З в о р о т н і й д з в і н о к
Запросити зворотній дзвінок
Ім'я*
Телефон*
Коментар
(044) 390-71-26 (044) 495-28-29

Новина від 02.03.2019

ADCP, що опускаються, в приполярній Північній Атлантиці

 

Дослідження змішування водних мас за допомогою акустичних доплеровских профілографів швидкості течії
компанії Teledyne RDI

 

Обладнання, що використовується: Автономний ADCP: 150, 300 кГц

Мета: Спостереження змішування потоків

Назва проекту: Визначення об'ємного потоку приполярній частини меридіональною перемішуваної циркуляції (МОС)

Виконавці: Компанія Геомар (Кіль, Німеччина) в рамках Міжнародної програми OSNAP

Час збору даних: Починаючи з 1997 року

Розташування: 50° -60° пн.ш., приполярна Північна Атлантика

 

КОРОТКИЙ ОГЛЯД

В даний час, стимульований результатами уточнених спостережень, спостерігається підвищений інтерес до того, як глибоководні течії беруть участь в глобальній кліматичній системі Землі. Особливо важливими є зміна тепла і вмісту CO 2 в океанських глибинах.

Для вимірювання глибинних течій вчені в усьому світі прикріплюють компактні акустичні доплерівські профілографи течії (ADCP) до гідрологічних блоків обладнання. Ці блоки зазвичай опускаються на морське дно для відбору проб води та вимірювання параметрів води.

Вертикальні профілі швидкості течії і поверхня зсуву шарів води показують, як вода рухається і змішується. Вони допомагають описати, як змінюються і поширюються властивості води. Ці параметри включають тепло і енергію, а також організми, поживні речовини, хімічні речовини, частинки наносів і забруднюючі речовини.

Для вивчення глибоких течій вчені хочуть, щоб профілі швидкостей мали великий радіус дії, але в той же час зберігали точну картину зміни течій з глибиною. Наявність цього типу даних дозволяє виявити океанські грані від внутрішніх хвиль (що виникають при зміні щільності води) до струменів, завихрень і підводних течій. Ця інформація широко використовується, як для наукових досліджень, так і для операцій на морських бурових установках.

Протягом декількох років група експертів адаптували ADCP (акустичний доплерівський профілограф течії) для здійснення повноглибинного методу профілювання, який був би більш економічним, простим у використанні і доступним для більш широкої аудиторії, ніж попередні методи. Вони розробили метод і обробку ADCP, що опускаються (LADCP) (https://goo.gl/1TGXBn).

Ключовий внесок в розробку цього методу внесли співробітники Гавайського університету, Геологічної обсерваторії ім. Ламона Доерті в США і Кільського інституту океанографії в Німеччині.

LADCP набув поширення як стандартна методика, яка використовується у всьому світі океанологами. Вони використовували його, щоб підняти завісу невідомості над глибоководними течіями. І після трьох десятиліть збору, повноглибинні профілі швидкості LADCP вже охоплюють глобальний океан.

Тут ми розглянемо деякі результати досліджень у високих північних широтах, де вчені досліджують перемішувану циркуляцію водних мас в приполярній Північній Атлантиці.

 

Рішення: ADCP, що опускаються

Цей підклас доплерівських профілографів дозволяє здійснювати глибоководне профілювання течій нижче акустичного діапазону профілографів, встановлених на кораблі. Прикріплені до гідрологічного блоку, що опускається, компактні автономні ADCP (на фотографіях ці профілографи показані жовтим кольором) проходять через товщу води. Під час спуску і підйому ADCP продовжує вимірювати профілі течії в діапазоні до 100 м. Пізніше ці короткі фрагменти з їх дрібномасштабною вертикальною розподільною здатністю - зшиваються разом для отримання повноглибинного профілю.

Ретельна обробка даних LADCP включає в себе різні вводи даних. Профілі течії, отримані від встановлених на судні ADCP, використовуються для перевірки профілів LADCP в місцях, де вони перекриваються. Вносяться поправки за дрейф судна і змінюється положення і переміщення блоку, що опускається. В околиці місця скидання блоку розсіяні по морському дну акустичні ехосигнали показують рух ADCP. Часто використовуються здвоєні ADCP (двоголові) - дивляться вгору і вниз.

Однією з ключових переваг методу LADCP є те, що він не збільшує тривалість спуску блоку і експлуатаційні витрати, а побудова профілю швидкості завершується під час запланованих гідрокидків. Технічні фахівці не потрібні, хоча успішна експлуатація LADCP передбачає навчання і акуратність персоналу. Компас ADCP повинен бути ретельно відкалібрований.

Додавання ADCP в гідрологічне устаткування блоків, що скидаються,  призвело до зміни в морських вимірах. Глибоководне профілювання течій стало доступно набагато більшій спільноті. Збір даних був регулярним і широко розповсюдженим. А додаткову інформацію про глибокі течії надавали інші дослідження, такі як самописні вимірювання.

