Bathythermograph - Bathythermograph

Bathythermograph

The bathythermographnebo BT, také známý jako Mechanický bathytermografnebo MBT;^[1] je malé zařízení ve tvaru torpéda, které drží a teplota senzor a a převodník detekovat změny teploty vody ve srovnání s hloubkou až do hloubky přibližně 285 metrů (935 stop). Spuštěn malým navijákem na lodi do vody, BT zaznamenává změny tlaku a teploty na podložním sklíčku, jak je téměř volně padá do vody.^[2] Při pádu nástroje se drát vyplácí, dokud nedosáhne předem stanovené hloubky, poté se zabrzdí a BT se přitáhne zpět na povrch.^[1] Protože tlak je a funkce hloubky (viz Pascalův zákon ) lze měření teploty korelovat s hloubkou, v níž jsou zaznamenávány.^{[Citace je zapotřebí ]}

Dějiny

Skutečný původ BT začal v roce 1935, kdy Carl-Gustaf Rossby začal experimentovat. Poté předal vývoj BT svému postgraduálnímu studentovi Athelstan Spilhaus, který pak plně rozvinul BT v roce 1938^[1] jako spolupráce mezi MIT, Oceánografická instituce Woods Hole (WHOI) a americké námořnictvo.^[3] Zařízení bylo během druhé světové války upraveno, aby shromažďovalo informace o měnící se teplotě oceánu pro americké námořnictvo. Původně byla sklíčka připravena „otřením trochu skunkového oleje prstem a poté otřením měkkou stranou ruky“, následovalo kouření sklíčka nad plamenem Bunsenova hořáku.^[4] Později byl skunkový olej nahrazen odpařeným kovovým filmem.^[1]

Protože teplota vody se může lišit podle vrstvy a může mít vliv sonar produkcí nepřesných výsledků lokalizace byly na vnějších trupech amerických ponorek instalovány bathothermografy (pravopis druhé světové války) druhá světová válka.^[5]

Monitorováním odchylek nebo chybějících odchylek ve vrstvách podvodní teploty nebo tlaku, při ponoření, ponorka velitel mohl upravit a kompenzovat teplotní vrstvy, které by mohly ovlivnit sonar přesnost. To bylo obzvláště důležité při střelbě z torpéd na cíl vycházející výhradně z opravy sonaru.^[5]

Ještě důležitější je, že když byla ponorka napadena povrchovým plavidlem pomocí sonaru, informace z bathothermografu umožnily veliteli ponorky hledat termoklinů, což jsou chladnější vrstvy vody, které by narušily ping ze sonaru povrchové lodi, což by umožnilo ponorce pod útokem „zamaskovat“ její skutečnou polohu a uniknout poškození hloubkové nálože a nakonec uniknout z povrchové nádoby.^[5]

Během používání bathythermografu si různí technici, pozorovatelé a oceánografové všimli, jak nebezpečné bylo nasazení a vyhledávání BT. Podle strážce Edwarda S. Barra:

„… V jakémkoli drsném počasí byla tato poloha BT často vystavena vlnám, které čistě zametaly palubu. Navzdory lámání vln přes stranu musel operátor držet své stanoviště, protože zařízení už bylo přes stranu . Jeden nemohl běžet do úkrytu, protože síla brzdy a zvedání byla kombinována v jedné ruční páce. Pustit tuto páku by způsobilo, že by se veškerý vodič na navijáku uvolnil a poslal záznamové zařízení a veškerý jeho kabel do oceánu navždy dno. Nebylo vůbec neobvyklé, z ochranné polohy laboratorních dveří, ohlédnout se dozadu a vidět, jak tvůj strážný u navijáku BT úplně zmizel z dohledu, protože by se po boku zřítila vlna… Také jsme se střídali Čtení BT. Nebylo spravedlivé, aby důsledně zvlhl jen jeden člověk. “^[6]

Očekávaný bathytermograf

Poté, co James M. Snodgrass na vlastní oči viděl nebezpečí nasazení a získání BT, začal vyvíjet spotřební bathythermograf (XBT). Snodgrassův popis XBT:

Stručně řečeno, jednotka by se rozpadla na dvě složky, a to následovně: loď na povrchovou jednotku a povrch na spotřební jednotku. Mám na mysli balíček, který by bylo možné odhodit, buď „Armstrongovou“ metodou, nebo nějaké jednoduché mechanické zařízení, které by bylo vždy spojeno s povrchovou nádobou. Drát by se vyplácel z povrchové lodi, a nikoli z jednotky povrchového plováku. Povrchový plovák by vyžadoval minimum plováku a malou, velmi jednoduchou námořní kotvu. Z této jednoduché platformy by se spotřební jednotka BT potopila, jak je uvedeno u akustické jednotky. Odvíjelo by se to však, protože jde o velmi jemnou nit pravděpodobně neutrálně vznášejícího se vodiče zakončenou na plovoucí jednotce, odtud připojenou k drátu vedoucímu k lodi.^[7]

Na počátku 60. let americké námořnictvo uzavřela smlouvu se společností Sippican Corporation of Marion, Massachusetts na vývoj modelu XBT, který se stal jediným dodavatelem.^[1]

XBT se spouští pomocí ručního spouštěče.

