Стационарная измерительная система на базе термопрофилемеров на океанографической платформе для определения параметров внутренних волн: результаты испытаний

П. В. Гайский

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: gaysky@inbox.ru

Аннотация

С июня 2021 по август 2022 г. на океанографической платформе в п. Кацивели непрерывно проводились испытания экспериментальной измерительной системы для мониторинга динамики температурных изменений в прибрежной зоне. Система построена на трех идентичных по конструкции и электронным компонентам распределенных датчиках температуры (термопрофилемерах), вертикально установленных на пространственном базисе равностороннего треугольника со стороной 18 м. Получены непрерывные пространственно-временные данные о вертикальных профилях температуры до глубины 19.5 м. Корреляция данных одновременных измерений датчиками при выраженной динамике градиентов температур позволила дополнительно к амплитуде и периоду колебательных процессов рассчитать длину, скорость и направление распространения внутренних волн. Данные измерений с выраженными временными фронтами изменения профилей температур позволили рассчитать направление и скорость переноса водных масс на горизонтах. Разработаны программные алгоритмы автоматического расчета указанных параметров для коррелированных показателей пространственно-временного смещения рассчитанных изотерм. Результаты экспериментов доказали возможность использования предложенной системы на базе термопрофилемеров с заданными техническими характеристиками, установленных на ограниченном габаритами океанографической платформы пространственном базисе, для определения параметров внутренних волн и температурной изменчивости с выраженными фронтами.

Ключевые слова

распределенный датчик температуры, термопрофилемер, изотерма, теплозапас, термоклин, внутренние волны, поле температуры, теплообмен, термокоса, океанографическая платформа, градиент температуры

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме FNNN-2021-0004.

Для цитирования

Гайский П. В. Стационарная измерительная система на базе термопрофилемеров на океанографической платформе для определения параметров внутренних волн: результаты испытаний // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2024. № 1. С. 98–112. EDN TSHDME.

Gaisky, P.V. 2024. Thermoprofilemeter-Based Stationary Measuring System on the Oceanographic Platform for Determining Internal Wave Parameters: Testing Results. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (1), pp. 98–112.

