Поплавок (океанография)

Океанографическая инструментальная платформа, используемая для проведения подповерхностных измерений в океане

Поплавок (не путать с дрифтером ) — это платформа океанографического прибора, используемая для проведения подповерхностных измерений в океане без необходимости в судне, винте или человеке, управляющем им. ^[1] Поплавки измеряют физические и химические аспекты океана в деталях, такие как измерение направления и скорости воды или температуры и солености. ^[2] Поплавок опускается на заданную глубину, где он будет иметь нейтральную плавучесть . По прошествии определенного времени большинство поплавков поднимаются обратно на поверхность, увеличивая свою плавучесть, чтобы иметь возможность передавать собранные данные на спутник . Поплавок может собирать данные, пока он имеет нейтральную плавучесть или движется через толщу воды . Часто поплавки рассматриваются как одноразовые, поскольку расходы на их извлечение из отдаленных районов океана непомерно высоки; когда батареи выходят из строя, поплавок перестает функционировать и дрейфует на глубине, пока не сядет на мель или не затонет. В других случаях поплавки спускаются на короткое время и возвращаются на место.

История

Плавающие устройства с нейтральной плавучестью были разработаны независимо и одновременно ^[3] Генри Стоммелем в 1955 году ^[4] и Джоном С. Свэллоу в 1955 году. Конструкция поплавка Свэллоу позволяет ему стабилизироваться на заданной глубине. ^[5] Однако конструкция Свэллоу была первой практичной. ^[3]

К концу 2004 года на различных глубинах океанских вод дрейфовало более 1500 поплавков с нейтральной плавучестью. ^[3]

Строительство

Эти автономные дрейфующие транспортные средства обычно имеют алюминиевые корпуса под давлением длиной порядка одного метра. Для изменения плавучести используется насос для накачивания или сдувания внешнего масляного пузыря. Некоторые поплавки могут отсоединять балласт, чтобы увеличить свою плавучесть, но это можно сделать только один раз. Вес поплавка составляет около 20 кг без датчиков. Поплавки могут нести различные датчики для сбора данных. Обычным датчиком, используемым для сбора данных о проводимости , температуре и глубине (которая связана с давлением ). Соленость можно рассчитать по измерениям, полученным с помощью CTD. Другие используемые датчики включают датчики кислорода , нитрата , солнечного света, хлорофилла и pH . Акустически отслеживаемые поплавки имеют гидрофон для создания звука. Без датчиков поплавок может стоить около 25 000 долларов США.

Профилирующие поплавки

Профилирующие поплавки, такие как поплавки APEX, поплавки SOLO (включая SOLO-TREC ), поплавки PROVOR и поплавки Navis (Sea-Bird Scientific), изменяют свою плавучесть, чтобы перемещаться вертикально через толщу воды в океане, чтобы многократно собирать данные, которые охватывают диапазон глубин («профили»). ^[6] Профилирующие поплавки могут иметь более одного датчика одного типа. Датчик наверху поплавка будет собирать данные лучше, чем датчик на дне, если поплавок движется вертикально через толщу воды, а датчик на дне будет собирать данные лучше, если поплавок опускается. Эти поплавки способны делать несколько сотен профилей на максимальную глубину 2000 метров до истощения батареи и передавать свои данные на берег через спутниковую связь каждый раз, когда они всплывают. Были созданы более глубоководные модели, которые могут достигать 6000 метров, ^[7] достаточно глубокие, чтобы достичь дна океана в большинстве мест. Основным пользователем профилирующих поплавков является программа Argo , цель которой — поддерживать в океане в рабочем состоянии 3000 поплавков в любой момент времени.

