ADCPs：在OOI的Cabled Observatory中采取行动
由彼得西班牙 • 29 三月 2018
图4。一个海底实验包装包含一个ADCP和几个较小的海洋传感器在一个防风险框架内。里面还有有线网络的电源/通信单元。 （信用：华盛顿大学）
图5。位于俄勒冈州近海600米海底的底栖实验套装。正确的是75千赫的ADCP。通往互联网的有线连接从防护门延伸。 （信用：NSF-OOI / UW / CSSF，潜水1747，VISIONS '14考察队）
如图3所示。位于200米深处的两个ADCP（150 kHz，5波束600 kHz）安装在SPM的固定平台上。 （Credit：NSF-OOI / UW / ISS; Dive R1832，VISIONS '15考察队）
图。1。在通往俄勒冈州海岸的地点时，可以在浅剖面Mo系统固定平台上安装几个ADCP。 （信贷：M. Elend，华盛顿大学，VISIONS '16考察队）
图2。 ADCP远程采样200米水柱，通过浅水剖面仪系泊绞车科学吊舱。豆荚每天进行9次循环，在表面以下停下一小段距离。 （信用：华盛顿大学，NSF-OOI / ROPOS VISIONS '15考察队）
图6。在2900米的部署之前，在接线盒顶部安装一个150 kHz ADCP。 （信用：华盛顿大学M. Elend）
图7。作为Seafloor仪器阵列的一部分，150 kHz ADCP位于Axial Seamount附近3公里深处。 （信用：NSF-OOI / UW / CSSF; Dive R1735; VISIONS '14考察队）
ADCP是测量水下运动的声纳系统。使用声波，它们就像警察用来抓住超速驾驶者的手持雷达一样工作。为了测量运动，ADCP沿着向下倾斜的梁发出声音突发。
回声由于散射粒子而返回。由于浮游动物和悬浮沉积物是由流动的水携带的，因此散落在它们身上的回声带来了变化;这是多普勒效应。它告诉电流的移动速度和方向。
声波在水柱中传播，因此回波从多个深度返回并处理。这种测量集合的垂直范围 - 称为海流速度剖面 - 对于较低频率的声波来说更大。
介绍
由于海洋科学家和工程师的精干骨干，高科技海洋观测站现已投入运行。这些网站在海洋中提供持续的互动观测。许多将创新基础设施与多学科海洋传感器相结合。
这些观测站安装在不同的深度，在全球范围内存在于不同的海洋环境中。他们的目的是长时间在战略位置测量海洋和海底环境。有些通过电缆连接向岸上提供连续的实时数据。
一个典型的例子是NE太平洋的有线阵列。这个观测站是由美国国家科学基金会（NSF）资助的海洋观测计划（OOI）的一部分。由华盛顿大学应用物理实验室（APL / UW）设计，有线阵列使用专用电信电缆。它们提供高压供电和高速通信链路，距岸边500公里远。
除了高科技基础设施外，Cabled Array还拥有150台仪器。包括九个ADCP以四个不同的频率运行。他们装备一系列跨越不同深度，环境和科学目标的地点。这些ADCP以三种不同的方式进行安装：浅剖面Mo系统（SPM），底层实验套件（BEP）和海底仪器系统（SIA）。
水柱过程
有线阵列的一个重点是水柱过程。研究的主题涵盖了海洋科学的各个方面。一些促进跨学科合作，如生物 - 物理耦合，而另一些则牵涉到公民科学。持续观察解决环境影响和预期的气候变化。高采样率的长期观察将揭示快速和缓慢变化的事件。这有可能为早期预警系统和适应课程提供基础。
用ADCP观察到的电流传输重要的水属性。例子包括热量，动量，盐分，营养素，浮游生物和无脊椎动物幼虫。使用ADCP数据进行大规模研究的范围将从东部边界流动态到偶发事件。跨学科研究将研究水流与环境之间的相互作用 - 从粗糙地形到生态系统。
ADCPs - 许多用途
ADCP分析返回的声音回波，一次完成四个不同的测量。
- 通过水深的许多水平的水流速度和方向 - “电流剖面”
- 水中沉积物或浮游生物的空间分布（如沉积物羽流）
- ADCP的地面速度和旅行路径（通过从床上散落的回声显示）
- 范围到边界。这可以是水深（比如回声测深仪），或者当ADCP的光束向上时，测量范围到地面。后者提供了一种测量表面波的新方法。
单独和一起使用的这种数据类型的集合允许单个ADCP进行多种测量。
浅剖面系泊系统