Список литературы

  1. Structure and generation of turbulence at interfaces strained by internal solitary waves propagating shoreward over the continental shelf / J. N. Moum [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2003. Vol. 33, iss. 10. P. 2093–2112. doi:10.1175/1520-0485(2003)033%3C2093:SAGOTA%3E2.0.CO;2
  2. Внутренние волны и перемешивание в шельфовой зоне моря / В. В. Навроцкий [и др.] // Известия ТИНРО. 2010. Т. 162. С. 324–337. EDN NDOQWB.
  3. Интенсивные внутренние волны аномальных высот на шельфе Черного моря / В. Г. Бондур [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55, № 1. С. 114–127. EDN EMZTKT. doi:10.31857/S0002-3515551114-127.
  4. Трансформация и эффекты внутренних волн в прибрежной зоне моря / В. В. Навроцкий // Океанологические исследования. 2019. Т. 47, № 2. С. 230–245. EDN UKPLFG. doi:10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(2).14
  5. Моделирование динамики интенсивных внутренних волн на шельфе / Т. Г. Талипова [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 6. С. 714–722. EDN SYYYMR. doi:10.7868/S0002351514060169
  6. Сабинин К. Д., Серебряный А. Н. «Горячие точки» в поле внутренних волн в океане // Акустический журнал. 2007. Т. 53, № 3. С. 410–436. EDN HFFSOU.
  7. A fast and accurate thermistor string / H. van Haren [et al.] // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2001. Vol. 18, iss. 2. P. 256–265. doi:10.1175/1520-0426(2001)018%3C0256:AFAATS%3E2.0.CO;2
  8. High sampling rate thermistor string observations at the slope of Great Meteor Seamount / H. van Haren [et al.] // Ocean Science. 2005. Vol. 1, iss. 1. P. 17–28. doi:10.5194/os-1-17-2005
  9. Generation and evolution of mode-two internal waves in the South China Sea / A. K. Liu [et al.] // Continental Shelf Research. 2013. Vol. 59. P. 18–27. doi:10.1016/j.csr.2013.02.009
  10. Внутренние волны на шельфе Черного моря в районе Гераклейского полуострова: моделирование и наблюдение / В. А. Иванов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 4. С. 322–340. EDN SOBBLG. doi:10.22449/0233-7584-2019-4-322-340
  11. Серебряный А. Н., Иванов В. А. Исследования внутренних волн в Черном море с океанографической платформы МГИ // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 3. С. 34–45. EDN RPEHKB.
  12. Толстошеев А. П., Лунев Е. Г., Мотыжев С. В. Анализ результатов натурных экспериментов с термопрофилирующими дрейфующими буями в Черном море и других районах мирового океана // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 5. С. 9–32. EDN TECAWR.
  13. Толстошеев А. П., Лунев Е. Г., Мотыжев С. В. Результаты долговременного мониторинга вертикальной термической структуры шельфовых вод на Черноморском гидрофизическом полигоне РАН // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 1. С. 75–87. EDN JOHOWF. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-75-87
  14. Примеры подходов к исследованию температурной изменчивости вод шельфа Черного моря при помощи кластера термокос / В. В. Очередник [и др.] // Океанология. 2020. Т. 60, № 2. С. 173–185. EDN YCLUGL. doi:10.31857/S0030157420010189
  15. Исследование внутренних волн по данным трех заякоренных термокос / В. В. Очередник [и др.] // Береговая зона моря: исследования, управление, перспективы : сборник материалов Международной молодежной летней школы. Калининград, 26–31 августа 2018 года / Под редакцией В. А. Гриценко. Калининград : БФУ им. И. Канта, 2018. С. 12–16. EDN YYTGOT.
  16. 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
  17. Примеры подходов к исследованию температурной изменчивости вод шельфа Черного моря при помощи кластера термокос / В. В. Очередник [и др.] // Океанология. 2020. Т. 60, № 2. С. 173–185. EDN YCLUGL. doi:10.31857/S0030157420010189
  18. Очередник В. В., Зацепин А. Г. Цуги короткопериодных внутренних волн на шельфе Черного моря по данным измерений кластера термокос // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 5. С. 650–670. EDN APYTLD.
  19. Silvestrova K., Myslenkov S., Puzina O., Mizyuk A., Bykhalova O. Water structure in the Utrish Nature Reserve (Black Sea) during 2020–2021 according to thermistor chain data // Journal of Marine Science and Engineering. 2023. Vol. 11, iss. 4. 887. doi:10.3390/jmse11040887
  20. Исследование долговременной стабильности параметров термодатчиков DS18B20 / Л. И. Сучкова [и др.] // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2015. № 1. С. 42–46. EDN TVUDXX.
  21. Гайский В. А., Гайский П. В. Распределенные термопрофилемеры и их возможности в океанографических исследованиях // Морской гидрофизический журнал. 1999. № 6. С. 46–76.
  22. Гайский В. А., Гайский П. В. Использование распределенных датчиков для температурных измерений в море. Севастополь : ИПТС, 2018. 222 с. doi:10.33075/978-5-6040795-4-6
  23. Слепышев А. А., Алиева А. Н., Лактионова Н. В. Нелинейные эффекты при распространении внутренних волн при наличии турбулентности // Морской гидрофизический журнал. 2011. № 2. С. 13–23. EDN TMJWTX.
  24. Вертикальный турбулентный обмен в Черном море: экспериментальные исследования и моделирование / А. С. Самодуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 6. С. 735–759. EDN LCDZNK.
  25. Билюнас М. В., Доценко С. Ф. Свободные внутренние волны в неоднородном течении с вертикальным сдвигом скорости // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 1. С. 3–16. EDN LOGRSD.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)