 

Особливості:

  • Поточні профілі з діапазонами до 100 м зшиті разом, щоб отримати повноглибинний LADCP профіль.
  • Поправки за дрейф судна і змінюване положення і переміщення блоку, що опускається.
  • Метод LADCP дозволяє уникнути збільшення часу спуску і експлуатаційних витрат.
  • Результати LADCP про глибокі потоки використовуються для доповнення інших методів вимірювання швидкості течії і для додатків інших наукових робіт.

Тепер доступні великі набори даних повноглибинних вимірювань, а накопичення профілів LADCP, отриманих протягом багатьох експедицій, відкрило двері для статистичної обробки.

Коротше кажучи, LADCP надають унікальну картину, що розвивається для вивчення світового океану - від великомасштабної циркуляції до дрібномасштабного змішування.

 

Результати: довгострокові профілі

В західній частині приполярної Північної Атлантики знаходиться Лабрадорське море. Розташоване між Лабрадором і Гренландією, воно є ще одним джерелом глибоководних вод Північної Атлантики в доннії частині меридіональній перемішуваній циркуляції (MOC).

У 1997 році німецькі дослідники встановили океанську обсерваторію під 53° пн.ш. Вона розташована в нижній частині потоку глибоководного горизонту. Її мета полягала в тому, щоб ретельно контролювати переміщення води на всіх рівнях - від поверхні до морського дна. Для вимірювання швидкостей потоків обсерваторія використовує поставлені на мертвий якір вимірювачі швидкості течії і циклічні профілі, одержувані з кораблів.

Ці корабельні профілі були отримані з використанням як встановлених на судні ADCP, так і ADCP, що опускаються, під час 13 рейсів протягом 17-річного періоду (1996 - 2014 роки). Гідрологічні блоки з ADCP опускалися на морське дно. Для опису потоку з Лабрадорського моря дані від 150 станцій LADCP доповнювалися даними, отриманими від поставлених на мертвий якір вимірювачів швидкості течії.

 

Особливості:

  • Протягом двох десятиліть німецькі дослідники ретельно відстежували течії на всіх рівнях в Лабрадорському морі неподалік від Канади.
  • Протягом 13 рейсів з 1996 по 2014 рік 150 станцій LADCP були зроблені вздовж одного і того ж профілю, щоб доповнити тимчасові ряди, отриманими за допомогою заякоренних вимірювачів швидкості течії.
  • Покращене розуміння просторових масштабів лежить в основі більш точних обчислень перенесення води на основі даних, отриманих за допомогою заякоренних датчиків.
  • Об'єм глибокої води, що експортується на південь через 53° с.ш., аналогічний об'єму для переносу води через Флоридську протоку.
  • OSNAP приділяє основну увагу транспортуванню тепла і прісної води по всьому океану як частини глобальної кліматичної системи.
  • Результати злиття потоків від поля щільності з референсною глибоководною швидкістю від даних LADCP.
  • Дані LADCP особливо цінні у вузьких пограничних потоках і течіях.

Дослідники визначили три істотних переваги використання LADCP.

(1) Значно покращена просторова роздільна здатність по перетину: 12-15 станцій (в тому числі 3-5 якірних). Покращене просторове розуміння лежить в основі більш точних обчислень переносу на основі даних, отриманих за допомогою заякорених датчиків.

(2) Більш краще визначення внутрішніх і зовнішніх країв граничного потоку.

(3) Вид на міць і протяжність рециркуляційних течій в сторону моря від нижньої границі потоку.

Дослідники відзначили, що пограничний потік має ширину 120 км і що його просторова структура стабільна. Об'єм глибокої води експортованої на південь, становив 30 мільйонів кубометрів на секунду. Для порівняння, аналогічний об'єм транспортується на північ через Флорідську протоку для постачання Гольфстріму.

Сильні потоки були помічені на різних рівнях. Зокрема, дані LADCP показали наявність високошвидкісного ядра поблизу океанічного дна. Його води беруть початок в північних морях.

 

Результати: Профілі по всьому океану

Триваюча багаторічна міжнародна дослідницька ініціатива називається Перемішування в рамках приполярної північноатлантичної програми (OSNAP). Працюючи по всій ширині Атлантики в високих північних широтах, OSNAP об'єднує безліч дослідників, раніше працюють в регіоні. Їх спільне завдання - аналіз перенесення тепла і прісної води по всьому океану як частина глобальної кліматичної системи.

В недавньому звіті описані два кроссирування складеного гідрографічного розрізу, що охоплює весь океан, які спостерігалися в 2014 і 2016 роках. Ці розрізи охоплюють кілька басейнів, які показують сильні граничні течії. Результати для поля глибоководних швидкостей злиті зі швидкостями течії із поля щільності з глибоководною референцною швидкістю від даних LADCP.

Дослідники відзначили, що дані LADCP особливо цінні у вузьких граничних потоках і підводних течіях. Точне вимірювання цих характеристик залежить від високої розподільної здатності по горизонталі; вони, як правило, недооцінюються і не вирішуються за допомогою супутникових технологій. Фактично, в звіті кількісно визначено цю невідповідність для комбінованого перенесення глибоких підводних потоків навколо арктичного кругообігу.