Далайн физик параметрүүдийг хэмжих аргууд
Далай бол динамик бөгөөд нарийн төвөгтэй байгалийн систем юм. Температур, давсжилт, урсгал эсвэл давалгааны өндрийн бага зэргийн өөрчлөлт нь экосистем, эргийн цаг агаар, тээврийн аюулгүй байдал, тэр ч байтугай загас агнуур, нөөцийн хайгуулд ихээхэн нөлөө үзүүлдэг. Тиймээс далайн физик параметрүүдийг хэмжих нь далай судлал, цаг уур судлал, далайн инженерчлэл, эргийн бүсийн менежментийн чухал үндэс суурь болдог. Энэ нийтлэлд далайн физик параметрүүд болон газар дээр нь (шууд хээрийн нөхцөлд), алсын зайн тандан судлах, загварчлалын аргууд зэрэг нийтлэг хэмждэг аргуудыг авч үзэх болно.
1. Далайн физик параметрүүдийг нийтлэг хэмждэг
Далайн физик хэмжилтүүд нь ихэвчлэн хэд хэдэн гол параметр дээр төвлөрдөг:
1. Температур: Далайн усны нягтрал, усны баганын давхаргажилт, далай-агаар мандлын дулаан солилцооны үйл явцыг хянадаг.
2. Давсжилт: Температуртай хамт нягтрал, термохалины эргэлт, усны массын тархалтыг тодорхойлдог.
3. Нягтрал ба давхаргажилт: Усны багана болон босоо холилтын тогтвортой байдлыг тайлбарлана.
4. Далайн урсгал: Дулаан, шим тэжээл, тунадас, организмын тээвэрлэлтэд нөлөөлдөг.
5. Давалгаа ба түрлэг: Эргийн бүс дэх энерги, элэгдэл, далайн түрлэгийн үерийн эрсдэлийг тодорхойлно уу.
6. Далайн түвшин: Уур амьсгалын өөрчлөлт болон далайн агаар мандлын динамикийн үзүүлэлт.
7. Усны тунгалаг байдал ба оптик шинж чанарууд (холбогдох физик параметрүүд): Гэрлийн нэвчилт болон анхдагч бүтээмжид нөлөөлнө.
Параметр бүр нь зорилго, орон зай-цаг хугацааны хэмжээс, усны нөхцөл байдлаас хамааран өөр өөр багаж хэрэгсэл, хэмжилтийн стратеги шаарддаг.
2. Газар дээрх (талбайн) хэмжилтийн арга
a. CTD (Дамжуулалт-Температур-Гүн)
CTD нь дамжуулах чанар (давсжилт), температур, даралтыг (гүн) хэмжих зориулалттай далайн зүйн стандарт багаж юм. CTD-г хөлөг онгоцноос өргүүрөөр буулгаж, гадаргуугаас тодорхой гүн хүртэлх босоо профайлыг бүртгэдэг. CTD-ийн давуу талууд нь өндөр босоо нягтрал, сайн нарийвчлал юм. Өгөгдлийн чанарыг хангахын тулд CTD-г ихэвчлэн Niskin сав агуулсан сарнай дээж авагч ашиглан усны дээж авахтай хослуулдаг бөгөөд ингэснээр давсжилтын утгыг лабораторид тохируулах боломжтой болдог.
b. XBT (Зарцуулах боломжтой батитермограф)
XBT нь температурын профайлыг гүнтэй харьцуулан хэмждэг. CTD-ээс ялгаатай нь XBT нь нэг удаагийн хэрэглээтэй бөгөөд хөдөлж буй хөлөг онгоцноос хурдан судалгаа хийхэд илүү тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч XBT нь ерөнхийдөө давсжилтыг хэмждэггүй бөгөөд датчикийн буух хурд буруу байвал гүний тооцооллын тодорхойгүй байдалтай байдаг.
c. ADCP (Акустик Допплерийн гүйдлийн профайлер)
ADCP нь усан дахь бөөмсийн ойсон акустик долгионы Доплер шилжилтийн зарчмыг ашиглан гүйдлийн хурд болон чиглэлийг хэмждэг. ADCP-г дараах байдлаар суурилуулж болно.
– Хөлөг онгоцон дээр (хөлөг онгоцны ADCP) зам дагуух урсгалыг зураглах,
– Урт хугацааны урсгалыг хянахын тулд бэхэлгээнд (бэхэлгээгүй зангуу),
– Босоо урсгалын бүтцийг харахын тулд далайн ёроол дээр (доод хэсэгт суурилуулсан).
