Батитермограф
Батитермограф , или BT , также известный как механический батитермограф , или MBT ; [1] представляет собой устройство, которое содержит датчик температуры и преобразователь для обнаружения изменений температуры воды в зависимости от глубины до глубины приблизительно 285 метров (935 футов). Опускаемый небольшой лебедкой на судне в воду, BT регистрирует изменения давления и температуры на покрытом стеклянном предметном стекле, когда он почти свободно падает через воду. [2] Во время падения прибора провод вытягивается, пока он не достигнет заданной глубины, затем включается тормоз, и BT втягивается обратно на поверхность. [1] Поскольку давление является функцией глубины (см. закон Паскаля ), измерения температуры можно соотнести с глубиной, на которой они зарегистрированы. [ необходима ссылка ]
История
Истинное происхождение BT началось в 1935 году, когда Карл-Густав Россби начал экспериментировать. Затем он передал разработку BT своему аспиранту Ательстану Спилхаусу , который затем полностью разработал BT в 1938 году [1] в рамках сотрудничества между MIT , Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) и ВМС США . [3] Устройство было модифицировано во время Второй мировой войны для сбора информации об изменении температуры океана для ВМС США . Первоначально слайды готовились «путем втирания небольшого количества масла скунса пальцем, а затем вытирания мягкой стороной руки», после чего слайд курился над пламенем горелки Бунзена. [4] Позже масло скунса было заменено испаренной металлической пленкой. [1]
Поскольку температура воды может меняться в зависимости от слоя и может влиять на работу сонара , давая неточные результаты определения местоположения, во время Второй мировой войны на внешних корпусах американских подводных лодок устанавливались батотермографы (американская орфография времен Второй мировой войны) . [5]
Контролируя отклонения или отсутствие отклонений в подводных слоях температуры или давления, находясь под водой, командир подводной лодки мог регулировать и компенсировать температурные слои, которые могли повлиять на точность сонара . Это было особенно важно при стрельбе торпедами по цели, основанной строго на фиксации сонара. [5]
Что еще более важно, когда подводная лодка подвергалась атаке надводного судна, использующего гидролокатор, информация с батотермографа позволяла командиру подводной лодки искать термоклины , представляющие собой более холодные слои воды, которые искажали сигналы от гидролокатора надводного судна, позволяя подводной лодке, подвергшейся атаке, «замаскировать» свое фактическое местоположение и избежать повреждения глубинной бомбой, а в конечном итоге и уйти от надводного судна. [5]
На протяжении всего использования батитермографа различные техники, вахтенные и океанографы отмечали, насколько опасным было развертывание и извлечение BT. По словам вахтенного Эдварда С. Барра:
«… В любую непогоду эта позиция BT часто подвергалась воздействию волн, которые полностью захлестывали палубу. Несмотря на то, что волны перекатывались через борт, оператору приходилось оставаться на своем посту, поскольку оборудование уже переваливало через борт. Никто не мог укрыться, так как тормоз и подъемная сила были объединены в одном ручном рычаге. Отпускание этого рычага приводило к разматыванию всего троса на лебедке, отправляя регистрирующее устройство и весь его кабель на дно океана навсегда. Не было ничего необычного в том, чтобы, находясь в защищенном положении у двери лаборатории, оглянуться и увидеть, как ваш напарник у лебедки BT полностью исчезает из виду, когда волна обрушивалась через борт. … Мы также по очереди снимали показания BT. Было бы несправедливо, если бы только один человек постоянно мокал». [6]
Батитермограф одноразовый
Увидев своими глазами опасности развертывания и извлечения батитермографов, Джеймс М. Снодграсс начал разрабатывать одноразовый батитермограф (XBT). Описание XBT Снодграссом:
Вкратце, блок будет разбит на два компонента следующим образом: блок корабля к поверхности и блок поверхности к расходуемому блоку. Я имею в виду пакет, который можно было бы сбросить, либо методом «Армстронга», либо каким-то простым механическим устройством, которое все время было бы соединено с надводным судном. Провод будет вытравливаться с надводного корабля, а не с надводного поплавкового блока. Поверхностный поплавок потребует минимум плавучести и небольшой, очень простой морской якорь. С этой простой платформы расходуемый блок BT будет тонуть, как описано для акустического блока. Однако он будет разматывать по мере продвижения очень тонкую нить, вероятно, нейтрально плавучего проводника, заканчивающуюся на поплавковом блоке, оттуда соединенную с проводом, ведущим к кораблю. [7]
В начале 1960-х годов ВМС США заключили контракт с корпорацией Sippican из Мэриона, штат Массачусетс, на разработку XBT, которая стала единственным поставщиком. [1]
Устройство состоит из зонда, проводной связи и судового контейнера. Внутри зонда находится термистор , который электронно соединен с самописцем. Зонд свободно падает со скоростью 20 футов в секунду, что определяет его глубину и обеспечивает отслеживание температуры и глубины на самописце. Пара тонких медных проводов , которые выматываются как из катушки, удерживаемой на судне, так и из катушки, сброшенной вместе с прибором, обеспечивают линию передачи данных на судно для регистрации на борту. В конце концов, провод заканчивается и рвется, и XBT погружается на дно океана. Поскольку развертывание XBT не требует замедления судна или иного вмешательства в нормальную работу, XBT часто развертываются с судов по возможности , таких как грузовые суда или паромы, а также со специализированных исследовательских судов, проводящих операции в процессе эксплуатации, когда заброс CTD потребовал бы остановки судна на несколько часов. Также используются бортовые версии (AXBT); они используют радиочастоты для передачи данных на самолет во время развертывания. На сегодняшний день компания Lockheed Martin Sippican произвела более 5 миллионов XBT.
