Διερεύνηση δυνατότητας προσδιορισμού ωκεάνιας κυκλοφορίας στον ελληνικό χώρο με χρήση υποθαλασσίων τηλεφωνικών καλωδίων

(1)

ΠΑΝΔΠΗ΢ΣΖΜΗΟ ΑΗΓΑΗΟΤ ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢

Παλεπηζηήκην Αηγαίνπ Σκήκα Δπηζηεκψλ ηεο Θάιαζζαο

Γηεξεύλεζε δπλαηόηεηαο πξνζδηνξηζκνύ ωθεάληαο θπθινθνξίαο ζηνλ ειιεληθό ρώξν κε ρξήζε ππνζαιαζζίωλ

ηειεθωληθώλ θαιωδίωλ.

ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΓΗΠΛΩΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑ΢ΗΑ Νηθφιανο Ππξνκάιιεο

Σξηκειήο εμεηαζηηθή επηηξνπή

Εεξβάθεο Βαζίιεο, Αλαπιεξσηήο Καζεγεηήο, Δπηβιέπσλ Σξάγνπ Διίλα, Δπίθνπξνο Καζεγήηξηα

Βειεγξάθεο Αληψλεο, Καζεγεηήο

Μπηηιήλε, Ηαλνπάξηνο 2011

(2)

ΠΑΝΔΠΗ΢ΣΖΜΗΟ ΑΗΓΑΗΟΤ

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 2 ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ

΢ΚΟΠΟ΢ ... 3

ΔΗ΢ΑΓΩΓΖ ... 4

ΜΔΘΟΓΟΗ ΜΔΣΡΖ΢Ζ΢ ΩΚΔΑΝΗΑ΢ ΚΤΚΛΟΦΟΡΗΑ΢ ... 4

ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΣΖ΢ ΜΔΘΟΓΟΤ ... 5

ΤΠΟΒΑΘΡΟ ΚΑΗ Η΢ΣΟΡΗΚΖ ΑΝΑΓΡΟΜΖ... 6

Νφκνο ηνπ Faraday ... 6

Εθαξκνγή ζηε ζάιαζζα ... 8

ΜΔΘΟΓΟΛΟΓΗΑ ... 10

Σρέζε ζήκαηνο κε κεηαθνξά ... 11

ΠΑΡΑΓΟΝΣΔ΢ ΠΟΤ ΔΠΖΡΔΑΕΟΤΝ ΣΖ΢ ΜΔΣΡΖ΢ΔΗ΢ ... 11

Επηπιένλ πξνυπνζέζεηο ... 12

ΦΤ΢ΗΚΔ΢ ΑΡΥΔ΢ ... 13

Ρεχκαηα νκνγελή κε ην βάζνο (ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ παιηξξντθψλ) ... 17

ΔΦΑΡΜΟΓΔ΢ ΠΟΤ ΔΥΟΤΝ ΠΡΑΓΜΑΣΟΠΟΗΖΘΔΗ ... 20

Η πεξίπησζε ηεο Florida θαη ησλ λεζηψλ Bahamas ... 20

Η πεξίπησζε ηεο Βαιηηθήο... 22

Εθαξκνγή κεηαμχ Ιαπσλίαο θαη Ν. Κνξέαο ... 24

΢ΤΜΠΔΡΑ΢ΜΑΣΑ – ΢ΤΕΖΣΖ΢Ζ ... 26

ΠΡΟΚΑΣΑΡΚΣΗΚΖ ΔΡΔΤΝΑ ... 26

ΔΤΡΔ΢Ζ ΚΑΗ ΔΠΗΛΟΓΖ ΓΗΑΘΔ΢ΗΜΩΝ ΤΠΟΒΡΤΥΗΩΝ ΚΑΛΩΓΗΩΝ ... 28

Βφξεην Αηγαίν ... 29

Κεληξηθφ θαη Νφηην Αηγαίν... 31

΢ΤΜΠΔΡΑ΢ΜΑΣΑ ΚΑΗ ΔΦΑΡΜΟ΢ΗΜΟΣΖΣΑ ... 35

ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ ... 38

ΔΤΥΑΡΗ΢ΣΗΔ΢ ... 41

(3)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 3

΢ΚΟΠΟ΢

΢θνπφο ηεο παξνχζαο πηπρηαθήο είλαη ε δηεξεχλεζε ηεο δπλαηφηεηαο εθαξκνγήο κηαο ηδηαίηεξα απνδνηηθήο θαη νηθνλνκηθήο κεζφδνπ γηα ηελ πεξηγξαθή θαη ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ζαιάζζηαο θπθινθνξίαο ζηνλ ειιεληθφ ρψξν.

Ζ κέζνδνο πνπ ζα κειεηεζεί ζηελ παξαθάησ εξγαζία είλαη απηή ηνπ ππνινγηζκνχ ηεο ξνήο κάδαο λεξνχ πάλσ απφ έλα ππνβξχρην θαιψδην ηειεπηθνηλσληψλ κέζσ ηεο δηαθνξάο ηάζεο πνπ δεκηνπξγείηαη ζηα δχν άθξα ηνπ, σο ζπλέπεηα ηεο αιιειεπίδξαζεο ησλ ηφλησλ ηνπ ζαιαζζηλνχ λεξνχ κε ην καγλεηηθφ πεδίν ηεο γεο.

