RAFOS 플로트

RAFOS float

RAFOS floats는[1] 해류를 지표면 바로 아래에 위치시키는 데 사용되는 잠수용 장치다. 그들은 이러한 깊은 전류로 표류하며 복수의 계류 음원에서 지정된 시간에 방출되는 음향 "퐁"을 듣는다. 각 퐁이 플로트에 도달하는 데 필요한 시간을 분석함으로써, 연구원들은 삼각 측정에 의해 그 위치를 정확히 알아낼 수 있다. 이 부유물들은 수백 킬로미터의 범위에서 퐁을 감지할 수 있다. 왜냐하면 그들은 일반적으로 소리를 위한 도파관 역할을 하는 SOFAR(Sound Fixing And Rangeing) 채널로 알려진 깊이의 범위를 목표로 하기 때문이다. '라포스(RAFOS)'라는 이름은 초기 SOFAR 부유물에서 유래했는데,[2] 이 부유물은 계류수신기가 주워들은 소리를 내보내며 실시간 수중추적이 가능하다. 송수신 역할이 뒤바뀌었을 때, 이름 또한 그랬다: RAFOS는 SOFAR의 철자를 거꾸로 썼다. 소리를 듣는 것은 그것을 전송하는 것보다 훨씬 적은 에너지를 필요로 하기 때문에 RAFOS 부유물은 이전 것들보다 더 싸고 오래 지속되지만 실시간으로 정보를 제공하지 않는다. 대신에 그들은 그것을 배에 저장하고 임무를 완수하면 무게를 떨어뜨리고 수면 위로 올라가고 위성을 통해 자료를 해안으로 전송한다.

소개

해류 측정의 중요성

수중 세계는 아직 대부분 알려져 있지 않다. 그 주된 이유는 상황에서의 정보수집, 실험, 심지어 특정 장소까지 도달하는 것이 어렵기 때문이다. 하지만 그럼에도 불구하고 바다는 지구의 약 71%를 차지하기 때문에 과학자들에게 매우 중요하다.

해류에 대한 지식은 매우 중요하다. 중요한 과학적 측면에서는, 지구 온난화에 관한 연구로서, 해류는 주요 열 전달 메커니즘이기 때문에 지구의 기후에 큰 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 그것들은 고온 지역과 저온 지역 사이의 열 유량의 원인이며, 더 큰 의미에서는 이해되는 거의 모든 순환을 촉진한다. 이러한 조류는 해양 파편에도 영향을 미치며, 그 반대의 경우도 마찬가지다. 경제적인 측면에서, 더 나은 이해는 배들이 연료비를 줄이는 데 도움이 될 것이기 때문에 운송 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 돛단배 시대에는 지식이 더욱 필요했다. 오늘날에도, 세계 일주 항해 경쟁자들은 그들의 이익을 위해 표면적인 물살을 이용한다. 해류는 많은 생명체의 분산에도 매우 중요하다. 유럽 장어의 라이프사이클이 그 예다.

SOFAR 채널에서의 음파 전파 및 깊이 기능에서의 음속

SOFAR 채널

SOFAR 채널(Sound Fixing and Rangeing Channel의 줄임말) 또는 Deep Sound Channel(DSC)은 평균 약 1200m 깊이에서 음속의 깊이가 최소인 해양의 수평층이다.[2] 그것은 소리의 파동 안내 역할을 하며, 채널 내의 저주파 음파는 소멸하기 전에 수천 마일을 이동할 수 있다.

SOFAR 채널은 온도와 수압의 누적 효과(그리고 더 작은 범위까지 염도)가 결합하여 물기둥에서 최소 음속 영역을 생성하는 깊이에 초점을 맞춘다. 표면 가까이에서는 기온이 급격히 떨어져 음속 감소, 즉 음속 구배를 일으킨다. 깊이가 증가하면 압력이 증가하면 음속 증가, 즉 음속 구배가 양의 음속 구배가 발생한다.

음속이 최소인 깊이는 사운드 채널 축이다. 이는 광학 가이드에서 찾아볼 수 있는 특징이다. 음파가 이 수평 채널에서 멀리 전파되면 채널 축에서 가장 멀리 떨어진 파동의 부분이 더 빨리 이동하기 때문에 파동은 채널 축을 향해 되돌아간다. 결과적으로, 음파는 SOFAR 채널 축을 가로질러 진동하는 경로를 추적한다. 이 원리는 광섬유로 빛의 장거리 송출과 비슷하다. 이 채널에서 음의 범위는 2000km 이상이다.