Типы XBT
Источник: [8]
| Модель | Приложения | Максимальная глубина | Номинальная скорость корабля | Вертикальное разрешение |
|---|---|---|---|---|
| Т-4 | Стандартный зонд, используемый ВМС США для противолодочных операций | 460 м 1500 футов | 30 узлов | 65 см |
| Т-5 | Применение в научных и военных целях в глубоководных районах океана | 1830 м 6000 футов | 6 узлов | 65 см |
| Быстро Глубоко | Обеспечивает максимальную глубину действия при максимально возможной скорости судна среди всех ОБТ. | 1000 м 3280 футов | 20 узлов | 65 см |
| Т-6 | Океанографические приложения | 460 м 1500 футов | 15 узлов | 65 см |
| Т-7 | Увеличенная глубина для улучшения прогнозирования сонара в противолодочной обороне и других военных целях | 760 м 2500 футов | 15 узлов | 65 см |
| Темно-синий | Увеличенная скорость запуска для океанографических и военно-морских применений | 760 м 2500 футов | 20 узлов | 65 см |
| Т-10 | Применение в коммерческом рыболовстве | 200 м 600 футов | 10 узлов | 65 см |
| Т-11 | Высокое разрешение для противоминной борьбы ВМС США и физических океанографических приложений. | 460 м 1500 футов | 6 узлов | 18 см |
Участие по месяцам стран и учреждений, внедряющих XBT
Ниже представлен список развертываний XBT в 2013 году: [9]
| Страна/Месяц | ЯНВАРЬ | ФЕВ | МАР | АПР | МОЖЕТ | ИЮНЬ | ИЮЛЬ | АВГУСТ | СЕНТЯБРЬ | ОКТ | НОЯБРЬ | ДЕКАБРЬ | Общий |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Австралия | 233 | 292 | 241 | 277 | 311 | 397 | 278 | 313 | 316 | 208 | 232 | 262 | 3360 |
| Австралия/Шотландия | 97 | 59 | 0 | 0 | 55 | 100 | 0 | 52 | 0 | 105 | 55 | 182 | 705 |
| БЮСТГАЛЬТЕР | 0 | 46 | 0 | 35 | 0 | 48 | 0 | 46 | 0 | 48 | 5 | 40 | 268 |
| МОЖЕТ | 16 | 53 | 32 | 38 | 73 | 130 | 146 | 105 | 10 | 72 | 54 | 40 | 769 |
| ФРА | 2 | 42 | 258 | 93 | 47 | 71 | 301 | 7 | 62 | 0 | 51 | 206 | 1140 |
| ГЕР | 38 | 21 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 59 |
| ИТА | 29 | 0 | 54 | 38 | 27 | 30 | 0 | 0 | 40 | 16 | 26 | 29 | 289 |
| ЯПОНИЯ | 58 | 25 | 41 | 57 | 81 | 94 | 74 | 115 | 34 | 67 | 99 | 37 | 782 |
| США/AOML | 477 | 477 | 773 | 2 | 812 | 341 | 559 | 634 | 456 | 436 | 235 | 396 | 5598 |
| США/Шотландия | 788 | 87 | 607 | 240 | 350 | 591 | 172 | 300 | 382 | 525 | 104 | 477 | 4623 |
| ЗА | 84 | 144 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 26 | 84 | 338 |
| США/Другие | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 12 | 39 | 10 | 0 | 0 | 0 | 61 |
| Общий | 1822 | 1246 | 2006 | 780 | 1756 | 1802 | 1542 | 1611 | 1310 | 1477 | 887 | 1753 | 17992 |
Смещение скорости падения XBT
Поскольку XBT не измеряют глубину (например, через давление), уравнения скорости падения используются для получения профилей глубины из того, что по сути является временным рядом. Уравнение скорости падения принимает вид:
где z(t) — глубина XBT в метрах; t — время; a и b — коэффициенты, определяемые с использованием теоретических и эмпирических методов. Коэффициент b можно рассматривать как начальную скорость, когда зонд касается воды. Коэффициент a можно рассматривать как уменьшение массы со временем, когда провод сматывается.
