השפעת שינויי האקלים על הפגנת אות סונר בסביבה של הנחתים

שינוי האקלים מעצב מחדש את האוקיינוסים של העולם בדרכים המשתרעות הרבה מעבר לרמות הים והאמוגים התפתלים. בין הטרנספורמציות הפחות נראות אך קריטיות מבחינה מבצעית הוא שינוי של מערכות הינרות תת-ימיות, מהדהדים מסחריים, ומחקר הידרופונים מתעוררים כולם על שידור מדויק, צפוי של אותות אקוסטיים דרך עמודת, כמו טמפרטורות עלייה, דפוסי משמרות, וכיסויי קרח, ומהירות משתנה, אשר משינוי של מנגנונים של גלי אקלים, אשר משפיעים על ידי שינוי דרמטי, ומהירות של גלי אקלים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, אשר משפיעים על ידי גלי טמפרטורה, ומהירות של גלי טמפרטורה, אשר משפיעים על ידי גלי אקלים, על ידי גלי חום, אשר משפיעים על ידי גלי חום, ומהירות של גלי חום, ומהירות אורדקדקדקדקדקדקדקדקנים, על ידי גלי חום, ומהירות של גלי חום, ומהירות של גלי חום, אשר משפיעים על ידי גלי חום, ומהירות אורדקני, ומהירות של גלי חום, אשר משפיעים על ידי גלי חום, ומהירות אורדקנות, ומהירות אורדקני, אשר משפיעים על ידי שינוי האקלים, אשר משפיעים על ידי שינוי דרמטי, אשר משפיעים על גלי חום, אשר משפיעים על גלי חום,

הפיזיקה של סונר וסאונד תת-קרקעי

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סאונד נוסע מהר יותר במים חמים, מלוחים, וגבוהים יותר מדכאים.בדרך כלל, מהירות הקול עולה עם עומק עקב לחץ גובר, אבל טמפרטורה וסליניות יכולים ליצור שכבות שבהן מהירות הקול או עלייה או ירידה.שכבות אלה יכולות ליצור ערוצי קול - אזורים שבהם אנרגיה אקוסטית לכודה ויכולה להפיץ מעל מאות או אפילו אלפי קילומטרים.

כל הפרעה לאיזון של טמפרטורה טבעית-משקפת תשנה את פרופיל מהירות הקול, שעלולה להחליש או לשנות את הדוכסים הטבעיים הללו.הבנת השינויים האלה חיונית לחיזוי ביצועי הסונאריים באוקיינוס ההתחממות.

כיצד שינויי האקלים משנים את תנאי האוקיינוס - להפצת סאונד

פאנל בין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC) מדווח כי האוקיינוס העולמי ספג יותר מ-90% מהחום עודף מהתחממות אנתרוגנית מאז שנות ה-70.העלייה בחום הזה עוררה כמה השפעות קלות המשפיעות ישירות על ההתפשטות האקוסית:

(ב) טמפרטורות פני הים:0) טמפרטורות פני הים: 1FLT:1ure משקעים האוקיינוס העליון התחממות מהר יותר מאשר שכבות עמוק יותר, הפחתת הטמפרטורה באזורים רבים.
(FLT:0) פחד מפני התכה קרח: 1FreaLT:1) גדל מים מקרחונים וכובעי קרח הקוטב להפחית את הסליניות פני השטח, במיוחד באזור הארקטי ובסביב גרינלנד.
(ב) ⁇ :0 שינויים ב-stratification: FIRLT:1 , מים משטח טרי יותר יוצרים אוקיינוס עליון יציב יותר, מלוכד ומפיץ אנכי של טמפרטורה וסליניות.
(FLT:0) אוצ'אן חומצה: 10.10.10.17 העלאת רמות ה-CO2 נמוך יותר, אשר יכול להשפיע על ספיגת צליל נמוך בים, אם כי ההשפעה היא משנית לטמפרטורה ולהצלה.

שינויים אלה אינם אחידים: אזורים מסוימים, כגון הארקטי, חווים שינויים דרמטיים, בעוד אחרים כמו הטרופיים רואים התחממות הדרגתית יותר אך מתמשכת.התוצאה נטו היא שחזור עולמי של פרופילי מהירות הקול, עם הבדלים מקומיים משמעותיים.

התחממות האוקיינוס ואפקט ישיר שלה על מהירות סאונד

טמפרטורות פני הים עלו בכ-0.10 מעלות צלזיוס לעשור מאז תחילת המאה ה-20, עם עשורים האחרונים הראו התחממות מואצת.מאז מהירות הקול במי הים עולה על ידי כ- 4.0-4.5 מ'/s עבור כל עלייה של 1 מעלות צלזיוס (בטמפרטורות האוקיינוס האופייני), התחממות פני השטח מתמשכת של אפילו 1-2C יכול לגרום לעלייה בולטת במהירות הקול בשכבות העליונות.

