Вид на мощь и протяженность рециркуляционных течений в сторону моря от нижней границы потока.

Исследователи отметили, что пограничный поток имеет ширину 120 км и что его пространственная структура стабильна. Объем глубокой воды, экспортируемой на юг, составлял 30 миллионов кубометров в секунду. Для сравнения, аналогичный объем транспортируется на север через Флоридский пролив для снабжения Гольфстрима.

Сильные потоки были замечены на разных уровнях. В частности, данные LADCP показали наличие высокоскоростного ядра вблизи океанического дна. Его воды берут начало в северных морях.

 

Результаты: Профиля по всему океану

Продолжающаяся многолетняя международная исследовательская инициатива называется Перемешивание в рамках приполярной североатлантической программы (OSNAP). Работая по всей ширине Атлантики в высоких северных широтах, OSNAP объединяет множество исследователей, ранее работающих в регионе. Их общая задача - анализ переноса тепла и пресной воды по всему океану как часть глобальной климатической системы.

В недавнем отчете описаны два кроссирования составного гидрографического разреза, охватывающего весь океан, которые наблюдались в 2014 и 2016 годах. Эти разрезы охватывают несколько бассейнов, которые показывают сильные граничные течения. Результаты для поля глубоководных скоростей слиты со скоростями течения из поля плотностей с глубоководной референсной скоростью от данных LADCP.

Исследователи отметили, что данные LADCP особенно ценны в узких граничных потоках и подводных течениях. Точное измерение этих характеристик зависит от высокого разрешения по горизонтали; они, как правило, недооцениваются и не решаются с помощью спутниковых технологий. Фактически, в отчете количественно определено это несоответствие для комбинированного переноса глубоких подводных потоков вокруг приполярного круговорота.