除了基础电力/通信基础设施之外，Cabled Array的一个显着创新是浅剖面系泊系统。由APL / UW设计和安装，SPM提供了一个200米深的大型固定式仪器平台。该平台坐落在独特的双腿系泊系统的顶点。从这里开始，科学吊舱在上游的海洋中循环卷绕。
系泊设备的不寻常设计提供了绞车方法长期成功所需的运动稳定性。机器人车辆用于安装/恢复平台和吊舱。留下双腿系泊系统可以减轻服务SPM仪器有效载荷的物流和成本。在一条单独的系泊绳上，一个装有仪器的铁丝履带式测量仪从海底测量到200米水深的海洋特性。此外，与这些系泊设备共同定位的是海底仪器阵列。
在两个较深的地方（1A，1C-大约3000米），一对俯视式ADCP安装在SPM的大型仪器平台上。此外，还有数码相机和用于测量水质和生物声学的多学科探头套件。 ADCP数据将为各种研究提供信息，从气候变化的影响到海洋酸化。其他包括了解生物地球化学过程和富含生物的薄层。
剖析上层海洋
ADCPs是一个5波束600千赫的工作马和一个150千赫的军需官。 600 kHz ADCP包含一个垂直指向的光束，补充了标准的Janus配置。
第五束直接测量垂直运动，非常适合研究内波或浮游动物的die游迁移。
150 kHz ADCP可远程监测从平台深处到海面的水流。因此它提供了由绞盘科学吊舱采样的200米水柱内背景流的时间序列。
每天，科学吊舱从200米深度到海面下方经过9次循环。该吊舱携带九个单点仪器。由于绞盘的作用，这些设备通过物理，化学和生物水属性的上层海洋记录高分辨率剖面。当测量有趣的特征时，例如跨越生物学上丰富的薄层，可以从岸上进行交互式命令和控制。自2015年夏末以来，每个科学舱已经进行了7,000次以上的循环。
SPM的复合数据集包括18个仪器 - 平台和吊舱。他们看到各种各样的水属性。另外，它们的同时测量在时间和空间上都具有高分辨率。 SPM和他们的仪器套件（包括科学舱）连接到光缆网络。每个SPM具有1 Gbps带宽和3000瓦功率。因此，互联网上的实时数据可以从SPM平台上的传感器和他们绞盘的科学吊舱获得。
底栖实验套装
ADCP还在纽波特线上安装了一对底栖实验包（BEP）。它从俄勒冈州的浅水到深水运行。深海近岸（1C）位于陆坡的600米深处，而较浅的近岸位置（1D）位于大陆架的80米处。
这些ADCP数据将用于检查广泛的科学问题。例子包括电流流入架子和缺氧事件。在每种情况下，选择ADCP频率来分析整个水柱。因此，一个75千赫的长游侠坐在深处，而一个300千赫的哨兵位于近海位置。
BEP装在防危险框架中，起着双重作用。它是ADCP和几个较小传感器的安装件。它还拥有将这些仪器连接到有线网络的一些电源/通信基础设施。传感器测量海洋中的化学特征：酸度（pH），二氧化碳，盐度和氧气浓度。附近安装的探头可以解决底部边界层的物理问题。此外，水听器位于框架之外，充当底栖耳朵。
海底仪器阵列
有线海底仪器阵列（SIA）允许研究近底和水柱过程。例如内部潮汐和甲烷从海底释放到海洋中。
这些阵列中有三个（站点1A，1B，3A）。他们也携带一套仪器。两个部署在3公里深度（1A，3A）的SIA配备了150 kHz的军需主ADCP。这些网站与SPM共处一处;附近是一个电线爬行系泊。第三个SIA（1B）在800米的大陆坡上携带一台75 kHz的长游侠ADCP。
您可以在图中看到ADCP位于电源/通信网络的接线盒上。由于有线连接，这些ADCP数据几乎可以实时获得，并且持续了两年。这导致了对ADCP数据的创新性使用。
其中一个例子是南部水合物脊（1B）的生物地质研究。华盛顿大学的海洋地质学家正在使用ADCP的回声回波来观察甲烷的气泡羽流。
羽状物从海底的天然气水合物沉积物中渗出。天然气水合物是含有甲烷分子的固体冰状水。
这些沉积物支持沉积物上和沉积物内的生物群落。 ADCP曲线显示了大部分水柱的气泡羽流。一个假设是，这些上升的甲烷羽流可能会提高上覆海洋的生物生产力。
期待
OOI的Cabled观测台计划运行25年。由于其独特的电力/通信基础设施，这种联网阵列将允许交互式监测各种海洋站点 - 从上层海洋到底层深度。整个阵列部署的ADCP的远程采样能力将扩大观察者通过水柱的范围。由于光纤连接到互联网，这些数据将以近实时方式提供给全球用户群体。
作者
彼得西班牙博士，Teledyne RD Instruments
（如发布于2018年3月版的Marine Technology Reporter ）