RAFOS 플로트

음파 상관 관계

글로벌 아이디어

RAFOS 플로트를 사용하려면 지정된 위치에 잠궈야 해 조류에 의해 운반된다. 그런 다음, 그렇게 자주(보통 6시간 또는 8시간마다) 80초짜리 음향 신호가 계류된 방출기에서 전송된다[1]. 바다에서 전송되는 신호가 위상 구조(또는 패턴)를 몇 분간 보존한다는 사실을 이용하여 250Hz를 중심으로 주파수가 처음부터 끝까지 1.523Hz의 선형적으로 증가하는 신호를 이용하는 것으로 생각되어 왔다.[3] 그런 다음 수신기는 수신 데이터를 기준 80초 신호와 비교하여 특정 위상 구조를 수신한다. 이것은 떠다니는 입자나 물고기에 의한 파동 이동 중에 나타나는 소음을 없앨 수 있게 해준다.

검출 체계는 양 또는 음의 신호 정보만 유지하면 단순화할 수 있어, 매 단계마다 하나의 새로운 정보로 작업할 수 있다. 이 방법은 매우 잘 작동하며, 작은 마이크로프로세서를 사용할 수 있어 플로트 자체가 청취와 컴퓨팅을 할 수 있고, 계류된 음원을 사용할 수 있다. 두 개 이상의 음원에서의 신호의 도착 시간 및 이전 플로트의 위치로부터, 그것의 현재 위치는 상당한 정확도(<1 km)로 쉽게 결정할 수 있다. 예를 들어, 플로트는 3개의 선원을 듣고 각 선원에서 들리는 2개의 가장 큰 신호에 대한 도착 시간을 저장한다. 플로트의 위치는 육지에서 계산될 것이다.

기술적 특성

기본 RAFOS 플로트의 내부

기계적 특성

부유물은 가로 8cm, 세로 1.5~2.2m 길이의 유리 파이프로 구성되며, 이 파이프에는 소수성, 신호 처리 회로, 마이크로프로세서, 시계 및 배터리가 포함되어 있다. 부유물은 무게가 약 10kg이다. 하단부는 평평한 알루미늄 엔드 플레이트로 씰링되며, 모든 전기 및 기계적 관통기가 위치한다. 유리 두께는 약 5mm로 이론적으로 최대 깊이는 약 2700m이다. 외부 밸러스트는 소금물 부식에 대한 저항성을 위해 선택된 짧은 와이어 조각에 의해 매달려 있다. 전해질 방식으로 용해함으로써 1kg 밸러스트가 방출되고 플로트가 표면으로 되돌아간다.[1]

전기적 특성

전자제품은 4가지 범주로 나눌 수 있다:[1] 표면화 후 사용되는 위성 송신기, 센서 세트, 시간 기준 시계, 마이크로프로세서. 이 시계는 계류된 방출기에서 나오는 소리 신호의 시간 이동을 계산하기 위해 참조로 사용되기 때문에 플로트를 찾는데 필수적이다. 일정대로 플로트 작업을 하는 것도 유용하다. 마이크로프로세서는 시계를 제외한 모든 서브시스템을 제어하고, 수집된 데이터를 정기적인 스케줄에 저장한다. 위성 송신기는 표면화 후 궤도를 선회하는 위성으로 데이터 패키지를 전송하는데 사용된다. 인공위성이 모든 데이터 세트를 수집하는 데는 보통 3일이 걸린다.

이소피악날 밸러스트 스프링

이소바르 모델

이소바르 플로트는 밸러스트의 무게를 조정하여 일정 깊이까지 부력을 얻음으로써 일정한 압력 평면을 따르는 것을 목표로 한다. 그것은 가장 쉽게 성취되는 모델이다.[1] 이소바르 플로트를 얻으려면 압축성이 바닷물보다 훨씬 낮아야 한다. 이 경우 부유물을 평형에서 위로 이동시킬 경우 주변 해수보다 적게 팽창하여 복원력이 아래로 밀어내 평형 위치로 되돌아간다. 균형이 제대로 잡히면 부유물은 일정한 압력장에 남게 된다.