Апекс плавает

Программа Argo использует поплавки Apex. ^{[ необходимо уточнение ]} Эти поплавки дрейфуют на заданной глубине в течение 5–10 дней, прежде чем всплывут для передачи данных на спутники. Затем поплавок опустится обратно на определенную глубину. ^[8]

Лагранжевы поплавки

Лагранжев поплавок похож на лагранжев дрифтер в том, что он разработан для следования за порцией воды, за исключением того, что лагранжев поплавок способен изменять свою плавучесть, чтобы также собирать профильные данные. Следуя за порцией воды, измерения минимизируют адвективные эффекты ^{[ необходимо уточнить ]} воды, чтобы показать изменение свойств водной порции с течением времени. ^[9]

Прибрежные поплавки

Хотя прибрежные регионы мира являются наиболее продуктивными частями океана, поплавки обычно не используются для изучения побережья. Поплавки в прибрежных регионах встречаются реже из-за риска повреждения поплавков побережьем или их выноса на берег. Новая модель прибрежного поплавка разрабатывается Исследовательским институтом аквариума залива Монтерей (MBARI). ^[10] Эти новые поплавки располагаются на морском дне между профилями. Это позволяет поплавкам противостоять перемещению течениями, когда они не собирают данные. Прибрежный поплавок будет собирать данные профиля чаще, чем поплавки Argo, из-за быстро меняющейся прибрежной среды.

Непрофилирующие поплавки

Некоторые поплавки предназначены только для картирования течений на одной глубине; они не имеют возможности регулировать свою плавучесть, поэтому тщательно балластируются, чтобы соответствовать плотности воды на желаемой глубине. Современным примером этого типа является поплавок RAFOS ; исторические версии включают поплавки Swallow , ALACE и SOFAR.

Ссылки

^ http://www.oc.nps.edu/~paduan/OC4331/projsum/u05/cowan_lagrangian.ppt
^ «Поплавки и дрейфующие тела — Океанографический институт Вудс-Хоул».
^ abc W. John Gould, «От поплавков Swallow до Argo — развитие поплавков с нейтральной плавучестью», Deep-Sea Research II 52 (2005) 529–543
^ Stommel, H., 1955. Прямые измерения подповерхностных течений. Deep-Sea Research 2, 284–285.
^ JC Swallow, «Поплавок с нейтральной плавучестью для измерения глубоких течений», doi :10.1016/0146-6313(55)90037-X
^ "Как работают поплавки"
^ ""Deep SOLO"" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-04-07 . Получено 2017-04-07 .
^ "Apex profiling float". 7 января 2016 г.
^ Alkirel, MB, MJ Perry, E. D'Asarol и CM Lee (2013). «Использование сенсорных геохимических измерений с автономных платформ для оценки биологического производства и экспорта углерода во время весеннего цветения в Северной Атлантике в 2008 году». Новости об океаническом углероде и биогеохимии 6(2), 1-6.
^ "Новые прибрежные поплавки для диагностики состояния океана". 6 февраля 2020 г.

[1] ttp://www.oc.nps.edu/~paduan/OC4331/projsum/u05/cowan_lagrangian.ppt

[2] «Поплавки и дрейфующие тела — Океанографический институт Вудс-Хоул».

[gould-3] W. John Gould, «От поплавков Swallow до Argo — развитие поплавков с нейтральной плавучестью», Deep-Sea Research II 52 (2005) 529–543

[4] Stommel, H., 1955. Прямые измерения подповерхностных течений. Deep-Sea Research 2, 284–285.

[5] JC Swallow, «Поплавок с нейтральной плавучестью для измерения глубоких течений», doi :10.1016/0146-6313(55)90037-X

[6] "Как работают поплавки"

[7] ""Deep SOLO"" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-04-07 . Получено 2017-04-07 .

[8] "Apex profiling float". 7 января 2016 г.

[9] Alkirel, MB, MJ Perry, E. D'Asarol и CM Lee (2013). «Использование сенсорных геохимических измерений с автономных платформ для оценки биологического производства и экспорта углерода во время весеннего цветения в Северной Атлантике в 2008 году». Новости об океаническом углероде и биогеохимии 6(2), 1-6.

[10] "Новые прибрежные поплавки для диагностики состояния океана". 6 февраля 2020 г.