Profilers en meetboeien

Profilers blijven in tegenstelling tot meetboeien niet aan het oppervlak maar maken een profieldoorsnede van de waterfase.

Meetboeien

Alhoewel meetboeien bestaan in tal van types, kunnen ze opgesplitst worden in twee groepen: vrij drijvende (Figuur 1) en verankerde boeien (Figuur 2). Beiden zijn uitgerust met allerlei sensoren en meettoestellen die gegevens verzamelen en waarbij deze automatisch via realtime satelliet communicatie worden doorgestuurd. Metingen worden geleverd van onder meer water- en luchttemperatuur, luchtvochtigheid en –druk, wind, golfhoogte en saliniteit. Samen met complementaire methodes, zoals remote sensing en schepen met instrumentarium, kunnen ze meehelpen om een accuraat beeld over de toestand van het oceaanoppervlak te verkrijgen.

Meetboeien worden op grote schaal ingezet vanwege hun hoge efficiëntie voor het bekomen van meteorologische en oceanografische data. Als in voldoende aantal uitgezet, bestrijken ze een groot oppervlak. Ze kunnen ook gebruikt worden in afgelegen gebieden. Zo zijn er zogenaamde ijsboeien met aangepaste sensoren en batterijen, bestand tegen extreem lage temperaturen. Verder hebben meetboeien een uitermate accuraat satelliet positioneringssysteem zodat ze vlot teruggevonden kunnen worden. Een groot aantal wordt onderhouden door het DBCP (Data Buoy Cooperation Panel), dat onder meer instaat voor de progressie van het netwerk en de standaardisatie van de boeien. Het DBCP bestaat uit verscheidene actiegroepen, die focussen op vrij drijvende of verankerde boeien.

Drijvende boeien

Figuur 1: Drijvende boei met sleepanker.

Vrij drijvende boeien (drifting buoys) zijn niet vastgeankerd aan de bodem maar worden nabij hun oorspronkelijke plaats gehouden door een zee- of sleepanker. Een zeeanker is een soort kunststoffen parachute die met nylondraad onderwater aan de boei vastgemaakt wordt en zo de weerstand vergroot, waardoor de positie behouden blijft. Een sleepanker is kleiner en heeft een meer conische vorm, maar functioneert analoog. Als na zekere tijd de boeien te ver zijn afgedreven, worden ze met een schip herplaatst, net zoals gebeurt met Argo floats. Samengevat zijn het gebruiksvriendelijke, relatief goedkope en betrouwbare observatie instrumenten.

Overkoepeling

Ongeveer 1250 van deze boeien werden ondergebracht in het GDP (Global Drifter Program), onder leiding van JCOMM en het AOML, dat instaat voor het behoud van dit netwerk (met een 5x5 graden precisie) en het voorzien van een data verwerkend systeem dat wetenschappelijk gebruik ondersteunt. Het GDP is één van de actiegroepen binnen het DBCP.

Toepassingen

Deze relatief eenvoudige boeien bezitten apparatuur voor het meten van de temperatuur, saliniteit en meteorologische variabelen (wind, atmosferische druk). De gegevens worden via satelliet in real-time doorgestuurd naar de dataverwerkingscentra. Deze data worden wereldwijd onder meer ingeschakeld als ondersteuning voor meteorologische diensten. Tevens zijn in-situ metingen van de oppervlaktetemperatuur nodig voor het kalibreren van temperaturen bepaald door satellieten, zodat satellietdata nauwkeuriger wordt.

Verankerde boeien

Figuur 2: vastgeankerde boei met zonnepanelen.

Verankerde meetboeien worden met de hulp van een schip verankerd met een kabel in de zeebodem. Ook het onderhoud geschiedt vanaf het onderzoeksschip. Als ze losslaan kan snel worden ingegrepen om verlies aan materiaal, data (soms wordt zoveel data verzameld dat niet alles doorgestuurd geraakt) en mogelijk gevaar voor andere schepen te voorkomen. Hiertoe is een extra mechanisme ingebouwd dat alarmeert wanneer de boei een bepaald gebied verlaat.

Overkoepeling

Het GTMBA (Global Tropical Moored Buoy Array) is een multinationale poging voor het onderhouden van een wereldwijd systeem van verankerde boeien, zowel voor klimaatonderzoek als voor seizoenale voorspellingen. Dit initiatief wordt regionaal ingevuld, bijvoorbeeld onder de naam TAO/TRITON in de Stille oceaan, PIRATA in de Atlantische oceaan en RAMA in de in de Indische oceaan. Dit zijn eveneens actiegroepen van het DBCP.