이소피날 모형

Isopycnal float의 목적은 밀도 평면을 따르는 것이다. 즉, 일정한 밀도에 대한 중립 부력을 얻는 것이다. 이를 위해서는 압력 유발 복원력을 제거해야 하므로 부유물은 주변 바닷물과 압축성이 같아야 한다. 이는 종종 압축성 소자에 의해, 실린더의 피스톤으로서, CPU가 압력의 변화에 따라 볼륨을 변화시킬 수 있도록 한다. 설정값에서 약 10%의 오차는 물에서 한 번 50m 깊이 차이로 이어질 수 있다. 그래서 고압에서 일하는 탱크에 부유물이 밸러스트 되는 것이다.[2][4]

조치 및 프로젝트

플로트의 궤적 계산

일단 플로트의 임무가 끝나고 인공위성에 의해 수집된 데이터가 끝나면, 한 가지 중요한 단계는 플로트의 경로를 시간 경과에 따라 계산하는 것이다. 이것은 계류된 스피커에서 플로트까지의 신호의 이동 시간을 보고, 방출 시간(정확하게 알 수 있음), 수신 시간(플로트 시계에서 알 수 있고 시계가 움직인 경우 정정됨)에서 계산한다. 그러면 바다에서는 음속을 0.3%로 알 수 있기 때문에 반복적인 원형추적 절차에 의해 플로트의 위치를 약 1km로 결정할 수 있다.[5] 도플러 효과도 고려할 수 있다. 플로트의 속도를 알 수 없으므로, 플로트가 이동하지 않은 것으로 간주되는 두 변속기의 시간 도착 변화를 측정하여 첫 번째 닫힘 속도를 결정한다.[1]

아르고 프로젝트

아르고 프로젝트는[6] 26개국 50개 연구·운영기관이 참여하는 국제협력 프로젝트로 해양 상위 2000m의 전지구적 온도·염도·압력 측정 등을 목표로 하고 있다. 그것은 3000개 이상의 부유물을 사용하며, 그 중 일부는 수중 지리적 위치를 위해 RAFOS를 사용한다; 대부분은 10일마다 수면 위로 떠오를 때 위치를 얻기 위해 지구 위치 확인 시스템(GPS)을 사용한다. 이 프로젝트는 과학계에 큰 기여를 했으며, 이후 해양 파라미터 지도 제작과 글로벌 변화 분석에 활용된 많은 자료를 발표했다.

기타 결과

부동 궤적 및 해당 데이터.

이러한 부유물들 덕분에, 또는 해양 특성의 세계적인 지도화에서, 또는 예를 들어, 그들이 항냉동 고랑더에 접근할 때 체계적으로 모래톱이 뜨는 방법(위쪽)과 사이클론 고랑더에 접근할 때 깊어지는 방법(아래쪽)으로 많은 결과를 얻었다.[7] 왼쪽은 RAFOS 부유물에서 얻은 전형적인 데이터 집합이다. 오늘날, 그러한 부유물은 자동적이고 자급자족적이기 때문에 체계적으로 해양 내부를 탐사할 수 있는 가장 좋은 방법으로 남아있다. 최근의 개발에서 부유물은 다른 양의 용해된 가스를 측정할 수 있었고 심지어 작은 실험도 현장에서 수행할 수 있었다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f RAFOS 시스템, T. Rossby D. 도슨 J. 폰테인, 대기 및 해양 기술 저널, v.3 페이지 672–680
  2. ^ a b c [1] 스왈로우의 진화는 오늘날의 RAFOS 플로트로 떠오른다.
  3. ^ [2] 음원 프로젝트
  4. ^ [3] Isopycnal 부유물
  5. ^ 스페인, Diane L, 1980: PLYMODE Local Dynamics 실험의 SOFAR 부동 데이터 보고서. 기술 보고서. 로드아일랜드 대학교, 나래간셋 해양 연구소, 80-1, 197pp.
  6. ^ "About Argo".
  7. ^ 걸프 스트림의 입자 경로, T. 로스비 A.S.Bower P-T Shaw, Bower P-T Shaw, Bulletin American Measur Society, vol 66, n 9

외부 링크