Батитермограф
Батитермограф или , или БТ , также известный как механический батитермограф , МВТ ; [1] представляет собой устройство, содержащее температуры датчик и преобразователь для обнаружения изменений температуры воды в зависимости от глубины на глубине примерно 285 метров (935 футов). Опускаемый на воду с помощью небольшой лебедки на корабле, BT регистрирует изменения давления и температуры на стеклянном предметном стекле с покрытием, которое почти свободно падает в воду. [2] При падении инструмента провод вытягивается до достижения заданной глубины, затем срабатывает тормоз и БТ вытягивается обратно на поверхность. [1] Поскольку давление является функцией глубины (см. закон Паскаля ), измерения температуры можно соотнести с глубиной, на которой они регистрируются. [ нужна ссылка ]
История
[ редактировать ]Истинное происхождение BT началось в 1935 году, когда Карл-Густав Россби начал экспериментировать. Затем он поручил разработку BT своему аспиранту Ательстану Спилхаусу , который затем полностью разработал BT в 1938 году. [1] в результате сотрудничества Массачусетского технологического института , Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и ВМС США . [3] Устройство было модифицировано во время Второй мировой войны для сбора информации о меняющейся температуре океана для ВМС США . Первоначально предметные стекла готовились «путем втирания пальцами небольшого количества сканкового масла, а затем вытирания мягкой стороной руки» с последующим курением предметного стекла над пламенем бунзеновской горелки. [4] Позже масло скунса было заменено испаренной металлической пленкой. [1]
Поскольку температура воды может варьироваться в зависимости от слоя и может влиять на гидролокатор, выдавая неточные результаты определения местоположения, батотермографы (написание времен Второй мировой войны в США) были установлены на внешних корпусах подводных лодок США во время Второй мировой войны . [5]
Контролируя отклонения или отсутствие отклонений в слоях подводной температуры или давления во время погружения, командир подводной лодки мог корректировать и компенсировать температурные слои, которые могли повлиять на точность гидролокатора . Особенно это было важно при стрельбе торпедами по цели строго по гидроакустической фиксации. [5]
Что еще более важно, когда подводная лодка подвергалась атаке надводного корабля с использованием гидролокатора, информация с батотермографа позволяла командиру подводной лодки искать термоклины , которые представляют собой более холодные слои воды, которые искажали сигналы гидролокатора надводного корабля, позволяя подводной лодке под атакой, чтобы «замаскировать» свое фактическое положение и избежать повреждения глубинной бомбой и, в конечном итоге, сбежать с надводного корабля. [5]
На протяжении всего использования батитермографа различные техники, вахтенные и океанографы отмечали, насколько опасны развертывание и подъем БТ. По словам наблюдателя Эдварда С. Барра:
«…В любую непогоду эта позиция БТ часто подвергалась воздействию волн, захлестывающих палубу. Несмотря на прибой волн за борт, оператору приходилось удерживать свою станцию, поскольку оборудование уже находилось за бортом. .. Нельзя было бежать в поисках убежища, поскольку тормоз и подъемная сила были объединены в один ручной рычаг, если отпустить этот рычаг, весь трос на лебедке размотается, и записывающее устройство и весь его кабель отправятся в океан. дно навсегда Нередко из защитной позиции двери лаборатории можно было оглянуться назад и увидеть, как твой напарник у лебедки БТ полностью исчезал из поля зрения, когда волна обрушивалась на борт… Мы тоже по очереди ходили. Показания BT. Было несправедливо, чтобы постоянно промокал только один человек». [6]
Батитермограф одноразовый
[ редактировать ]После того, как Джеймс М. Снодграсс воочию убедился в опасностях развертывания и извлечения BT, он начал разработку одноразового батитермографа (XBT). Описание XBT Снодграссом:
