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 ADCP компании Teledyne RDI

Используемое оборудование:

Автономный ADCP: 150, 300 кГц

Применимость:

Наблюдение смешивания потоков

Проект:

Определение объемного потока приполярной части меридиональной перемешивающейся циркуляции (МОК)

Организации:

Международная программа OSNAP, компания ГЕОМАР (Киль, Германия)

Время сбора данных:

Начиная с 1997

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

 

КРАТКИЙ ОБЗОР

Вдохновленные результатами уточненных наблюдений, в настоящее время наблюдается большой 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.

Сдвоенные ADCP компании TeledyneRDI (желтого цвета для маркировки высокого давления) прикреплены к гидрологическому блоку.

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 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.

Профили ADCP сшиты вместе, чтобы сформировать профиль полной глубины. Скорость (см/с).

 

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.

Спуск гидрологического блока со сдвоенными ADCP Teledyne RDI (желтого цвета) вблизи Гренландии.

 

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 глубокой 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) 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.