באזורים בהם השכבה המעורבת היא רדודה, חזק יותר ליד פנים ⁇ יכול לגרום יותר לתגובת כלפי מטה של דבורים של בנארי, לקצר את הטווח היעיל עבור ה propagationed משטח.converse, באזורים שבהם בצורת שכבת טמפרטורה, קול עשוי להיות לכוד בתוך משטח דוקטרקט, מרחיב מרחקי שידור.

שינויים בקרח ממלט ואלטר קדם-התחילה

מודלים אקלים פרויקט כי האוקיינוסים בעלי יכולת גבוהה יהפכו טריים בשל עלייה של גליונות קרח וקרחונים, כמו גם שינויים בדפוסי המשקעים.לדוגמה, Beaufort Gyre ב הארקטי צבר נפח גדול של מים מתוקים מקרח הים ונהר בזרימה. , מים טריים הם פחות צפופים ויש להם מהירות קול שונה אופיינית מאשר מים מלוחים: מהירות עלייה של בערך על ידי 1.3 m / 1 / יחידת התחממות 5 אינץ '.

זה טריזציה לעתים קרובות יוצר הפנלקט חד - ⁇ חזק בסליניות עם עומק - שיכול לשמש מחסום לתמסורת קול. גלי אקוסטיים נודדים דרך halocline כזה יכול לחוות השתקפות חלקית ו refraction, המוביל לאובדן אות או התערבות רב-אופטית.עבור מפעילי נונר ימי, זה אומר סביבה אקוסטית שקטה יותר בשכבה העליונה אבל רעש חזק יותר מאזורי קרח ללא רוח.

השפעה על פרופילי מהירות סאונד וקידום אקוסטי

ההשפעה המשולבת של התחממות וחידוש בפרופיל מהירות הקול היא מורכבת ועצמאית באזור בצפון האוקיינוס האטלנטי, למשל, מודלים מראים כי ציר הערוץ הקול הופך להיות רדום יותר באזורים מסוימים כמו האוקיינוס העליון חם מהר יותר מהאוקיינוס העמוק. ציר רדודה אומר כי אנרגיה אקוסטית הוא לכוד בעומק גבוה יותר, אשר יכול להפחית את טווח הגילוי עבור צוללות עמוקות או להגדיל את טווח עבור פני השטח, בהתאם למקור המקלט.

אחד המושגים הקריטיים הוא עומק ה- 0 (FLT:0) עומק 1 (העומק למטה) שמהירות הקול עולה על ערך פני השטח, המאפשר פיזור עמוק-היבשתי בעולם ההתחממות, העומק הביקורתי עשוי להפוך למשתנה יותר, המשפיע על תקשורת אקוסטית ארוכת טווח וניווט.

בנוסף, נוכחותם של גלים פנימיים - גלי כבידה שמאגדים לאורך ממשקי צפיפות - ניתן להגביר את נוכחותם של השכבות הפנימיות הללו גורמת לתנודות מהירות בטמפרטורה ובחילה, יצירת גמישות בקנה מידה בסדר במהירות הקול.עבור סונראר גבוה בקידוד גבוה (מעל 10 kHz), תנודות כאלה מתפזרות קול, צמצום קוהרנטיות והעלאת אחוזי אזעקה באלגוריתמים.

תגלית: המקרה הדרמטי ביותר

אין אזור המדגים את ההשפעה האקוסית של שינויי האקלים יותר מאשר הארקטי.האנטארקטית התחממות כמעט פי ארבע מהממוצע העולמי, תופעה המכונה FLT:0) למגפת האקלים של ההרחבה הארקטית 1 ירד ב-13% לעשור מאז שנות ה-70, והקרח הנותרים דק יותר וצעיר יותר.

(FLT:0) הוציא רעש מתפתל: ההרחבה 1 (FLT:1) מים פתוחים מאפשר גלים וסערות ממותגים רוח ליצור רמות רעש רקע גבוהות יותר, המסתתתת אותות בנארי בטווח התדירות מ -100 הרץ עד 10 kHz.
(FLT:0 שינויים בהפצת:FLT:1) הסרת התותחים הקרח מבטלת את מהירות הקול הסגנית של מעלה-היתר שנמצאת בדרך כלל מתחת לקרח. בחורף, המים הקרים (לעתים קרובות מתחת להקפאת) יוצרים מצב חזק של ירידה חדה שיכול לשפר טווחי זיהוי עבור צליל נמוך.

מחקרים אחרונים באמצעות קרינת האוקיינוס הראתה כי מאפייני העברת הקול מתחת לקרח המתחדש משתנים מהר יותר מאשר דגמים חזו.ים הבופורט, למשל, חוו עלייה של 30% באובדן שידור עבור 1 kHz אותות בשני העשורים האחרונים, בעיקר בשל שינויים בפרופילי מהירות הקול ב-100 מטר העליון (FLT:0Ballard et al., 2022FLT:1 עבור פעולות אי-אפשריות אלה הפכו בעבר לנתיבים אקוסטיים בלתי צפויים.

סימולציות ל-Sea Sonar and Submarine Detection

מערכות בנאריות צבאיות – בין אם הן מוכוונות, למערך נשוי, או sonobuoys - תלוי בידע סביבתי מדויק להעריך טווחי זיהוי ושיעורי אזעקה מזויפים.השינויים המתוארים לעיל מציגים אי ודאות תפעולית משמעותית.

(FLT:0) , 000 גילויים מקודמים על פני השטח:FLT 1:1 חימום של השכבה המעורבת יכול להעלות את מהירות הקול על פני השטח, להפחית את עומק של דוקטרת פני השטח שפעם היו נוסעים עשרות קילומטרים יכול להיות אבוד בתוך כמה קילומטרים.
(FLT:0) דפוסי אזור ההתכנסות:FreaLT:1 אזורי קונורגנס - הם כאשר קול משוחזר חוזר אל פני השטח - יכול להשתנות בטווח ורוחב כמו ערוץ הקול משתנה.לדוגמה, אזור ההתכנסות הראשון עשוי לנוע בין טווח 30-35 ק"מ טיפוסי שלו ל 25-40 ק"מ, מה שהופך את המיקום המקומי.
(FLT:0) קושי במינואר פסיבי:BuildFLT:1 שינויים ברעש מרתיע (ממשלוח, רוח ומקורות ביולוגיים) בשילוב עם נתיבי התגרות משתנים מקשים על מנת לסווג חתימות אקוסטיות. יתרון שקט של צוללת עשוי להיות מוגבר או משוחרר בהתאם ל-SSP המקומי.

האתגרים הללו אינם היפותטיים.משרד המחקר הימי של הצי האמריקני מימן ניסויים בתחום, כגון FLT:0Arctic Mobile Obworth SystemveFLT:1, לאסוף נתונים בזמן אמת על פרופילים מהירים ושילובם לעזרי החלטות טקטיות.

יישומים מסחריים ומחקריים: קולרס ו Fisheries Acoustics

מעבר לפעולות ימיות, דגים מסחריים ומחקר ים אוקיאנוסים מסתמכים על רמקולים ורבבים בונארים להערכת מניות, מיפוי קרקעית הים וסקרי עמודות מים.שינויים במהירות הקולית משפיעים ישירות על הדיוק של מדידות עומק וביומסה מעריך.אם קול ההד של כלי שיט משתמש בהשערת מהירות קבועה (בדרך כלל 1500/s), שגיאות בעומק נמדדות יכולות לעלות על 5% במים חמים - כלומר, עבור שוליים דמוגרפיים משמעותיים עבור סקר הידרוגרפיים רדיוגרפיה.

עבור דגים אקוסטיים, כוח היעד של דגים - כמה צליל האירוע משתקף - הוא גם תלוי טמפרטורה מחקרים על האוקיינוס האטלנטי cod הראו כי כוח היעד יכול להשתנות על ידי 1-2 dB per °C שינוי בטמפרטורת מים (FLT:0Simmonds ו MacLennan, 2005FLT:1).

אסטרטגיות הסתגלות ותגובה טכנולוגית

קהילת הסונארית מפתחת שיטות באופן פעיל לשמירה על הביצועים באוקיינוס המשתנה.אסטרטגיות אלה נופלות לשלוש קטגוריות: ניטור סביבתי, עיבוד אותות הסתגלות ועיצוב מערכת חזק.

אופי סביבתי בזמן אמת

תחזית ביצועי סונרט מחייבת ידע עדכני של פרופיל מהירות הקול.שילוב של חיישני האוקיינוסים - זמן, סליטיות, ולחצים (CTD) פרופילים - עם פלטפורמות Sonar הופך סטנדרטי.מכוניות תת-ימיות אוטונומיות (AUVs) וגליצים מצוידים עם מודמים אקוסטיים יכולים לספק פרופילים תכופים על שטח של ניתוח.

חישה מרחוק של טמפרטורת פני הים ואלנסי יכולה גם להפרי מבנה תת-קרקעי באמצעות מערכות יחסים סטטיסטיות.לדוגמה, ה-FLT:0NASA ECCOevolveFLT:1 (הפחתת המשקעים ואקלים של האוקיינוס) מייצרת הערכות של מדינת האוקיינוס העולמית שניתן להשתמש בהם כדי להניע מודלים של התפשטות אקוסטית.