Вкратце, блок будет разбит на два компонента, а именно: блок «корабль-надземь» и блок «с поверхности-расходуемый». Я имею в виду пакет, который можно было бы сбросить либо методом «Армстронга», либо каким-то простым механическим устройством, которое было бы постоянно подключено к надводному кораблю. Провод будет выводиться с надводного корабля, а не с надводной плавучей установки. Для поверхностного поплавка потребуется минимум плавучести и небольшой и очень простой морской якорь. С этой простой платформы расходный блок БТ будет тонуть, как показано для акустического блока. Однако он будет разматываться по очень тонкой нити проводника, вероятно, с нейтральной плавучестью, заканчивающейся у поплавкового блока, а затем соединяющейся 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; проводная связь; и корабельная канистра. Внутри зонда находится термистор , который электронно подключен к самописцу. Зонд свободно падает со скоростью 20 футов в секунду, что определяет его глубину и обеспечивает запись температуры и глубины на самописец. Пара тонких медных проводов , которые отходят как от катушки, оставленной на корабле, так и от катушки, сброшенной вместе с прибором, обеспечивают линию передачи данных на корабль для записи на борту. В конце концов, провод заканчивается и рвется, и XBT тонет на дне океана. Поскольку развертывание XBT не требует от корабля замедления или иного вмешательства в нормальные операции, XBT часто развертываются с подходящих судов , таких как грузовые суда или паромы, а также специализированных исследовательских кораблей, проводящих текущие операции, когда CTD бросает потребовалось бы остановить корабль на несколько часов. Также используются бортовые версии (AXBT); они используют радиочастоты для передачи данных на самолет во время развертывания. Сегодня Lockheed Martin Sippican произвела более 5 миллионов XBT.
Типы ОБТ
[ редактировать ]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 | Глубоководные научные и военные применения | 1830 м 6000 футов | 6 узлов | 65 см |
| Быстро Глубоко | Обеспечивает максимальную глубину при максимально возможной скорости корабля среди всех XBT. | 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 приложениях. | 760 м 2500 футов | 15 узлов | 65 см |
| Темно-синий | Увеличенная скорость запуска для океанографических и военно-морских приложений. | 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 противоминных мер ВМС США и физических океанографических приложений. | 460 м 1500 футов | 6 узлов | 18 см |
Участие по месяцам стран и учреждений, внедряющих XBT
[ редактировать ]Ниже приведен список развертываний XBT на 2013 год: [9]
| Контри/Месяц | ЯН | ФЕВРАЛЬ | МАР | АПРЕЛЬ | МОЖЕТ | ИЮНЬ | ИЮЛЬ | АВГ | Сентябрь | октябрь | НОЯБРЬ | Декабрь | Общий |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ИЗ | 233 | 292 | 241 | 277 | 311 | 397 | 278 | 313 | 316 | 208 | 232 | 262 | 3360 |
| ВЫКЛ/СИО | 97 | 59 | 0 | 0 | 55 | 100 | 0 | 52 | 0 | 105 | 55 | 182 | 705 |
| ХОРОШИЙ | 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 |
| ОТ | 2 | 42 | 258 | 93 | 47 | 71 | 301 | 7 | 62 | 0 | 51 | 206 | 1140 |
| ДАВАТЬ | 38 | 21 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 59 |
| ОНА | 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/АОМЛ | 477 | 477 | 773 | 2 | 812 | 341 | 559 | 634 | 456 | 436 | 235 | 396 | 5598 |
| США/СИО | 788 | 87 | 607 | 240 | 350 | 591 | 172 | 300 | 382 | 525 | 104 | 477 | 4623 |
| ДЛЯ | 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
[ редактировать ]Поскольку XBT не измеряет глубину (например, через давление), уравнения скорости падения используются для получения профилей глубины на основе временных рядов. Уравнение скорости падения принимает вид:
где z(t) – глубина ОБТ в метрах; т – время; a и b — коэффициенты, определенные теоретическим и эмпирическим методами. Коэффициент b можно рассматривать как начальную скорость при ударе зонда о воду. Коэффициент а можно рассматривать как уменьшение массы со временем по мере разматывания проволоки.
В течение значительного времени эти уравнения были относительно устоявшимися, однако в 2007 году Гурецкий и Колтерманн показали расхождение 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 в измерении температуры. Из этого семинара NOAA XBT по снижению скорости 2008 г. [11] начал решать проблему, но не смог прийти к разумному выводу о том, как продолжить корректировку измерений. В 2010 году в Гамбурге, Германия, был проведен второй семинар по снижению скорости XBT, чтобы продолжить обсуждение проблемы и найти путь вперед. [12]
Основным следствием этого является то, что профиль глубинной температуры может быть интегрирован для оценки содержания тепла в верхних слоях океана; смещение в этих уравнениях приводит к погрешности в оценках теплосодержания. Внедрение поплавков Арго обеспечило гораздо более надежный источник температурных профилей, чем ОБТ, однако записи ОБТ по-прежнему важны для оценки десятилетних тенденций и изменчивости, и, следовательно, много усилий было приложено для устранения этих систематических ошибок.Коррекция XBT должна включать как поправку на скорость падения, так и поправку на температуру.
Использование
[ редактировать ]- Океанография и гидрография : для получения информации о температурном составе океана.
- Исследование 2019 года (опубликовано в 2023 году) у истока ледника Тоттен в Восточной Антарктиде показало, что вода на глубине выше температуры замерзания тает нижнюю часть ледника. [13] [14]
- Подводная и противолодочная борьба : для определения глубины слоя ( термоклина ), используемого подводными лодками, чтобы избежать активного гидроакустического поиска.
См. также
[ редактировать ]- Зондирование глубины - измерение глубины водоема.
- Бентосный спускаемый аппарат – Платформа для измерений на морском дне.
- CTD – Устройство для измерения свойств морской воды
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Океанографический институт 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 Аллина Вайна Ричарду Х. Флемингу, 20 августа 1941 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Блер-младший, Клэй (2001). Тихая победа, подводная война США против Японии . Аннаполис, Мэриленд: Издательство Военно-морского института. п. 458. ИСБН 1-55750-217-Х .
- ^ «MIDPAC — Первый большой шаг», рукопись, 17 августа 1975 г.
- ^ «Новые методы подводных технологий», Транзакции IEEE по аэрокосмическим и электронным системам, Том. АЭС-2, №6 (ноябрь 1966 г.), 626.
- ^ Lockheed Martin Sippican (сентябрь 2005 г.). «Одноразовый батитермограф, одноразовый звуковой велосиметр (XBT/XSV), одноразовые системы профилирования» (PDF) . п. 3. Архивировано из оригинала (PDF) 3 февраля 2013 года . Проверено 20 июля 2015 г.
- ^ «Отчет об операциях SOOP: Программа XBT» (PDF) . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория НОАА . 31 октября 2014 г. с. 2 . Проверено 20 июля 2015 г.
- ^ Гурецкий, Виктор; Колтерманн, Клаус Петер (2007). «Насколько на самом деле нагревается океан?». Письма о геофизических исследованиях . 34 (1). Бибкод : 2007GeoRL..34.1610G . дои : 10.1029/2006GL027834 .
- ^ «Семинар NOAA по снижению скорости XBT» . Проверено 3 декабря 2013 г.
- ^ Виктор Гурецк (25–27 августа 2010 г.). Итоговый отчет семинара по смещению и падению XBT (PDF) . Семинар по смещению XBT и скорости падения. Гамбург, Германия. п. 14. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июля 2013 года . Проверено 8 мая 2014 г.
- ^ Наблюдения за океаном с помощью вертолетов фиксируют проникновение тепла в обширный океан в сторону шельфового ледника Тоттен , Ёсихиро Накаяма и др., AGU, 11 сентября 2023 г.
- ^ Миссия вертолета в Антарктике помогает подтвердить таяние ледника Тоттен снизу из-за теплой воды , Клэнси Бален, ABC News Online , 13 сентября 2023 г.
- Блэр, Клей младший (2001). Тихая победа, подводная война США против Японии . Аннаполис, Мэриленд: Издательство Военно-морского института. п. 458. ИСБН 1-55750-217-Х .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Одноразовый батитермограф Одноразовый измеритель звуковой скорости (XBT/XSV) Одноразовые системы профилирования от Lockheed Martin Sippican
- Ричард Си Джей Сомервилл (2003). «Наука о климате и атмосфере в Скриппсе: наследие Джерома Намиаса» (PDF) . Океанография . 16 (3). Архивировано из оригинала (PDF) 24 февраля 2019 года (на странице 2 изображен Джером Намиас с батитермографом).
- Океанографический институт Скриппса: исследование океанов с 1936 по 1976 год.