Κάηη πνπ ζεκαίλεη φηη ε ξνή κάδαο ζαιαζζηλνχ λεξνχ πάλσ απφ έλα ππνζαιάζζην θαιψδην δεκηνπξγεί κηα δηαθνξά δπλακηθνχ ζηα άθξα απηνχ, ε νπνία κπνξεί λα θαηαγξαθεί θαη λα κεηαηξαπεί ζε κεηξήζεηο θπθινθνξίαο.

Θα εμεηαζηεί αθφκα ε δπλαηφηεηα εθαξκνγήο ηεο κεζφδνπ απηήο ζηα ειιεληθά πδξνδπλακηθά δεδνκέλα (ρακειφηεξεο ηάμεσο θπθινθνξία ζε ζρέζε κε πξνεγνχκελεο εθαξκνγέο ηεο κεζφδνπ), θαζψο θαη ε απνδνηηθφηεηα ηεο έλαληη ησλ ζπκβαηηθψλ κεζφδσλ.

(εηθ. 1, Faraday)

(4)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 4 ΔΗ΢ΑΓΩΓΖ

Μέζνδνη κέηξεζεο ωθεάληαο θπθινθνξίαο

Γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ησλ ζαιαζζίσλ ξεπκάησλ θαη ηεο σθεάληαο θπθινθνξίαο έρνπλ θαηά θαηξνχο αλαπηπρζεί αξθεηέο κεζνδνινγίεο. Δλδεηθηηθά αλαθέξνληαη κεξηθέο.

.

 Υξεζηκνπνηψληαο ππνζαιάζζηνπο παξαζπξφκελνπο ‘αεηνχο’, νπζηαζηηθά θαηάιιεια δηακνξθσκέλνπο πισηήξεο, ε νπνίνη βπζηζκέλνη ζε ζπγθεθξηκέλν βάζνο θηλνχληαη καδί κε ην ξεχκα πνπ ζέινπκε λα πξνζδηνξηζηεί. Ο ππνινγηζκφο ηνπ ξεχκαηνο γίλεηαη κε επεμεξγαζία ησλ θαηαγεγξακκέλσλ ζέζεσλ ηνπ απφ ζπζηήκαηα ππνινγηζκνχ ζέζεο (ι.ρ. GPS).

 Μέζνδνο κέηξεζεο σθεάληαο θπθινθνξίαο κε ρξήζε αγθπξσκέλσλ

ξεπκαηνγξάθσλ ζε

πξνθαζνξηζκέλα βάζε, θαηά κήθνο ηεο πξνζδηνξίδνπζαο πεξηνρήο. Ο ξεπκαηνγξάθνη απηήο ηεο ηερλνινγίαο επί ην πιείζηνλ εθκεηαιιεχνληαη ην θαηλφκελν θχιηζεο ηεο ζπρλφηεηαο θαηά Doppler.

Μία απφ ηηο αθξηβέζηεξεο κεζνδνινγίεο πξνζδηνξηζκνχ ξνήο φγθνπ λεξνχ πνπ ρξεζηκνπνηείηε ζήκεξα (ι.ρ.

ζχζηεκα Pegasus).

 Τπνινγηζκφο γεσζηξνθηθψλ ξεπκάησλ κε ρξήζε δνξπθνξηθψλ δεδνκέλσλ (ι.ρ. απφ ηνλ δνξπθφξν Topex Poseidon).

(5)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 5 Όκσο αμίδεη λα αλαθεξζεί φηη παξά ην επξχ θάζκα ησλ κεζφδσλ πνπ ζπλαληψληαη ζήκεξα θακία κέζνδνο πηζαλφηαηα δελ κπνξεί λα ζπλδπάζεη θαιχηεξα ηελ αθξίβεηα ησλ ππνινγηζκψλ κε ην ρακειφ θφζηνο, αλαθνξηθά ηνπ ππνινγηζκνχ ξνήο κάδαο θαη φγθνπ λεξνχ, φζν απηή ηνπ ππνινγηζκνχ ηεο θπθινθνξίαο δηακέζνπ ππνζαιαζζίσλ θαισδίσλ. Απηφ ζπκβαίλεη θαζψο νη ζπκβαηηθέο κέζνδνη ζπλαληνχλ πνιιά νηθνλνκηθά θαη ηερληθά πξνβιήκαηα θαζψο θαη ρξνληθνχο πεξηνξηζκνχο.

Πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα ηεο κεζόδνπ

Ζ κέζνδνο ηνπ ππνινγηζκνχ ηεο σθεάληαο θπθινθνξίαο δηακέζνπ ππνζαιαζζίσλ θαισδίσλ, φπσο πξναλαθέξζεθε, ππεξέρεη έλαληη ησλ ππνινίπσλ ζην θαιχηεξν δπλαηφ ζπλδπαζκφ ηνπ ρακεινχ θφζηνπο θαη ηεο αθξίβεηαο ζηνλ ππνινγηζκφ ξνήο κάδαο λεξνχ. Δθηφο απφ ην ρακειφ θφζηνο φκσο παξέρεη θαη ηε δπλαηφηεηα εμαγσγήο καθξνρξφλησλ ρξνλνζεηξψλ, θάηη πνπ ζεσξεηηθά ην θαζηζηά ηδαληθφ εξγαιείν γηα ηελ παξαθνινχζεζε κεηαθνξψλ ζαιαζζηλνχ λεξνχ δηακέζνπ θάπνηνπ πεξάζκαηνο, ζε εθαξκνγέο πνπ κειεηάηαη ε αιιειεπίδξαζε ζάιαζζαο σθεαλνχ, ζηε δηαρείξηζε ηρζπαπνζεκάησλ, ζε ζπζηήκαηα έγθπξεο εηδνπνίεζεο tsunami, φπσο επίζεο θαη γηα κειέηεο θιηκαηηθήο κεηαβνιήο.

Ζ ζπγθεθξηκέλε κέζνδνο φκσο ζπλαληά θαη έλαλ αξηζκφ πεξηνξηζκψλ – κεηνλεθηεκάησλ. Οη κεηξήζεηο επεξεάδνληαη ζεκαληηθά απφ ην πεδίν κεηαθνξάο, δηαθνξεηηθέο δηεπζχλζεηο ξεπκάησλ, απφ ηελ ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπ πεξηβάιινληνο, φρη κφλν θαηά κήθνο ηνπ θαισδίνπ αιιά θαη ζηνπο ζηαζκνχο κεηξήζεσλ, θαη θπζηθά απφ ηε ρσξηθή θαηαλνκή απηψλ ηνλ δχν παξακέηξσλ.

Ζ νξζή βαζκνλφκεζε ηνπ θαισδίνπ απαηηεί αθξίβεηα ζηνλ ππνινγηζκφ ηεο θπθινθνξίαο ηε δεδνκέλε πεξίνδν, θαζψο θαη έλα θαιφ ρξνληθφ δηάζηεκα παξαθνινχζεζεο απηήο. Ζ εκπεηξηθή βαζκνλφκεζε ηνπ θαισδίνπ πεξηνξίδεηαη απφ ηελ αθεξαηφηεηα ηεο εξκελείαο ησλ δεδνκέλσλ θαη απφ ηεο κεηαβνιέο ηεο ηάζεο ηνπ θαισδίνπ νθεηιφκελεο ζε εμσγελείο ε αλζξσπνγελείο παξεκβνιέο.

Ζ αλζεθηηθφηεηα ηεο βαζκνλφκεζεο ηνπ θαισδίνπ κπνξεί λα εθηηκεζεί κε ηε ιήςε καθξνπξφζεζκσλ ρξνλνζεηξψλ ζε ζπλδπαζκφ κε ππνινγηζκνχο ζην πεδίν.

(6)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 6 Τπόβαζξν θαη Ηζηνξηθή Αλαδξνκή

Φπζηθά ειεθηξνκαγλεηηθά πεδία ζηνπο σθεαλνχο κπνξνχλ λα έρνπλ εμσγελή πξνέιεπζε, απφ ειεθηξνγφλα ζπζηήκαηα (ηνλφζθαηξα θαη καγλεηφζθαηξα), αιιά θαη ελδνγελή, νθεηιφκελε ζηελ δπλακηθή επίδξαζε ησλ σθεάλησλ ξεπκάησλ κε ην καγλεηηθφ πεδίν ηεο γεο.

Ζ θίλεζε ελφο ζαιάζζηνπ ξεχκαηνο δηα κέζνπ ηνπ γήηλνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ δεκηνπξγεί κηα ειεθηξεγεξηηθή δχλακε θαηά ηελ εγθάξζηα ζην ξεχκα δηεχζπλζε. Έλα ζαιάζζην ξεχκα θηλεί ηα ηφληα θαη ξίδεο πνπ απαξηίδνπλ ην ζαιαζζηλφ λεξφ, ην νπνίν έηζη δξα ζαλ έλαο θηλνχκελνο αγσγφο ηνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο. Ό αγσγφο απηφο (ην ζαιαζζφλεξν) θηλείηαη εληφο ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο Γεο, θαη ε θίλεζε απηή δεκηνπξγεί κηα ειεθηξεγεξηηθή δχλακε κε δηεχζπλζε θάζεηε ζηε δηεχζπλζε ηνπ ξεχκαηνο. Ζ αιιειεπίδξαζε ησλ (θπξίσο νξηδφληηα θηλνχκελσλ) ηφλησλ ηνπ λεξνχ κε ηε θάζεηε ζπληζηψζα ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο γεο, δεκηνπξγεί επαγσγηθή ειεθηξεγεξηηθή δχλακε πνπ κπνξεί λα επεξεάζεη ηελ ξνή ειεθηξνλίσλ δηακέζνπ ελφο αγσγνχ θάζεηνπ ζηε θίλεζε ηνπ λεξνχ, ζχκθσλα κε ην λφκν ηνπ Faraday:

Νφκνο ηνπ Faraday

Tν θαηλφκελν ηεο ειεθηξνκαγλεηηθήο επαγσγήο αλαθαιχθζεθε θαη δηαηππψζεθε καζεκαηηθά απφ ηνλ Faraday ην 1831. ΢χκθσλα κε ην θαηλφκελν ηεο ειεθηξνκαγλεηηθήο επαγσγήο, ε λφκν ηνπ Faraday, φηαλ κεηαβάιιεηαη ε καγλεηηθή ξνή πνπ δηέξρεηαη απφ έλα αγψγηκν πιαίζην, επάγεηαη ζηα άθξα ηνπ πιαηζίνπ κηα ειεθηξεγεξηηθή δχλακε ε νπνία είλαη αλάινγε κε ηελ ηαρχηεηα κεηαβνιήο ηεο καγλεηηθήο ξνήο.

𝒆 = −𝒅𝜱_𝜝 𝒅𝒕

Όπνπ e ε ειεθηξεγεξηηθή δχλακε ζηα άθξα ηνπ πιαηζίνπ, t ν ρξφλνο θαη dΦΒ είλαη ε καγλεηηθή ξνή πνπ ππνινγίδεηαη ζε επηθάλεηα Α πνπ πεξηθιείεηαη απφ θχθισκα C, φπσο θαίλεηαη παξαθάησ:

𝜱_𝜝 = 𝑩

𝜜

𝒅𝑨

Μνλάδα κέηξεζεο ηεο καγλεηηθήο ξνήο είλαη ην 1 WB (Weber).

(7)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 7 Σν αξλεηηθφ πξφζεκν ζην λφκν ηνπ Faraday νθείιεηαη ζην λφκν ηνπ Lenz ζχκθσλα κε ηνλ νπνίν, ε πνιηθφηεηα ηεο επαγφκελεο ηάζεο ζην πιαίζην είλαη ηέηνηα ψζηε, εάλ ηα άθξα ηνπ πιαηζίνπ ηξνθνδνηνχλ έλα θνξηίν, ην ξεχκα πνπ ζα θπθινθνξήζεη λα παξάγεη έλα καγλεηηθφ πεδίν ην νπνίν λα αληηηίζεηαη ζην αίηην πνπ ην πξνθάιεζε. Σν ξεχκα ζην πιαίζην νλνκάδεηαη επαγσγηθφ ξεχκα.

Ο Faraday ήηαλ ν πξψηνο πνπ εμέθξαζε ην επαγφκελν ξεχκα ζηνλ αγσγφ, σο ζπλάξηεζε ηνπ αξηζκνχ ησλ δπλακηθψλ γξακκψλ ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ πνπ ηέκλνπλ ηνλ αγσγφ. Μνλάδα κέηξεζεο ηεο έληαζεο ελφο καγλεηηθνχ πεδίνπ (𝜝 ) είλαη ην 1 Tesla. Έλα Tesla εθθξάδεηαη θαη σο 𝟏^𝑾𝑩_𝒎_𝟐 = 𝟏_𝒎^𝑽𝒔_𝟐 (WB είλαη κνλάδα κέηξεζεο Weber πνπ ηζνχηαη κε Volts επί sec). Δπεηδή φκσο ην Tesla απνηειεί πνιχ κεγάιε κνλάδα κέηξεζεο γηα ηελ έθθξαζε ηεο έληαζεο ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο γεο, ρξεζηκνπνηνχκε ηε κνλάδα κέηξεζεο Gauss, φπνπ 1 Tesla = 10,000 Gauss.

΢ηελ πεξίπησζε πνπ αγσγφο θηλείηαη ζε καγλεηηθφ πεδίν 𝜝 , σο απνηέιεζκα ειεθηξνκαγλεηηθήο επαγσγήο αλαπηχζζεηαη κηα ειεθηξεγεξηηθή δχλακε 𝒆 ζηα άθξα ηνπ αγσγνχ, ε νπνία κπνξεί λα ππνινγηζηεί απφ ηελ παξαθάησ δηαλπζκαηηθή εμίζσζε (αθνχ ε κεηαβνιή ηεο ξνήο ζηε κνλάδα ηνπ ρξφλνπ ζα δίλεηαη απφ ^𝒅𝜱^𝜝

𝒅𝒕 =𝑩 _𝜜^𝒅𝑨_𝒅𝒕=𝑩 × 𝒗 𝒍 ) .

𝒆 = 𝒗 × 𝑩 𝒍 (1)

Όπνπ 𝒗 είλαη ην άλπζκα ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αγσγνχ, 𝑩 ε καγλεηηθή επαγσγή θαη ηέινο ην l ην κήθνο ηνπ αγσγνχ. Ζ πνιηθφηεηα ηεο επαγφκελεο ηάζεο νξίδεηαη απφ ηε θνξά ηνπ δηαλχζκαηνο 𝒗 × 𝑩 . Ζ θνξά ηνπ παξαπάλσ δηαλχζκαηνο δείρλεη ζην άθξν ηνπ αγσγνχ κε ην ζεηηθφ δπλακηθφ.

(8)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 8 (εηθ. 3)

Γεδνκέλνπ φηη ε ζάιαζζα παξνπζηάδεη κηα ζεκαληηθή ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ιφγσ ηεο πεξηεθηηθφηεηάο ηεο ζε ηφληα θαη ξίδεο, ην ζαιαζζηλφ λεξφ είλαη νπζηαζηηθά έλαο ειεθηξηθφο αγσγφο, ν νπνίνο θηλείηαη κέζσ ησλ ζαιαζζίσλ ξεπκάησλ. Σν φηη ηα ζαιάζζηα ξεχκαηα θηλνχληαη εληφο ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο Γεο έδσζε γηα πξψηε θνξά ζηνλ Henry Stommel ηελ ηδέα λα εθκεηαιιεπηεί ην λφκν ηνπ Faraday ζε πιαλεηηθή θιίκαθα γηα λα κεηξήζεη ηε ξνή ηνπ ζαιαζζηλνχ λεξνχ θάζεηα ζε δηάθνξεο ηνκέο ζηνλ Ωθεαλφ (1948). Σε δπλαηφηεηα δηελέξγεηαο ηεο κέηξεζεο ηεο ειεθηξηθήο δηαθνξάο δπλακηθνχ πνπ απαηηείηαη, ηε δίλνπλ ηα δηάθνξα πνληηζκέλα θαιψδηα γηα ηειεπηθνηλσληαθνχο ή ελεξγεηαθνχο ιφγνπο.

Εθαξκνγή ζηε ζάιαζζα

Όπσο αλαθέξακε παξαπάλσ, Ζ πξψηε ζεσξεηηθή εξγαζία πάλσ ζηε πεξηγξαθή ησλ ειεθηξνκαγλεηηθψλ πεδίσλ ζηνλ σθεαλφ πξνέξρεηαη απφ ηνλ Henry Stommel ην 1948. Μεηά ηνλ Stommel αθνινχζεζαλ θαη άιιεο ζεσξεηηθέο εξγαζίεο ζρεηηθά κε επηδξάζεηο απηψλ ησλ ειεθηξνκαγλεηηθψλ πεδίσλ απφ ηνπο, Longuest θαη Higgins ην 1949, Malkus θαη Stern ην 1952 θαη ηνπο Longuest Higgins et al. ην 1954.

Ζ πξψηε ιήςε δεδνκέλσλ απφ ππνζαιάζζηα θαιψδηα πξαγκαηνπνηήζεθε ζηε Florida επίζεο απφ ηνλ Stommel ην 1952. Έπεηηα αθνινχζεζαλ θαη άιιεο ζπιινγέο δεδνκέλσλ δηαθνξάο δπλακηθνχ απφ ηνπο Wertheim ην 1954 θαη ηνλ Bowden ην 1956.

(9)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 9 Αμίδεη λα αλαθεξζεί φηη κεγάιε ψζεζε ζηε κεζνδνινγία ιήςεο ησλ δεδνκέλσλ έπαημε ε εθεχξεζε ηνπ γεσκαγλεηηθνχ ειεθηξνθηλεηνγξάθνπ (GEK) απφ ηνλ Von Arx ην 1950. Ο γεσκαγλεηηθφο ειεθηξνθηλεηνγξάθνο (GEK) απνηέιεζε πξφδξνκν ηνπ ζεκεξηλνχ καγλεηφκεηξνπ αθξηβείαο θαη θαηέζηεζε δπλαηή ηελ αλάπηπμε ηεο πξψηεο νινθιεξσκέλεο κεζνδνινγίαο ππνινγηζκνχ σθεάληαο θπθινθνξίαο κε δεδνκέλα απφ ππνζαιάζζηα θαιψδηα.

(εηθ. 4, καγλεηφκεηξν γηα ηελ κέηξεζε ηεο έληαζεο ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο Γεο θαη ν αηζζεηήξαο ηνπ)

(10)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 10 ΜΔΘΟΓΟΛΟΓΗΑ

Ζ πξψηε πιήξεο κεζνδνινγία ζπιινγήο δεδνκέλσλ γηα ηελ κέηξεζε ησλ επαγσγηθψλ ξεπκάησλ πνπ δεκηνπξγνχληαη απφ ηελ θίλεζε ηνπ λεξνχ, αλαπηχρζεθε απφ ηνπο Sanford θαη Drever ην 1970.

Αληίζηνηρα ν Sanford ην 1971 δεκνζίεπζε ηελ πιένλ πιήξεο θαη νινθιεξσκέλε ζεσξεηηθή εξγαζία πάλσ ζηα θηλεηηθά επαγφκελα ειεθηξνκαγλεηηθά θαη ειεθηξηθά πεδία ζηε ζάιαζζα, βάζε αλαθνξάο γηα πεηξάκαηα αθφκα θαη ζε ζεκεξηλέο εθαξκνγέο.

