In-situ mõõtesüsteemid. Taavi Liblik

In-situ mõõtesüsteemid Taavi Liblik

Miks? Kaugseire- ja modelleerimismeetodid ei ole veel nii täiuslikud; Mõõtmisandmed on aluseks mudelitele, satelliitseirele; Meresüsteemide uurimises on veel mitmeid küsimusi ja hüpoteese, mis vajavad uurimist.

Ideaalne (ja samas ka utoopiline) mõõtmissüsteem: Mõõdab parameetreid sajaprotsendilise katvusega nii ajas kui ruumis. X, Y, Z, t 1 X, Y, Z, t 2 X, Y, Z, t 3 X, Y, Z, t 4

Ideaalne (ja samas ka utoopiline) mõõtmissüsteem: ΔX, ΔY, ΔZ, Δt=? Kui tihti ja millise ruumisammuga mõõta? Näide: Olgu meid huvitavaks piirkonnaks Soome laht, läheneme maksimalistlikult: ΔX=ΔY= 1 km, ΔZ= 1 m, Δt= 1 h, S= 29 000 km², Z k = 38 m Saame ühe aastaga u. 10 10 andmerida. Majandus-, inim- ja ajaressursi seisukohast võimatu. Parim mereseire süsteem on kombinatsioon erinevatest In-situ mõõtmistest, kaugseirest ja modelleerimisest.

Mõõdetavad parameetrid: Temperatuur, soolsus, hoovused, lainetus, veetase, jää karakteristikud, topograafia, setete omadused,tuul, õhurõhk, õhutemperatuur, päikesekiirgus jne; Toitained, ph-tase, isotoobid, fütoplanktoni ja zooplanktoni parameetrid (maks. sügavuslevik, biomass jne), vee läbipaistvus, heljumi sisaldus, klorofüll-a sisaldus, hapnikusisaldus jne.

Mõõtmisplatvormid: Uurimislaevad; Tavalised laevad, millele on paigutatud autonoomsed süsteemid; Pinnaujukid; Sukelduvad ujukid; Fikseeritud mõõtmisjaamad; Kaugjuhitavad, järelveetavad mõõtmisseadmed; Akustiline tomograafia; Kaldaradarid.

Uurimislaevad + Paindlikkus, teatud parameetreid on võimalik siiani mõõta ainult uurimislaevadelt. - Kulukas. Kokku ligikaudu 800 uurimislaeva; Maailma suurimad uurimislaevad tegelevad polaarekspeditsioonidega ning seismiliste protsesside ja maavarade otsingutega seotud merepõhja uuringutega.

Uurimislaevad: Chikyu (jaapan) Pikkus 210 m; laevameeskonnas kuni 150 liiget (sh. kuni 50 teadlast); puuritava merepõhja maks. sügavus 2,5 km; maks. puurimissügavus merepinnast 10 km.

Uurimislaevad: Xuelong (Hiina) Pikkus 167 m; Süvis 9 m; Sõidukaugus 14 000 Nm; Võimeline murdma kuni 1 m paksust jääd.

Uurimislaevad: Arktika (Venemaa) Pikkus 148 m; Süvis 11 m; Sõiduaeg 225 päeva; Võimeline murdma 2-3 m paksust jääd; Meeskond kuni 150 inimest, teadlaste kohti kuni sajale inimesele; Esimene laev (kui allveelaevad välja jätta), mis jõudis põhjapoolusele (1977); Laeva liigutab edasi tuumaenergia.

Uurimislaevad: Aranda (Soome) Pikkus 60 m; Süvis 5 m; Sõidukaugus 15 000 Nm; Meeskond kuni 13 inimest, teadlaste kohti 27.

Uurimislaevad: Salme Pikkus 31 m; Süvis 2,5 m; Autonoomsus 5 päeva; Meeskond 6 inimest, teadlaste kohti kuni 12.

Uurimislaevad Fosfaatide sisaldus (μm/l) 25.07.2006 (enne upwellingut) ja 08.08.2006 (peale upwellingut)

Muud laevad (VOS*, Ferrybox, jt.) *...VOS- Volunteer Observing Ships Laevad ei muuda teekonda, ega tee lisapeatusi mõõdistuste teostamiseks; Laevad edastavad hüdrometeoroloogilisi parameetreid (VOS võrgustik); Viimastel andmetel ligikaudu 4000 VOS laeva üle maailma; Edastatavad parameetrid on: Tuule suund ja kiirus, pilvisus, pilvetüüp ja kõrgus, nähtavus, temperatuur, õhuniiskus, õhurõhk, laeva kiirus ja kurss, vee temperatuur, laine suund, laine periood ja kõrgus, jää esinemine.

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) Ligi 70 VOS laeva on ühinenud GOOS (Global Ocean Observing System) XBT (Expendable Bathythermograph) programmiga; Programmiga ühinenud laevadelt tehakse 4 korda ööpäevas vertikaalne temperatuuri mõõtmine XBT batütermograafiga; Mõõtmised tehakse liikuvalt laevalt kuni 800 meetri sügavuseni. + Kõrge lahutus ajas ja liinil, kus laevad sõidavad; võrdlemisi palju parameetreid (pinnakihis), suht. odav. - Vertikaalselt ainult temperatuur; ei sõida alati seal, kus oleks kõige vajalikum, võivad asuda uuele liinile.

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) XBT batütermograaf Seade lastakse alla vabalt langevana, peenikese traadiga. Sügavus määratakse langemisaja järgi. Seade on disainitud nii, et langeks kindla kiirusega.

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) XBT batütermograaf VOS laevadelt 01.2007-06.2007 saadud XBT profiilide asukohad.

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) XBT-ga saadud tulemused

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) Ferrybox Ferrybox süsteem kujutab endast läbivoolu süsteemi; Paigaldatakse kauba- või reisilaevadele.

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) Ferrybox

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) Ferrybox Cuxhaven-Harwich

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) Ferrybox Tallinn-Helsinki 2002 Temperatuuri hälbed iga reisi keskmisest

Muud laevad (VOS, Ferrybox, jt.) Ferrybox Tallinn-Helsinki 2009, juuliaugust T Tuul S

Fikseeritud mõõtmisjaamad Avamere või kaldajaamad; Ajutised või püsivad; Temperatuur, soolsus, hoovused, lainetus, veetase, hapniku sisaldus, fluorestsents, jne; Võimaldab teostada kõrge ajalise lahutusega mõõtmiseid. + Kõrge ajaline lahutus, saab lisada palju andureid, võimalik paigutada olulistesse kohtadesse; - horisontaalne (ja vertikaalne) jaotus puudub, võrdlemisi kallid, vaja laevade abi.

Fikseeritud mõõtmisjaamad

Fikseeritud mõõtmisjaamad Hoovusemõõtja ADCP. mm

Fikseeritud mõõtmisjaamad Avamere seirejaamad Darssi künnis Arkona bassein

Fikseeritud mõõtmisjaamad

Fikseeritud mõõtmisjaamad Autonoomne veesamba profileerija. CTD ja fluorimeetriga varustatud sond käib teatud aja tagant ülesalla T Klorofüll a

Fikseeritud mõõtmisjaamad Autonoomne veesamba profileerija miks? Riiklik seire: iga kahe nädala tagant, klorofüll a sisaldus määratakse 5, 10 ja 15 meetri sügavuselt võetud veeproovidest. T Klorofüll a Päevad juuni algusest

Fikseeritud mõõtmisjaamad Autonoomne veesamba profileerija miks? Riiklik seire + fluorestsentsi profiil. T Päevad juuni algusest Klorofüll a

Fikseeritud mõõtmisjaamad Autonoomne veesamba profileerija miks? Tegelikkus: mõõtmised iga kolme tunni tagant. T Päevad juuni algusest Klorofüll a

Fikseeritud mõõtmisjaamad Soolsus Klorofüll a

Pinnaujukid Pinnakihis veega kaasa triivivad ujukid; Edastatakse asukoha koordinaadid, pinnakihi temperatuuri andmed, suur osa edastavad ka õhurõhu andmeid. Ei mõõda reeglina soolsust; Võimaldab korrigeerida kaugseirega saadud pinnatemperatuuri.

Pinnaujukid Globaalse drifterite programmi juurutamise üks initsiaatoreid oli Eestis sündinud Peter Niiler (1937-15.10.2010). + Globaalne süsteem, hea ajaline lahutus, odavad, lihtne tehnoloogia. - Mitte väga hea ruumiline lahutus, andmed ainult pinnakihist, vähe parameetreid.

Pinnaujukid

Pinnaujukid Drifter pärast 521 päevast reisi üle Atlandi ookeani.

Pinnaujukid

Pinnaujukid Kõuts et al., 2010

Sama tööpõhimõte, mis drifteritel, aga uurimisobjektiks hülged. I. ja M. Jüssi materjalid

Sukelduvad ujukid Ujukid, mis ujuvust vähendades/suurendades profileerivad sügavus-vahemikus 0-2000 m; Ühe tsükli periood on 10 päeva; Tavapärane triivimissügavus on 1 km; Projekteeritud kestus 4-5 aastat; ARGO programmi raames on maailmameres üle 3000 ujuki; Andmed annavad hea ettekujutuse ookeanide T/S vertikaalsest profiilist, globaalsetest temperatuuri muutustest; Täiendavad satelliit-altimeetriat.

Sukelduvad ujukid + Globaalne süsteem, vertikaalsed andmed kuni 2 km, võrdlemisi odavad. - Kaootiline horisontaalne jaotus; piiratud mass/energia/andurite arv.

Sukelduvad ujukid

Sukelduvad ujukid- miks? Maailmamere ülemise kihi (0-700 m) suhteline soojushulk (aasta keskmine): Levitus et. al (2009) ja samade autorite 2010. septembris avaldatud korrigeeritud versioon.

Sukelduvad ujukid Ühe ARGO ujuki TS-diagramm ja trajektoor

Järelveetavad või laevalt juhitavad seadmed On laevaga ühenduses kaabliga; Võimaldab näha andmeid reaalajas. Saab elektritoite laevalt. + Väga hea lahutus valitud trajektooril. Võrreldes autonoomsete seadmetega (glideritega) odavam (ostuhind). Energia ja sidekulud ei ole probleemiks. - Laeva kohalolu vajalikkus.

Järelveetavad või laevalt juhitavad seadmed Temperatuur 20 meetri sügavusel kala andmete põhjal.

Kaugjuhitav, programmeeritav mõõtmisseade (Glider) Iseliikuvad mõõtmisseadmed, mida on võimalik juhtida eemalt või programmeerida nende trajektoor; Seadmed on enamasti veel prototüüp-versioonid, ei ole veel masstootmises; Võrdlemisi aeglased (20-25 cm/s), sukelduvad kuni 1000 meetrini; Suudavad mõõta rohkem parameetreid (näiteks fluorestsentsi), kui ujukid. + Hea lahutus valitud trajektooril, paindlik. - Aeglane, limiteeritud sügavus. Kõrge ostuhind.

Kaugjuhitav, programmeeritav mõõtmisseade Washingtoni Ülikooli Seaglider Mass (kuiv) 52 kg; Kiirus 25 cm/s; Maksimaalne sügavus 1000 m; Pikkus 1,8 m; Suudab tõusta/langeda kuni 70º nurga all; Mõõdab temperatuuri, elektrijuhtivust, fluorestsentsi, hapniku sisaldust.

Kaugjuhitav, programmeeritav mõõtmisseade Glider Fääri saarte lähedal

Akustiline tomograafia Punktide vahel tehakse akustiline mõõdistus; Helikiiruse muutused seostatakse temperatuuri muutustega; Annab ainult suuremastaabilised muutused. + Suur ala, hea ajaline katvus. - Kallis, vähe parameetreid.

Akustiline tomograafia

Kaldaradarid Töötavad Doppleri efekti abil; Annavad hoovuse kiiruse ja suuna ning laine kõrguse. + Hea ajaline ja horisontaalne lahutus. - Piiratud alad (rannalähedased), ainult pinnahoovused ja lained.

Kaldaradarid

Kaldaradarid Maks. ulatus 100 km, hoovuste resolutsioon 2 km, lainetel 5 km. Hoovuste suund ja kiirus 15.11.2007 Oluline laine kõrgus 17.10.2007-14.11.2007

Kasutatud materjalid: Chassignet E.P. and Verron, J; 2006. Ocean Weather Forecasting. http://researchvessels.org/ http://www.eurekalert.org/ www.nikon.co.jp http://www.rcom.marum.de/ http://www.fimr.fi/ http://www.chinare.gov.cn/ www.athropolis.com http://wikipedia.org/ http://www.io-warnemuende.de/ http://www.vos.noaa.gov/ http://www.ioc-goos.org/ http://www.aoml.noaa.gov http://wo.jcommops.org/cgi-bin/webobjects/jcommops http://ferrybox.org/ http://coast.gkss.de/ferrybox/ http://www.noc.soton.ac.uk/ http://www-csgc.ucsd.edu/ http://infotrek.er.usgs.gov/pubs/ www.argo.ucsd.edu http://msi.ttu.ee/ The Gulf of Riga Project (1993-1997), funded by the Nordic Council of Ministers. http://aanderaa.com/ https://www.ysi.com/ http://www.apl.washington.edu/ http://www.dosits.org/ http://lcavwww.epfl.ch/ http://cobs.pol.ac.uk