עיבוד אותות

מערכות נונאריות דיגיטליות מודרניות יכולות להתאים את תדירות השידור שלהם, אורך הדופק, ותבנית beam המבוססת על משוב סביבתי.אם המערכת מזהה ⁇ תלולה גורמת לתגובת יתר כלפי מטה, זה יכול להניע את הדבורה למעלה או לעבור לתדירות שונה ש חודרת את השכבה ביעילות יותר. אלגוריתמי למידת מכונה מאומנים לזהות שינויים בדפוס בהחזרות ורבפתבים, המאפשרים למערכת לאחד מטרה חדשה או להפחתתה על ידי SSP.

גישה מבטיחה נוספת היא (FLT:0) עיבוד שדה משולב של שדה 1 (MFP), אשר משתמשת במודל של הסביבה האקוסית כדי להתאים אותות שהתקבלו נגד כניסות חזופים.כפי שמשתנים הסביבה, MFP דורש עדכון קבוע של מודל ה-Proagation. Real-time הטמעת נתונים הופכת את זה אפשרי, ומערכות ניסיוניות הוכיחו את ההקצאות אפילו בתנאים הארקטיים המשתנים ביותר (FLT2Boltuk, 2021).

עיצוב מערכת Robust Design

עבור מתקנים ארוכי טווח - כגון חיישני ים, מערכות הדרכה טורפדו, או גל-אוויר גלידות האוקיינוס המופעל - חומרה חייבת להיות מיועדת לפעול בטווח רחב יותר של תנאי התפוצה.זה כולל בחירת חומרים טרנסדוקר עם תגובה רחבה יותר, שילוב של מספר רב של מערך עבור צלילה ועלייה תפעול, ושימוש ב מודמים אקוסטיים דלת כוח נמוך שמתאימים את שיעור הנתונים שלהם על בסיס יכולת ערוץ.

מחקרים עתידיים

בעוד שהקהילה המדעית התקדמה משמעותית בהבנה של השפעות האקלים על התפשטות הקול, פערים משמעותיים נותרו.

(FLT:0) תצפיות בעלות יכולת גבוהה: 1FLT:1 האוקיינוס הארקטי נותר תחת הדגימה במדידות אקוסטיות ארוכות טווח.יש צורך בחיישנים אוטונומיים נוספים כדי ללכוד את יכולת העונתית והביניונית מתחת לקרח.
(FLT:0) משוב ביולוגי: FLT:1 כפי שחומצה האוקיינוס משנה את המאפיינים של ספיגת הקול של מי הים (במיוחד עבור צליל נמוך ⁇ ), וכיונקים ימיים משנים את טווחיהם וצלילים, הסביבה האקוסטית הכוללת הופכת להיות מורכבת יותר ויותר.
(FLT:0) אפקטים משותפים: 1FLT (המודלים העיקריים מתייחסים לטמפרטורה, סליניטי ו- pH בנפרד. Integrated Models המדהימות את כל השלושה במקביל, יחד עם מודלים דינמיים של האוקיינוס, ישפרו את נאמנות החיזוי.
(ב) [ה]:0] חיזוי האוקיינוס-האקטי של אנדרט: מרכזי תפעול 1:1 כמו מרכזי הצי האמריקני של חיל הים:2FLT:2Fleet Numerical Meteorology and Oceanography Center 3FLT:3 נעים לעבר מערכות חיזוי ים-אוויריות חד-חמצני, המספקות מפות יומיות של קווי ביצועים של בנינואר עבור מפקדי צי.

(FLT:0) סקירת הסקירה האחרונה של ההרחבה 1 (FLT:2) ב- Marine Scienceph 3 מדגישה כי הצורך הקריטי ביותר הוא לא רק יותר נתונים, אלא שיטות הטמעה נתונים טובות יותר שיכולות לעדכן מודלים במהירות באזורים נפרדים נתונים.ללא כלים כאלה, אי הוודאות האקוסית המוצגת על ידי שינוי האקלים תמשיך להקפיח את המשתמשים בנונרל התפעוליים.

מסקנה

שינויי אקלים אינם איום עתידי על הפצת אות בנארי – זוהי מציאות מבצעית נוכחית.עלייה בטמפרטורות הים, קצבאות גבוהות, פיגור מוגבר, ונסיגת קרח משנים באופן שיטתי את פרופיל מהירות הקול המגדירה ביצועים של חיל הים, ספינות מסחריות ומוסדות מחקר חייבים להסתגל על ידי פריסת חיישנים סביבתיים בזמן אמת, פיתוח אותות הסתגלות, השקעה משולבת במודלים הימיים המהירים של האוקיינוסים ושמירה על השינויים המתקדמים של המאה ה-21 של האוקיינוסים.