Toepassing

Ze voorzien een constante stroom aan atmosferische (temperatuur, windsnelheid en –richting) en oceanische (temperatuur, golfhoogte, -periode en -voortplantingsrichting) data vanuit verder verwijderde gebieden. Niet alleen het oppervlak wordt gecontroleerd, ook tot dieptes van 500m kunnen gegevens verzameld worden. Sensoren kunnen aan het ankertouw bevestigd worden en gegevens kunnen via de kabel naar de boei verzonden worden. Omdat de boeien doorgaans ook voorzien zijn van zonnepanelen, kunnen ze meer metingen uitvoeren en data transfereren gedurende langere periodes dan wat mogelijk is met Argo floats en drijvende boeien.

Profilers

Argo floats

Figuur 5: Opbouw van de floats.

Argo floats (soms ook boeien of profilers genoemd) zijn autonome observatiesystemen die verticale profielen nemen tot een diepte van 2km. Argo is de naam van het schip van Jason dat volgens de Griekse mythologie een queeste ondernam naar het gulden vlies. De naam Argo verwijst dus naar de complementariteit met de Jason altimetrie satelliet die de hoogte van het zeeoppervlak meet. Samengevoegde gegevens geven informatie over de oceaanstromingen.

Argo floats zijn gemakkelijk te plaatsen en relatief goedkoop. Deze kleine cilindrische meettoestellen zijn dan ook efficiënt bij het systematisch verzamelen van gegevens in het ijsvrije deel van de oceaan. Watermassa’s onder het ijs kunnen onderzocht worden via het taggen van zeedieren en met [Duiktuigen|duiktuigen].

Overkoepeling

Meer dan 3500 floats (Figuur 3) behoren tot het internationaal Argo programma, dat werd opgericht in 1998 en waaraan ondertussen (2012) 31 landen deelnemen. Elk land is verantwoordelijk voor de aankoop en plaatsing van de floats. Het geheel wordt gecoördineerd door het Argo Project Office. Het netwerk aan Argo floats laat toe elk jaar 100.000 profielen te nemen, 20 keer meer dan het aantal profielen genomen vanaf onderzoeksschepen en 4 keer zoveel als het aantal XBTs genomen vanaf commerciële schepen. Met name afgelegen gebieden plukken hier de vruchten van. Bovendien zijn de verzamelde diepteprofielen veel minder onderhevig aan weersomstandigheden en/of lopende wetenschappelijke projecten.

Sinds 2004 neemt Nederland deel aan het programma. Ze bekostigden de aankoop van 49 floats, waarvan er nu nog 38 in werking zijn. De Europese Unie behoort ook tot de landenlijst.

Figuur 3: Kaart met aanduiding van de locatie van alle Argo floats operationeel op 8 Augustus 2012.

Toepassingen

Argo floats meten de druk, saliniteit en temperatuur. De laatste twee grootheden zeggen iets over de stroming. De bepaling van druk is nodig voor het berekenen van de diepte. Al deze gegevens zijn essentieel voor het opstelling van globale modellen voor onder meer watercirculatie en warmtetransfer. Die modellen laten toe om voorspellingen te maken van fenomenen zoals El Niño en moessontijden. Ook klimaatsopwarming kan bestudeerd worden met de bekomen data.

Werking

De floats worden te water gelaten vanop een schip, waarna ze hun tiendaagse cycli van metingen beginnen (Figuur 4). Argo floats kunnen hun drijfvermogen regelen door mechanisch hun volume te veranderen. Dit gebeurt door het in- of uitpompen van hydraulische olie in een externe blaas (Figuur 5). Eerst zinken de floats vanaf het oppervlak tot een diepte van 1km, waar ze “parkeren” voor ongeveer 9 dagen. Dit doen ze om scheepsschroeven en vissersnetten te vermijden. Vervolgens duiken ze naar 2 km diepte, van waaruit ze al stijgend beginnen meten. Na ongeveer 7 uur wordt het oppervlak weer bereikt en worden de geografische positie en gegevens doorgegeven via satelliet naar een data centrum. Dit duurt ongeveer een halve dag, en hierna begint de cyclus opnieuw. De doorgestuurde gegevens van al de floats wereldwijd worden samengebracht en indien mogelijk publiek beschikbaar gesteld binnen de 24 uur. Omdat de floats meegenomen worden door de stroming is het noodzakelijk deze regelmatig te herplaatsen.

Figuur 4: Tiendaagse cyclus afgelegd door de Argo float.

Gliders

Gliders kunnen zowel aanzien worden als duiktuigen als profilers.