// Вие четете...

Океан и Атмосфера

Взаимодействие на океан – атмосфера.

„По-добре веднъж да видиш, отколкото сто пъти да чуеш.“

Спътникова дрифтерна технология. Взаимодействието на океана и атмосферата се проследява както на крупно, така и на малко мащабно ниво. Скоростта на вятъра и неговото направление, атмосферното налягане, температурата на въздуха и интензивността на слънчевата радиация се явяват основни параметри, определящи състоянието на повърхностния слой на водата в океана, който на свой ред се явява изходен фактор за развитието на по нататъшните процеси в целия океан. Поради това актуалността по изучаването на това взаимодействие както никога до сега е толкова важно.

Към настоящия момент се е наложила структурата на автономните средства за контрола на състоянието на океана и приводната атмосфера, основана на предаването на резултатите от измерванията, с използването в качеството на ретранслатор на данни, свързани с изкуствени спътници на Земята (ИСЗ). Приложно към движеща се платформа същността на метода се състои в използването на навигационните ИСЗ за обсервация (определяне на мястото), получаването през определени промеждутъци от време и предаване от платформата на информацията за измерените хидрометеорологични параметри през свръзката на ИСЗ към наземните приемни центрове. Знанието на координатите на положението на платформата в последователни моменти във времето позволява да се разчете средната скорост на нейното движение и да се определят параметрите на повърхностните течения. Под обобщаващия термин „движеща се платформа” днес се разбира профилиращ поплавък, използван в проекта Argo, кораби с попътни наблюдения и повърхностни дрейфуващ буй или дрифтери. Областта за изследвания с тези наблюдателни средства е показана на рис. 1.

1. Буй Арго – това е профилиращ поплавък, дрейфуващ на зададен хоризонт до дълбочини 2000 м в продължение на 7-10 денонощия, изплуващ на повърхността на 6 часа за предаване на информацията за вертикалния профил на температурата и солеността към бреговия център чрез системата ARGOS, която към настоящия момент е станала базов инструмент за трасиране на свободно дрейфуващи буйове и сбора на данните от тях.

Системата ARGOS извършва също сбор и предаване към ползвателите на измерените данни от котвени морски буйове, постовете за екологичен контрол, автоматични метеорологични станции и други прибори и системи, работещи в автономен режим. Опитите за използване на други системи за спътникова свръзка за осигуряване на дрифтови наблюдения в океана не са били успешни. В същото време реализацията на техническите възможности на нови поколения на системата ARGOS, такива като ARGOS-2 и ARGOS-3, позволяват не само да се разширят областите по използване на дрифтовете, но и да се осъществи оптимизацията на структурата на дрифтовите полета в океана по пътя на включване или изключване на буйковите сензори, изменение на тяхната разрешаваща способност или временно изключване на буйовете за запазване на енергията без влошаване на разрешаващата способност на дрифтовата система като цяло.

Рис. 1. Система за наблюдения за състоянието на Световния океан и приводната атмосфера.

2. Използване на наблюденията от попътни кораби, към настоящия момент, не намират широко разпространение. От една страна, отсъства действен механизъм за икономическа мотивация за провеждане на такива наблюдения, от друга страна – провеждането на наблюдения, в рамките на някакви проекти, се счита като собственост на поръчителя на такива проекти, които също не желаят да споделят информацията. Към това допринася и същественото съкращаване на корабите, особено от научния флот, също не внушава оптимизъм за изменение на ситуацията към подобрение.

3. Повърхностните дрейфуващи буйове или дрифтери, предназначени за контрол на параметрите на действения слой на океана и приводната атмосферата се явява един от важните и перспективни компоненти от наблюдателната мрежа.

Развиваната през последните години дрифтерна технология предполага създаването и използването на такива буйкови системи, които се явяват от една страна океанографски, но също така позволяват да се контролират метеорологичните параметри на приводната атмосфера. Такава технология удовлетворява нуждите както на океанографите, така и на хидрометеоролозите и осигурява унификацията на буйковите носители за решаване на широкия клас научни и приложни задачи.

Основната координираща дейност по организацията и провеждането на дрифтерните изследвания е възложена на международната комисия в сътрудничество по сбора на данни от буйовете – Data Buoy Coordination Panel (DBCP). Комисията била организирана през 1985 г. по съвместно решение на Световната метеорологична организация (СМО) и Между правителствената Океанографска Комисия (МОК) към ЮНЕСКО като инструмент за разширяване на сътрудничеството, координацията и обмена на информацията сред операторите и ползвателите от дрейфуващите буйове за метеорологичните и океанографските изследвания с цел подобряване количеството и качеството на данните от буйовете. Стратегията за изпълнение на глобални дрифтерни наблюдения, приета от Комисията през 1999 г., предполага съществено увеличаване на количеството на дрейфуващите буйове, развърнати в Световния океан. По сетне този документ е претърпял редица изменения, изложените в него версии са публикувани през 2000 и 2002 година.