Ωο ζπλέπεηα ηεο πξναλαθεξζείζαο εξγαζίαο θαηέζηε δπλαηφο ν πξψηνο αθξηβήο ππνινγηζκφο ηεο ξνήο κάδαο σθεάληνπ ξεχκαηνο κε ηε κέζνδν ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ, ηνπ Gulf Stream ζηελ πεξηνρή ησλ Florida Keys απφ ηνλ Sanford ην 1982.

Έπεηηα απφ ζχγθξηζε ησλ δεδνκέλσλ, απφ ηεο επηηπρεκέλεο σθεαλνγξαθηθέο κειέηεο ησλ Sanford 1982 θαη Larsen and Sanford 1985, κε απηά ησλ πξνθίι θπθινθνξίαο απφ ην

Pegasus θαη XCP (Spain et al. 1981), βξέζεθε φηη φλησο νη δηαθνξέο ηνπ δπλακηθνχ ζηα άθξα ησλ θαισδίσλ αθνινπζνχζαλ ηηο κεηαβνιέο ηνπ Gulf Stream (Spain and Sanford 1987).

(11)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 11 Σρέζε ζήκαηνο κε κεηαθνξά

Απηφ πνπ ζα καο απαζρνιήζεη θαη παξαθάησ είλαη θαηά πφζν ζα ήηαλ απνηειεζκαηηθή ζηα ειιεληθά πδξνδπλακηθά δεδνκέλα ε εθαξκνγή ηεο παξαπάλσ ηερληθήο. Ζ ζαιάζζηα θπθινθνξία κεηαμχ πεξαζκάησλ εξεπλεηηθνχ ελδηαθέξνληνο είλαη ηεο ηάμεσο ηνπ 0.1 Sv κε κεηαβνιέο πνπ πηζαλφηαηα δελ μεπεξλνχλ 50x10³m³/sec (1𝑠𝑣 = 10⁶𝑚³ 𝑠𝑒𝑐).

Ζ αληηζηνηρία δηαθνξάο ηάζεο ζηα άθξα ησλ θαισδίσλ θαη θπθινθνξίαο ζε ζρεηηθέο βηβιηνγξαθίεο πξνέθππηε απφ 25 Sv κέρξη 35 Sv αλά 1 Volt, δειαδή γηα θπθινθνξίεο ηεο ηάμεσο 0.1 Sv ζα είρακε κεηαβνιέο ηεο ηάμεσο κεξηθψλ δεθάδσλ mV θάηη πνπ ζεκαίλεη φηη πηζαλφηαηα νη κεηαβνιέο ηεο θπθινθνξίαο κπνξεί λα βξίζθνληαη ζην κέηξν ησλ εθαηνληάδσλ κV (Larsen 1985).

Παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηεο κεηξήζεηο

Ζ θπθινθνξία φκσο δελ είλαη ν κνλαδηθφο παξάγνληαο πνπ θαζνξίδεη πνηα ζα είλαη ε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ησλ δχν άθξσλ ηνπ θαισδίνπ. Τπάξρνπλ πνιινί παξάγνληεο πνπ πξνζζέηνπλ αβεβαηφηεηα ζην ζχζηεκα, νη πεξηζζφηεξνη απφ ηνπο νπνίνπο κπνξνχλ λα πξνζδηνξηζηνχλ θαη λα ππνινγηζηνχλ.

΢εκαληηθφηεξνο παξάγνληαο απφθιηζεο ηεο έληαζεο ηνπ ζήκαηνο είλαη ε παιίξξνηα ε νπνία πξνθαιεί κεγάιεο κεηαβνιέο ζε απηήλ. Λφγσ ηεο γλσζηήο πεξηνδηθφηεηαο ησλ δηαθπκάλζεσλ ηεο είλαη εχθνινο ν δηαρσξηζκφο ηεο θαηά ηελ επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ (Larsen and Sanford 1987).

Άιινη παξάγνληεο πνπ πξέπεη λα ιακβάλνληαη ππφςε είλαη ε γεσκεηξία θαη ην κήθνο ηνπ θαισδίνπ θαζψο φζν κεγαιψλεη ε απφζηαζε θαη πεξηπιέθεηαη ε γεσκεηξία ηνπ θαισδίνπ κεηαμχ ησλ δχν άθξσλ, ηφζν πην πνιιέο ζπληζηψζεο απνθηνχλ βαξχλνπζα ζεκαζία, θάηη πνπ ζπλεπάγεηαη πεξηπινθφηεξα κνληέια γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηεο ξνή κάδαο (Bains and Bell, 1987).