Vykreslení sondy XBT.

Jednotka se skládá ze sondy; drátěné spojení; a lodní kanystr. Uvnitř sondy je a termistor který je elektronicky připojen k zapisovači map. Sonda padá volně rychlostí 20 stop za sekundu, což určuje její hloubku a poskytuje záznam teplotní hloubky na rekordéru. Pár fajn měděné dráty které vyplácejí jak z cívky zadržené na lodi, tak z jedné upuštěné s nástrojem, poskytují linku přenosu dat na loď pro záznam na palubě. Drát nakonec dojde a přetrhne se a XBT klesne na dno oceánu. Vzhledem k tomu, že nasazení XBT nevyžaduje, aby loď zpomalila nebo jinak narušila normální provoz, jsou XBT často nasazovány z plavidla příležitosti, jako jsou nákladní lodě nebo trajekty, a také specializovanými výzkumnými loděmi provádějícími probíhající operace, když a CTD obsazení by vyžadovalo zastavení lodi na několik hodin. Používají se také letecké verze (AXBT); tito používají rádiové frekvence k přenosu dat do letadla během nasazení. Dnes Lockheed Martin Sippican vyrobila více než 5 milionů XBT.

Typy XBT

Zdroj:^[8]

Účast podle měsíce země a institucí zavádějících XBT

Níže je uveden seznam nasazení XBT pro rok 2013:^[9]

Předpětí XBT pro pokles rychlosti

Protože XBT neměří hloubku (např. Pomocí tlaku), používají se k odvození hloubkových profilů z toho, co je v podstatě časová řada, rovnice rychlosti pádu. Rovnice rychlosti pádu má podobu:

${displaystyle z (t) = at ^ {2} + bt}$

kde z (t) je hloubka XBT v metrech; t je čas; a a & b jsou koeficienty určené pomocí teoretických a empirických metod. Koeficient b lze považovat za počáteční rychlost, když sonda narazí na vodu. Koeficient a lze považovat za snížení hmotnosti s časem, jak se drát odvíjí.

Po dlouhou dobu byly tyto rovnice relativně dobře zavedené, avšak v roce 2007 Gouretski a Koltermann prokázali zkreslení mezi měřením teploty XBT a CTD měření teploty.^[10] Rovněž ukázali, že se to časem mění a mohlo by to být způsobeno jak chybami při výpočtu hloubky, tak při měření teploty. Z toho workshop NOAA XBT Fall Rate 2008^[11] začal řešit problém, aniž by mohl přijít k závěru, jak postupovat při úpravách měření. V roce 2010 se v německém Hamburku konal druhý workshop XBT Fall Rate Workshop, který měl pokračovat v diskusi o problému a směřovat vpřed.^[12]

Hlavním důsledkem toho je, že k odhadu tepelného obsahu horního oceánu lze integrovat profil hloubky a teploty; zkreslení v těchto rovnicích vede k teplému zkreslení v odhadech obsahu tepla. Zavedení Argo floats poskytuje mnohem spolehlivější zdroj teplotních profilů než XBT, nicméně záznam XBT zůstává důležitý pro odhad dekadálních trendů a variability, a proto bylo vynaloženo velké úsilí při řešení těchto systematických předsudků. XBT korekce musí zahrnovat jak korekci drop-rate a teplotní korekce.

Použití

• Oceánografie a hydrografie: získat informace o teplotní struktuře oceánu.
• Ponorka a Protiponorková válka: k určení hloubky vrstvy (termoklin ) používané ponorkami, aby se vyhnuly aktivitě sonar Vyhledávání.

Viz také

• Hloubka zní
• Vodivost, teplota, hloubka
• Bentický přistávací modul
• CTD

Reference

• Blair, Clay Jr. (2001). Silent Victory, americká ponorková válka proti Japonsku. Annapolis, Maryland: Naval Institute Press. p. 458. ISBN  1-55750-217-X.

externí odkazy

• Expendable Bathythermograph Expendable Sound Velocimeter (XBT / XSV) Expendable Profiling Systems from Lockheed Martin Sippican
• Climate and Atmospheric Science at Scripps: The Legacy of Jerome Namias (strana 2 ukazuje Jerome Namias s bathythermografem)
• Scripps Institution of Oceanography: Probing the Oceans 1936 to 1976