В документа е определено, че основен инструмент за осъществяване на дрифтерната програма трябва да стане с не скъпи SVP и SVP-B дрифтери и техни модификации, които от една страна се явяват като лагранжеви трасери (трасиращи движението), а от друга страна – позволяват измерването на някои параметри за приводната атмосфера. Това не означава, че е невъзможно използването на буйове от друг тип, но към настоящия момент масово измеренията се правят именно с този тип дрифтери. В документа също са определени изискванията (табл. 1) към параметрите, контролирани от буйовете и необходимите за реализация на глобалната климатична програма Global Climate Observing System (GCOS) и глобалната система за наблюдение на океана Global Ocean Observing System (GOOS). Освен това е зададен вектора за по нататъшно развитие на перспективни буйове.

Комплексното изучаване на взаимодействието на океана и атмосферата изисква получаване на всички изброени в таблицата хидрометеорологични параметри. Желателно е тяхното получаване с едно измерително средство за синхронизацията на наблюденията.

Таблица 1. Изисквания на GCOS и GOOS за океанската наблюдателна система, предназначена за предсказване на времето.

До настоящия момент не съществува единно средство, измерващо по-горе причислените параметри в открито море, не считайки наблюденията от изследователските кораби, което е много скъпо и се явява голяма рядкост. Съществуващите аналози на задгранични дрейфуващи буйове измерват, като правило, няколко параметъра, и нито един от тях не удовлетворява причислените изисквания в пълен обем. Ще разгледаме характеристиките на някои буйове подробно.

Основна глобална дрейфуваща мрежа се явява лагранжни трасери, прибори SVP и SVP-B типове.

Дрейфуващ буй (дрифтер) SVP-B е представен на рис.2. Измерените параметри: атмосферно налягане, температура на водата, направление и скорост на теченията в действения слой. Предаването на данните – чрез ИСЗ в системата ARGOS.

Постановката на буйовете – от кораб и от самолет. Автономния срок на работа е не повече от 360 денонощия.

Рис. 2. Външен вид на дрифтера SVP-B.

Използването на този тип буй, снабден с подводен парус (платно), позволява да се определи направлението и скоростта на теченията в действения слой, а също така температурата на водата и, което е най-главното – атмосферното налягане в приводната атмосфера.

Има още един много важен за метеорологията параметър – скорост и направление на вятъра. За дрифтерите от SVP клас методът на измерване на скоростта на вятъра с помощта на анемометър е непригоден в сила са малките размери на повърхността на поплавъка, неговото продължително престояване под водата и невъзможността да се повдигне датчика за скоростта на вятъра на значителна височина над нивото на водата.

За тези буйове е бил разработен метода WOTAN (Wind Observation Through Ambient Noise), което се превежда като „измерване на вятъра чрез обкръжаващия шум”. Изследванията са показали, че основния подводен шум е в диапазона на честотите от 500 Хц до 50 кХц, който възниква заради въздействието на вятъра на морската повърхност. Макар и да има много други акустически източници (кораби, животни, дъжд и др.), наблюденията в по-горе обозначения спектър позволяват да се диференцира именно шума от вятъра. През 1990 година е бил предложен алгоритъм, позволяващ да се определи скоростта на вятъра чрез спектралния анализ на обкръжаващия шум. Както е било изяснено, методът добре работи в дълбоководни райони и не достатъчно надеждно – в плитки води. Това се обяснява с наличието във водата на голямо количество малки мехурчета въздух, които внасят съществено различие в спектъра на обкръжаващия шум в сравнение с дълбоководните райони.

На основата на този метод е била разработена разновидност на SVP-B дрифрера, който е получил названието SVP-BW (ветрови) буй. На рис. 3 е показан външния вид на този дрифтер, който е построен по схемата на стандартния SVP-B буй и съдържа хидрограф, закрепен на дълбочина 10 м. За да се измери направлението на вятъра, към повърхностния поплавък на буя е включено твърдо зафиксирано крило (рис. 4), което развърта повърхностния поплавък по направлението на вятъра.

Рис. 3. Външен вид на дрифтера SVP-BW.

Рис. 4. Вертикалното крило, което е прикрепено към поплавъка на дрифтера SVP-BW.

Компасът е поставен вътре в повърхностния поплавък, което позволява да се определи направлението на вятъра. Резултатите от изпитанията на буя, изпълнени от Meteo-France по сравнение с измерването на вятъра на котвени буйове са дали достатъчно оптимистични резултати, но тези буйове се отличават с висока стойност.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар