Батитермограф , или BT , также известный как механический батитермограф , или MBT ; [1] представляет собой устройство, которое содержит датчик температуры и преобразователь для обнаружения изменений температуры воды в зависимости от глубины до глубины приблизительно 285 метров (935 футов). Опускаемый небольшой лебедкой на судне в воду, BT регистрирует изменения давления и температуры на покрытом стеклянном предметном стекле, когда он почти свободно падает через воду. [2] Во время падения прибора провод вытягивается, пока он не достигнет заданной глубины, затем включается тормоз, и BT втягивается обратно на поверхность. [1] Поскольку давление является функцией глубины (см. закон Паскаля ), измерения температуры можно соотнести с глубиной, на которой они зарегистрированы. [ необходима ссылка ]
Истинное происхождение BT началось в 1935 году, когда Карл-Густав Россби начал экспериментировать. Затем он передал разработку BT своему аспиранту Ательстану Спилхаусу , который затем полностью разработал BT в 1938 году [1] в рамках сотрудничества между MIT , Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) и ВМС США . [3] Устройство было модифицировано во время Второй мировой войны для сбора информации об изменении температуры океана для ВМС США . Первоначально слайды готовились «путем втирания небольшого количества масла скунса пальцем, а затем вытирания мягкой стороной руки», после чего слайд курился над пламенем горелки Бунзена. [4] Позже масло скунса было заменено испаренной металлической пленкой. [1]
Поскольку температура воды может меняться в зависимости от слоя и может влиять на работу сонара , давая неточные результаты определения местоположения, во время Второй мировой войны на внешних корпусах американских подводных лодок устанавливались батотермографы (американская орфография времен Второй мировой войны) . [5]
Контролируя отклонения или отсутствие отклонений в подводных слоях температуры или давления, находясь под водой, командир подводной лодки мог регулировать и компенсировать температурные слои, которые могли повлиять на точность сонара . Это было особенно важно при стрельбе торпедами по цели, основанной строго на фиксации сонара. [5]
Что еще более важно, когда подводная лодка подвергалась атаке надводного судна, использующего гидролокатор, информация с батотермографа позволяла командиру подводной лодки искать термоклины , представляющие собой более холодные слои воды, которые искажали сигналы от гидролокатора надводного судна, позволяя подводной лодке, подвергшейся атаке, «замаскировать» свое фактическое местоположение и избежать повреждения глубинной бомбой, а в конечном итоге и уйти от надводного судна. [5]
На протяжении всего использования батитермографа различные техники, вахтенные и океанографы отмечали, насколько опасным было развертывание и извлечение BT. По словам вахтенного Эдварда С. Барра:
«… При любой непогоде эта позиция BT часто подвергалась воздействию волн, которые полностью захлестывали палубу. Несмотря на то, что волны перекатывались через борт, оператору приходилось оставаться на своем посту, поскольку оборудование уже находилось за бортом. Никто не мог укрыться, поскольку тормоз и подъемная сила были объединены в одном ручном рычаге. Отпускание этого рычага приводило к разматыванию всего троса на лебедке, отправляя регистрирующее устройство и весь его кабель на дно океана навсегда. Не было ничего необычного в том, чтобы, находясь в защищенном положении у двери лаборатории, оглянуться и увидеть, как ваш напарник у лебедки BT полностью исчезает из виду, когда волна обрушивалась через борт. … Мы также по очереди снимали показания BT. Было бы несправедливо, если бы только один человек постоянно мокал». [6]
Увидев своими глазами опасности развертывания и извлечения батитермографов, Джеймс М. Снодграсс начал разрабатывать одноразовый батитермограф (XBT). Описание XBT Снодграссом:
Вкратце, блок будет разбит на два компонента следующим образом: блок корабля к поверхности и блок поверхности к расходуемому блоку. Я имею в виду пакет, который можно было бы сбросить, либо методом «Армстронга», либо каким-то простым механическим устройством, которое все время было бы соединено с надводным судном. Провод будет вытравливаться с надводного корабля, а не с надводного поплавкового блока. Поверхностный поплавок потребует минимум плавучести и небольшой, очень простой морской якорь. С этой простой платформы расходуемый блок BT будет тонуть, как описано для акустического блока. Однако он будет разматывать по мере продвижения очень тонкую нить, вероятно, нейтрально плавучего проводника, заканчивающуюся на поплавковом блоке, оттуда соединенную с проводом, ведущим к кораблю. [7]
В начале 1960-х годов ВМС США заключили контракт с корпорацией Sippican из Мэриона, штат Массачусетс, на разработку XBT, которая стала единственным поставщиком. [1]
Устройство состоит из зонда, проводной связи и судового контейнера. Внутри зонда находится термистор , который электронно соединен с самописцем. Зонд свободно падает со скоростью 20 футов в секунду, что определяет его глубину и обеспечивает отслеживание температуры и глубины на самописце. Пара тонких медных проводов , которые выматываются как из катушки, удерживаемой на судне, так и из катушки, сброшенной вместе с прибором, обеспечивают линию передачи данных на судно для регистрации на борту. В конце концов, провод заканчивается и рвется, и XBT погружается на дно океана. Поскольку развертывание XBT не требует замедления судна или иного вмешательства в нормальную работу, XBT часто развертываются с судов по возможности , таких как грузовые суда или паромы, а также со специализированных исследовательских судов, проводящих операции в процессе эксплуатации, когда заброс CTD потребовал бы остановки судна на несколько часов. Также используются бортовые версии (AXBT); они используют радиочастоты для передачи данных на самолет во время развертывания. На сегодняшний день компания Lockheed Martin Sippican произвела более 5 миллионов XBT.
Источник: [8]
Ниже представлен список развертываний XBT в 2013 году: [9]
Поскольку XBT не измеряют глубину (например, через давление), уравнения скорости падения используются для получения профилей глубины из того, что по сути является временным рядом. Уравнение скорости падения принимает вид:
где z(t) — глубина XBT в метрах; t — время; a и b — коэффициенты, определяемые с использованием теоретических и эмпирических методов. Коэффициент b можно рассматривать как начальную скорость, когда зонд касается воды. Коэффициент a можно рассматривать как уменьшение массы со временем, когда провод сматывается.
В течение значительного времени эти уравнения были относительно хорошо известны, однако в 2007 году Гурецки и Колтерманн показали смещение между измерениями температуры XBT и измерениями температуры CTD . [10] Они также показали, что это меняется со временем и может быть связано как с ошибками в расчете глубины, так и с ошибками в измерении температуры. С этого момента семинар NOAA XBT Fall Rate Workshop 2008 года [11] начал решать эту проблему, не придя к какому-либо жизнеспособному выводу относительно того, как продолжить корректировку измерений. В 2010 году в Гамбурге, Германия, состоялся второй семинар XBT Fall Rate Workshop, чтобы продолжить обсуждение проблемы и наметить путь вперед. [12]
Главным следствием этого является то, что профиль глубины-температуры может быть интегрирован для оценки содержания тепла в верхнем слое океана; смещение в этих уравнениях приводит к тепловому смещению в оценках содержания тепла. Введение буев Argo предоставило гораздо более надежный источник профилей температуры, чем XBT, однако запись XBT остается важной для оценки десятилетних тенденций и изменчивости, и поэтому много усилий было приложено для устранения этих систематических смещений. Коррекция XBT должна включать как коррекцию скорости падения, так и коррекцию температуры.
