Автономный измеритель внутренних волн на базе измерительных преобразователей температуры для исследований на шельфе

А. Н. Серебряный1, 2, *, Д. М. Денисов2, Е. Е. Химченко1

1 Институт океанологии имени П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия

2 АО «Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева», Москва, Россия

* e-mail: serebryany53@list.ru

Аннотация

Описывается устройство для измерений внутренних волн, выполненное на основе распределенного датчика температуры. Этот датчик измеряет среднюю температуру охватываемого им слоя водной толщи, что позволяет избегать регистрации тонкоструктурных искажений. Устройство работает в автономном режиме с возможностью долговременного накопления большого количества информации (при интер вале 1 мин в течение 1 года). Дискретность измерений устанавливается от 1 до 1200 с. Погрешность измерения средней температуры составляет 0.1 °C, разрешение по температуре не хуже 0.03 °C. Рабочая глубина до 200 м. Автономный измеритель отличается компактностью и простотой использования. Устройство подключается к компьютеру или смартфону посредством беспроводной связи Bluetooth. Приводятся результаты сравнения одновременных измерений устройства с гирляндой точечных датчиков температуры. Измерения проведены на шельфе Черного моря летом 2018 г. и осенью 2019 г. Представлены примеры использования автономного измерителя для регистрации короткопериодных и инерционных внутренних волн. Сопоставление полученных рядов показывает их близкое сходство. Проведенный частотный спектральный анализ также демонстрирует хорошее совпадение данных распределенного датчика температуры с данными, полученными искусственным распределенным датчиком температуры на основе осреднения измерений гирляндой термодатчиков путем выявления основных пиков регистрируемых явлений. Устройство показало себя надежным и перспективным инструментом для проведения измерений внутренних волн на шельфе.

Ключевые слова

измеритель внутренних волн, измерительные приборы, распределенный датчик температуры, короткопериодные внутренние волны, гирлянда датчиков, точечные датчики температуры, датчик температуры

Благодарности

Работа выполнена в рамках темы госзадания Минобрнауки РФ № FM WE -2021-0010 «Методы и средства океанологических наблюдений для исследования природных и техногенных подводных объектов и экологии в гидросфере: разработка технологий многопараметрического сканирования подводных сред и объектов автономными и привязными зондами и профилографами».

Для цитирования

Серебряный А. Н., Денисов Д. М., Химченко Е. Е. Автономный измеритель внутренних волн на базе измерительных преобразователей температуры для исследований на шельфе // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 2. С. 134–144. EDN SOB KST. doi:10.29039/2413-5577-2023-2-134-144

Serebryany, A.N., Denisov, D.M. and Khimchenko, E.E., 2023. Autonomous Internal Wave Measurer based on Temperature Transmitters for Shelf Studies. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (2), pp. 134–144. doi:10.29039/2413-5577-2023-2-134-144