ADCP-ийн давуу тал нь олон гүний давхаргад гүйдлийн профайлыг нэгэн зэрэг өгөх боломжтой бөгөөд энэ нь цусны эргэлт, дээшлэх урсгал, адаг усны динамикийг судлахад тохиромжтой юм.
d. Гүйдлийн тоолуур болон дрифтер
ADCP-ээс гадна гүйдлийг цэгийн гүйдлийн хэмжүүр (жишээлбэл, ротор эсвэл цахилгаан соронзон) болон дрифтер (гадаргуугийн гүйдлийг дагадаг хөвөгч онгоц) ашиглан хэмжиж болно. Дрифтерүүд нь бохирдуулагч бодисын тархалт эсвэл далайн фронтын эргэн тойрон дахь усны массын хөдөлгөөн зэрэг Лагранжийн гадаргуугийн тээвэрлэлтийн хэв маягийг ажиглахад онцгой ач холбогдолтой юм.
д. Түрлэг хэмжигч ба даралт мэдрэгч
Далайн түрлэг болон далайн түвшинг далайн эрэг эсвэл боомт дээр далайн түрлэг хэмжигч ашиглан хэмждэг. Мэдрэгч нь механик хөвүүр, радар эсвэл даралтын мэдрэгч байж болно. Далайн эрэг дээрх байршилд далайн ёроолын даралтын мэдрэгч нь усны түвшний өөрчлөлт болон давалгаантай холбоотой даралтын хэлбэлзлийг бүртгэж чаддаг. Далайн түрлэгийн өгөгдөл нь навигаци, боомтын төлөвлөлт, далайн түрлэгийн үерийн шинжилгээнд зайлшгүй шаардлагатай.
f. Долгионы хөвүүр болон долгионы радар
Далайн гадаргуугийн босоо хөдөлгөөн болон налууг бүртгэдэг долгионы хөвүүр ашиглан долгионыг хэмждэг. Үүссэн параметрүүдэд мэдэгдэхүйц долгионы өндөр (Hs), үе болон долгионы чиглэл орно. Эргийн бүсэд долгионы радарын систем эсвэл X зурвасын радарууд нь тодорхой газрын эргэн тойрон дахь долгионы талбар болон гадаргын урсгалыг газрын зурагт буулгаж чаддаг.
g. Оптик шинж чанарын хэмжилт: Secchi диск болон PAR мэдрэгч
Усны тунгалаг байдлыг зүгээр л Secchi диск ашиглан хэмждэг бөгөөд цагаан дискийг харагдахаа больтол нь доошлуулдаг. Энэ арга нь хямд бөгөөд хурдан боловч гэрэлтүүлгийн нөхцөл болон ажиглагчийн субъектив байдлаас хамаардаг. Илүү нарийвчилсан судалгааны хувьд усны физик төлөв байдлын үзүүлэлт болгон гэрлийн нэвчилт болон булингарыг хэмжихэд PAR (Фотосинтезийн идэвхтэй цацраг) мэдрэгч эсвэл турбидиметрийг ашигладаг.
3. Алсын зайн тандан судлал
а. Далайн гадаргын температурын (ДГТ) хиймэл дагуул
Хэт улаан туяаны болон богино долгионы мэдрэгчтэй хиймэл дагуулууд далайн гадаргын температурыг (ДГТ) хэмжиж чаддаг. ДГТ-ийн өгөгдөл нь Эль-Ниньо-Ла-Ниньо, өгсөх, температурын фронт зэрэг томоохон хэмжээний үзэгдлийг хянахад хэрэгтэй. Үүний давуу талууд нь өргөн хамрах хүрээ, өндөр давтамжтай байх боловч хэт улаан туяаны хэмжилт нь үүлээр бүрхэгдсэн бөгөөд зөвхөн гадаргын давхаргыг илэрхийлдэг.
b. Далайн түвшний хиймэл дагуулын өндөр хэмжилт
Хиймэл дагуулын өндөр хэмжигч нь радарын импульс ялгаруулж, тэдгээрийн тусгалыг цаг хугацаагаар нь хэмждэг. Энэ нь тэдэнд геострофик урсгал болон цаг уурын хувьсах чанартай холбоотой далайн түвшний гажигийг гаргах боломжийг олгодог. Өндөр хэмжигч нь дэлхийн эргэлтийг ойлгоход чухал боловч нарийн төвөгтэй эргийн бүс нутагт түүний нарийвчлал хязгаарлагдмал байдаг.