Πην αλαιπηηθά ζρεηηθά κε ηε θαηαζθεπή ηνπ θαισδίνπ θαη ηελ πεξηνρή πνπ βξίζθεηαη πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη ε έληαζε ηνπ επαγφκελνπ ξεχκαηνο κεηαβάιιεηαη ρξνληθά θαη ρσξηθά θαηά κήθνο ηνπ θαισδίνπ αλεμάξηεηα ηεο θηλήζεσο ηνπ λεξνχ.

Παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηελ έληαζε απηνχ είλαη ηνπηθά βξαρπθπθιψκαηα ηνπ

(12)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 12 επαγφκελνπ ειεθηξηθνχ πεδίνπ ιφγν αιιειεπίδξαζεο ηνπ κε ην ίδεκα ηεο πεξηνρήο ή κε ζηάζηκα πξνζθείκελα πγξά.

Αιιά θαη άιιεο γεσινγηθέο δξαζηεξηφηεηεο κπνξνχλ λα επεξεάζνπλ ηελ πνζφηεηα ηνπ επαγφκελνπ ξεχκαηνο δίλνληαο ηζρπξφ ζήκα αλεμάξηεην ηεο θίλεζεο ηνπ λεξνχ.

Ζιηαθά θαηλφκελα κπνξνχλ επεξεάζνπλ ηελ καγλεηφζθαηξα θαη λα κεηαβάινπλ ηελ έληαζε ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο γεο, αθφκα ηειινχξηα ξεχκαηα νθεηιφκελα ζηε θίλεζε ηνπ ππξήλα θαη ηνπ γεσκαγλεηηθνχ δπλακηθνχ (ιφγν ηεο ρακειήο ζπρλφηεηαο ηνπ ειεθηξηθνχ θαηλνκέλνπ απηνχ κπνξεί λα επεξεάζεη ζεκαληηθά ηεο κεηξήζεηο) θαη ηέινο ρεκηθέο αληηδξάζεηο ζηα άθξα ησλ ειεθηξνδίσλ κπνξνχλ λα κεηαβάινπλ ηελ ηάζε ηνπ ξεχκαηνο πνπ κεηξάηαη, αιιά ζπλήζσο ε παξαπάλσ δηεξγαζία είλαη ηφζν αξγή πνπ δελ ιακβάλεηαη ππφςε.

Μεηαβνιέο ζηελ αιαηφηεηα θαη ηε ζεξκνθξαζία κπνξνχλ λα πξνθαιέζνπλ επίζεο κεηαβνιέο ηεο ηάμεσο ησλ 500κV, αλά 1 ‰ (κεηαβνιή ζηελ αιαηφηεηα) θαη αλά βαζκφ θειζίνπ, θαη λα πξνζζέζνπλ αβεβαηφηεηα κέρξη θαη 20% ,ηδηαίηεξα ζε ζπζηήκαηα κε πεξηνξηζκέλε θπθινθνξία (Swenson 1981).

Επηπιένλ πξνυπνζέζεηο

Απαξαίηεηε θξίλεηαη ε ρξήζε ελφο θιηκαηνινγηθνχ κνληέινπ ζεξκνθξαζίαο- αιαηφηεηαο (T-S δηάγξακκα) ηεο πεξηνρήο πνπ πξαγκαηνπνηείηαη ην πείξακα θαζψο θαη ε γλψζε ησλ πδξνγξαθηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηεο. Μέζσ ηεο θαηαγξαθήο ησλ παξαπάλσ ραξαθηεξηζηηθψλ κπνξνχλ λα εμεηαζηνχλ πξνθίι αιαηφηεηαο.

΢ηα δεδνκέλα πνπ θαηαγξάθνληαη πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε νη δηαθπκάλζεηο νθεηιφκελεο ζηελ παιίξξνηα θαζψο θαη γεσκαγλεηηθέο δηαθπκάλζεηο πνπ παξεκβάινπλ ηηο κεηξήζεηο (Larsen and Sanford, 1985).

Πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη ζηηο αξρηθέο κεηξήζεηο πεξηιακβάλνληαη δηνξζψζεηο πνπ έρνπλ λα θάλνπλ κε ηελ ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπ εδάθνπο θαη κε παξεκβνιέο απφ ηα ίδηα ηα φξγαλα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε ζπλδπαζκφ κε απηέο ηνπ ρψξνπ πνπ βξίζθνληαη (π.ρ. θαιψδηα πςειήο ηάζεο θηι) (Larsen, 1992).

(13)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 13 Φπζηθέο αξρέο

Όπσο γλσξίδνπκε απφ ην λφκν ηνπ Ohm γηα κία θηλνχκελε ζηαζεξά ειεθηξηθήο αγσγηκφηεηαο ζ, δηακέζνπ ζηαζεξήο έληαζεο γεσκαγλεηηθνχ πεδίνπ B , ην ειεθηξηθφ πεδίν -θ θαη ε έληαζε ηνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο J ζπλδένληαη κε ηελ ηαρχηεηα ηνπ πεδίνπ v. Γεδνκέλνπ φκσο φηη νη θάζεηεο θηλήζεηο κπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ ακειεηέεο ε εθ ηεο αλαηνιήο ζηαζεξά (x) ηεο εμίζσζεο κπνξεί λα γξαθηεί:



𝝋



𝒙 = 𝑭_𝒛𝒗− 𝑱_𝒙 𝝈 (2)

Όπνπ v είλαη ε θαηά κήθνο ηνπ ζηελνχ ξνή θαη 𝝋 𝒙 είλαη ην ε κεζεβξηλή (αλαηνιή – δχζε) βαζκίδα ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ κεηαμχ ησλ ειεθηξνδίσλ, ζηα άθξα ππνζαιάζζηνπ θαισδίνπ.