В течение значительного времени эти уравнения были относительно хорошо известны, однако в 2007 году Гурецки и Колтерманн показали смещение между измерениями температуры XBT и измерениями температуры CTD . [10] Они также показали, что это меняется со временем и может быть связано как с ошибками в расчете глубины, так и с ошибками в измерении температуры. С этого момента семинар NOAA XBT Fall Rate Workshop 2008 года [11] начал решать эту проблему, не придя к какому-либо жизнеспособному выводу относительно того, как продолжить корректировку измерений. В 2010 году в Гамбурге, Германия, состоялся второй семинар XBT Fall Rate Workshop, чтобы продолжить обсуждение проблемы и наметить путь вперед. [12]
Главным следствием этого является то, что профиль глубины-температуры может быть интегрирован для оценки содержания тепла в верхнем слое океана; смещение в этих уравнениях приводит к тепловому смещению в оценках содержания тепла. Введение буев Argo предоставило гораздо более надежный источник профилей температуры, чем XBT, однако запись XBT остается важной для оценки десятилетних тенденций и изменчивости, и поэтому было приложено много усилий для устранения этих систематических смещений. Коррекция XBT должна включать как коррекцию скорости падения, так и коррекцию температуры.
Использует
- Океанография и гидрография : получение информации о температурной структуре океана.
- Исследование, проведенное в 2019 году (опубликовано в 2023 году) в устье ледника Тоттен в Восточной Антарктиде, показало, что вода на глубине выше точки замерзания растапливала нижнюю часть ледника. [13] [14]
- Подводная и противолодочная борьба : определение глубины слоя ( термоклина ), используемого подводными лодками для избежания активного гидролокационного поиска.
Смотрите также
- Зондирование – измерение глубины водоема.
- Benthic lander – Платформа для измерений на морском дне
- CTD – Устройство для измерения свойств морской воды
Ссылки
- ^ abcde Институт океанографии Скриппса: исследование океанов с 1936 по 1976 год. Сан-Диего, Калифорния: Tofua Press, 1978. http://ark.cdlib.org/ark:/13030/kt109nc2cj/
- ^ Стюарт, Роберт Х. (2007). Введение в физическую океанографию (PDF) . Колледж-Стейшн: Техасский университет A&M. OCLC 169907785.
- ^ "Батитермограф, Ательстан Спилхаус, 1936 | Выставка MIT 150" .[ постоянная мертвая ссылка ]
- ↑ Письмо Эллин Вайн Ричарду Х. Флемингу, 20 августа 1941 г.
- ^ abc Блэр, младший, Клей (2001). Silent Victory, подводная война США против Японии . Аннаполис, Мэриленд: Naval Institute Press. стр. 458. ISBN 1-55750-217-X.
- ↑ «MIDPAC — Первый большой шаг», рукопись, 17 августа 1975 г.
- ^ «Новые методы в подводных технологиях», Труды IEEE по аэрокосмическим и электронным системам, т. AES-2, № 6 (ноябрь 1966 г.), 626.
- ^ Lockheed Martin Sippican (сентябрь 2005 г.). "Расходный батитермограф, расходный звуковой велосиметр (XBT/XSV), расходные системы профилирования" (PDF) . стр. 3. Архивировано из оригинала (PDF) 3 февраля 2013 г. Получено 20 июля 2015 г.
- ^ "SOOP Operations Report: XBT Program" (PDF) . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория NOAA . 31 октября 2014 г. стр. 2 . Получено 20 июля 2015 г.
- ^ Гурецки, Виктор; Колтерманн, Клаус Петер (2007). «Насколько на самом деле нагревается океан?». Geophysical Research Letters . 34 (1). Bibcode : 2007GeoRL..34.1610G. doi : 10.1029/2006GL027834.
- ^ "NOAA XBT Fall Rate Workshop" . Получено 3 декабря 2013 г. .
- ↑ Виктор Гурецк (25–27 августа 2010 г.). Сводный отчет семинара по смещению и скорости падения XBT (PDF) . Семинар по смещению и скорости падения XBT. Гамбург, Германия. стр. 14. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июля 2013 г. Получено 8 мая 2014 г.
- ^ Наблюдения за океаном с вертолета фиксируют обширные вторжения океанского тепла в сторону шельфового ледника Тоттена, Ёсихиро Накаяма и др., AGU, 11 сентября 2023 г.
- ^ Антарктическая вертолетная миссия помогает подтвердить таяние ледника Тоттен снизу из-за теплой воды, Клэнси Бален, ABC News Online , 2023-09-13
- Блэр, Клэй-младший (2001). Silent Victory, подводная война США против Японии . Аннаполис, Мэриленд: Naval Institute Press. стр. 458. ISBN 1-55750-217-X.
Внешние ссылки
- Расходный батитермограф Расходный измеритель скорости звука (XBT/XSV) Расходные системы профилирования от Lockheed Martin Sippican
- Richard CJ Somerville (2003). "Климатическая и атмосферная наука в Скриппсе: наследие Джерома Намиаса" (PDF) . Океанография . 16 (3). Архивировано из оригинала (PDF) 24 февраля 2019 г.(на странице 2 изображен Джером Намиас с батитермографом)
- Институт океанографии Скриппса: исследование океанов с 1936 по 1976 гг.