в. Салхи болон давалгааны хиймэл дагуулууд
Далайн дээгүүрх салхины хурдыг тархалтын хэмжигчээр тооцоолж болох бол долгионы параметрүүдийг өндөр хэмжигч болон ассимиляцийн загвараас авч болно. Энэхүү мэдээллийг далайн цаг агаарын урьдчилсан мэдээ, гамшгийн хор хөнөөлийг бууруулахад өргөн ашигладаг.
d. Алсын зайн тандан судлалын хязгаарлалтууд
Алсын зайн тандан судлал нь орон зайн хамрах хүрээгээрээ давуу талтай боловч ерөнхийдөө зөвхөн гадаргуугийн нөхцөл байдлыг илэрхийлдэг. Тиймээс хиймэл дагуулын өгөгдлийг цаашдын шинжилгээнд нарийвчлал, ашиглахад хялбар байдлыг хангахын тулд газар дээрх хэмжилтээр баталгаажуулах нь хамгийн тохиромжтой.
4. Завь тавих, автомат станцууд болон урт хугацааны ажиглалтууд
Урт хугацааны чиг хандлагыг ойлгохын тулд тасралтгүй ажиглалт хийх шаардлагатай. Далайн ёроолд жинтэй кабель дээр суурилуулсан, дээр нь хөвүүр байрлуулсан цуврал багаж хэрэгсэл нь бэхэлгээ юм. CTD бүртгэгч, ADCP, температур мэдрэгч зэрэг багаж хэрэгсэл нь хэдэн сар эсвэл жилийн турш өгөгдлийг бүртгэж чаддаг. Далайн эргийн бүсэд автоматжуулсан станцууд (жишээлбэл, цаг уурын-далай зүйн хөвүүр) нь салхи, давалгаа, температур, урсгалыг бодит цаг хугацаанд хянаж, эрт сэрэмжлүүлэх систем болон далайн мэдээллийн үйлчилгээг дэмждэг.
5. Тоон загварчлал ба өгөгдөл нэгтгэх
Шууд хэмжилтээс гадна орчин үеийн далай судлал нь урсгал, температур, давсжилт, тэр ч байтугай долгионыг дуурайлган тоон загварт тулгуурладаг. ROMS, HYCOM, эсвэл SWAN зэрэг загварууд нь шингэний физикийн тэгшитгэлийг ашигладаг бөгөөд салхи, далайн түрлэг, хил хязгаарын нөхцлийн өгөгдлөөр албадагддаг. Загварын нарийвчлалыг сайжруулахын тулд өгөгдлийг нэгтгэх, ажиглалтыг (CTD, хөвүүр, хиймэл дагуул) загварт оруулахыг ашигладаг. Энэхүү арга нь далайн физик параметрүүдийн илүү цогц газрын зургийг гаргах боломжийг олгодог бөгөөд үүнд шууд хэмжихэд хэцүү газрууд багтдаг.
6. Бэрхшээлүүд ба шилдэг туршлагууд
Далайн физик параметрүүдийг хэмжих нь давстай усны зэврэлт, биологийн бохирдол (ургамал/организмын хавсралт), цаг агаарын өөрчлөлт, цаг хугацааны хурдацтай хэлбэлзэл зэрэг бэрхшээлтэй тулгардаг. Өгөгдлийн чанарыг сайжруулахын тулд хэд хэдэн шилдэг туршлагыг хэрэгжүүлэх шаардлагатай.
– Судалгааны өмнө болон дараа багаж хэрэгслийг тохируулах,
– Мэдээлэл цуглуулах журмыг стандартчилах,
– Чанарын хяналт (алдааны шалгалт, огцом өсөлт, мэдрэгчийн шилжилт),
– Бие биенээ нөхөх аргуудын хослол (in-situation + хиймэл дагуул + загвар),
– Өгөгдлийг хуулбарлаж, харьцуулж болохуйц бүрэн мета өгөгдөл (цаг хугацаа, байршил, цаг агаарын нөхцөл байдал, багажны тохиргоо).
Дүгнэлт
Далайн физик параметрүүдийг хэмжих аргууд нь Secchi диск гэх мэт энгийн багаж хэрэгслээс CTD, ADCP, автомат хөвүүр, хиймэл дагуулын өндөр хэмжигч зэрэг нарийн төвөгтэй системүүд болж хөгжсөн. Эдгээр аргууд тус бүр өөрийн гэсэн давуу болон хязгаарлалттай тул аргын сонголтыг судалгааны зорилго, ажиглалтын цар хүрээ, хээрийн нөхцөлд тохируулан хийх ёстой. Уур амьсгалын өөрчлөлт, далайн үйл ажиллагаа нэмэгдэж буй эрин үед газар дээрх хэмжилт, алсын зайн тандан судлал, тоон загварчлалыг нэгтгэх нь далайн динамикийг цогцоор нь ойлгож, шинжлэх ухаанд суурилсан шийдвэр гаргалтыг дэмжих хамгийн үр дүнтэй стратеги юм.