DOI

10.29039/2413-5577-2023-2-134-144

Список литературы

  1. Research highlights from the Asian seas international acoustics experiment in the South China Sea / J. F. Lynch [et al.] // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2004. Vol. 29, iss. 4. P. 1067–1074. doi:10.1109/JOE.2005.843162
  2. Shallow Water'06: A joint acoustic propagation/nonlinear internal wave physics experiment / D. Tang [et al.] // Oceanography. 2007. Vol. 20, iss. 4. P. 156–167. doi:10.5670/oceanog.2007.16
  3. Convex and concave types of second baroclinic mode internal solitary waves / Y. J. Yang [et al.] // Nonlinear Processes in Geophysics. 2010. Vol. 17, iss. 6. P. 605– 614. doi:10.5194/npg-17-605-2010
  4. Термокосы ЮО ИО РАН: конструкция, методика и результаты метрологического исследования датчиков / В. В. Очередник [и др.] // Океанология. 2018. Т. 58, № 5. С. 719–730. EDN XWVHWH. doi:10.1134/S003015741805009X
  5. Коняев К. В., Сабинин К. Д. Новые данные о внутренних волнах в море, полученные с помощью распределенных датчиков температуры // Доклады АН СССР. 1973. Т. 209, № 1. С. 8689.
  6. Серебряный А. Н., Иванов В. А. Исследования внутренних волн в Черном море с океанографической плат формы МГИ // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. № 3. С. 34–45. EDN R PEHKB.
  7. Гайский В. А., Гайский П. В. Распределенные термопрофилемеры и их возможности в океанографических исследованиях // Морской гидрофизический журнал. 1999. № 6. С. 46–76.
  8. Сабинин К. Д., Назаров А. А., Серебряный А. Н. Короткопериодные внутренние волны и течения в океане // Известия АН ССС Р. Физика атмосферы и океана. 1990. Т. 26, № 8. С. 847–853.
  9. Денисов Д. М., Серебряный А. Н. Автономный измеритель внутренних волн на основе распределенного датчика температуры // Приборы и техника эксперимента. 2019. № 2. С. 159–160. EDN GSIC WX. doi:10.1134/S0032816219020058
  10. Кузнецов А. С., Парамонов А. Н. Автономная измерительная система распределенных датчиков температуры // Морские гидрофизические исследования. Севастополь : МГИ АН УССР, 1980. № 1. С. 147 –151.
  11. Кузнецов А. С., Парамонов А. Н. Методические аспекты экспериментальных исследований одиночных внутренних волн в океане // Океанология. 1985. Т. 25, № 2. С . 312–318.
  12. Сабинин К. Д. Использование распределенных датчиков температуры для измерения внутренних волн // Поверхностные и внутренние волны. Севастополь : МГИ, 1978. С. 134–145.
  13. Коняев К. В. Спектральный анализ случайных океанологических полей. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1981. 208 с.
  14. Garrett C., Munk W. Space-time scales of internal waves: A progress report // Journal of Geophysical Research. 1975. Vol. 80, iss. 3. P. 291–298. doi:10.1029/JC080i003p00291
  15. Иванов В. А., Серебряный А. Н. Частотные спектры короткопериодных внутренних волн в бесприливном море // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1982. Т. 18, № 6. С . 683–685. EDN YVJUMD.
  16. Химченко Е. Е., Серебряный А. Н. Внутренние во лны на кавказском и крымском шельфах Черного моря (по летне-осенним наблюдениям 20112016 гг.) // Океанологические исследования. 2018. Т. 46, № 2. С. 69–87. EDN YPOJUL. doi:10.29006/1564-2291.JOR-2018.46(2).7
  17. Кузнецов А. С. Структура бимодальности направления прибрежного течения у Южного берега Крыма в 2002–2008 годах // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 4. С. 78–88. EDN WWXZZC. doi:10.22449/2413-5577-2020-4-78-88
  18. Кузнецов А. С., Зима В. В., Щербаченко С. В. Изменчивость характеристик прибрежного течения у Южного берега Крыма в 2017 –2019 годах // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 3. С. 5–16. EDN CETQHV. doi:10.22449/2413-5577-2020-3-5-16
  19. Internal waves study on a narrow steep shelf of the Black Sea using the spatial antenna of line temperature sensors / A. Serebryany [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. 2020. Vol. 8, iss. 11. 833. doi:10.3390/jmse8110833
  20. Серебряный А. Н., Химченко Е. Е. Внутренние волны второй моды в Черном море // Доклады Академии наук. 2019. Т. 488, № 5. С. 104107. EDN YLUPNZ. doi:10.31857/S0869-56524885555-559
  21. Rayson M. D., Jones N. L., Ivey G. N. Observations of large-amplitude mode-2 nonlinear internal waves on the Australian North West shelf // Journal of Physical Oceanography. 2019. Vol. 49, iss. 1. P. 309–328. doi:10.1175/JPO-D-18-0097.1

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)