Σν νινθιήξσκα ηεο εμίζσζεο (2) ρξεζηκνπνηείηαη θπξίσο γηα ηελ κεηαηξνπή ησλ δηαθνξψλ δπλακηθνχ απφ ππνζαιάζζηα θαιψδηα ζε κεηξήζεηο κεηαθνξάο. Γχν βαζηθέο παξαδνρέο ζα πξέπεη λα ηζρχνπλ ψζηε ηα απνηειέζκαηα λα είλαη αθξηβή (Spain and Sanford 1987).

 Ζ νξηδφληηα θαηαλεκεκέλε βαζκίδα ηνπ δπλακηθνχ κεηξνχκελν ζην ππζκέλα πξέπεη λα ζεσξεζεί νκνηφκνξθν ζε φια ηα επίπεδα, απφ ην αγψγηκν θνκκάηη ηνπ ππζκέλα έσο ηελ επηθάλεηα.

 Γεδνκέλνπ φηη πξφθεηηαη γηα θιεηζηφ θχθισκα, ε θπθινθνξία ηνπ

επαγφκελνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο απφ ην αγψγηκν θνκκάηη ηνπ ππζκέλα έσο ηελ επηθάλεηα πξέπεη λα ηθαλνπνηεί ηελ παξαθάησ ζρέζε:

𝐉^𝟎 _𝒙

−𝑯_𝒔

𝒅𝒛 = 𝟎

(𝐻_𝑠 ην βάζνο ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ αγψγηκνπ ππζκέλα)

Απηέο νη δχν παξαδνρέο εμεηάδνληαη δηαδνρηθά. Γεδνκέλνπ ελφο σθεάληνπ ξεχκαηνο, βαξνθιηληθνχ ε βαξνηξνπηθνχ, κε πιάηνο ηεο πεξηνρήο πνιχ κεγαιχηεξν ηνπ βάζνπο, ηα επαγφκελα ειεθηξηθά ξεχκαηα ζα είλαη παξάιιεια ηνπ ππζκέλα θαη νξηδφληηα ζε θάζε βάζνο. ΢ε απηή ηελ πεξίπησζε ε ηηκή ηεο νξηδφληηαο δηαβάζκηζεο (

(14)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 14 ηνπ δπλακηθνχ ζε βάζνο z = -μ, ζα πξέπεη λα ηζνχηαη ηεο ηηκήο πνπ έρνπκε ζην ππζκέλα εθφζνλ ην



𝐱 𝐅^𝝃 _𝐇𝐮𝒅𝒛

−𝑯

παξακέλεη κηθξφ (Sanford et al. 1978).

Ωο u νξίδνπκε ηελ νξηδφληηα θαη θάζεηε πξνο ην θαιψδην ζπληζηψζα ηεο ξνήο, FH

είλαη ε νξηδφληηα ζπληζηψζα ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο Γήο θαη H είλαη ην βάζνο ηνπ λεξνχ.

Ζ δεχηεξε βαζηθή παξαδνρή απαηηεί ηα ειεθηξηθά ξεχκαηα πνπ δελ ζρεηίδνληαη κε ηελ πξνο κειέηε ξνή λα κπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ ακειεηέα. Απηφο ν πεξηνξηζκφο επζηαζεί εάλ κεηαβνιέο θάζεηεο ζην πεδίν ηαρπηήησλ ηνπ ξεχκαηνο είλαη αξθεηά κηθξέο ψζηε ηα ειεθηξηθά ξεχκαηα λα κελ θηλνχληαη ζε νξηδφληηνπο βξφγρνπο (loops) θαη φηαλ δελ ππάξρνπλ παξεκβνιέο ειεθηξηθψλ ξεπκάησλ αλεμάξηεησλ ηεο θπθινθνξίαο απφ εμσηεξηθνχο παξάγνληεο (Sanford and Flick 1975).

Όηαλ ε (2) κπνξεί λα νινθιεξσζεί θάζεηα απφ ηε βάζε ηνπ αγψγηκνπ ππζκέλα κέρξη ηελ επηθάλεηα θαη εθφζνλ νη παξαπάλσ παξαδνρέο ιακβάλνληαη ππφςε ηφηε έρνπκε:

𝒅𝝋

𝒅𝒙 𝝈𝒅𝒛 = 𝝈𝑩_𝒛

𝟎

−𝑯 𝟎

−𝑯_𝒔

𝒗𝒅𝒛 − 𝑱_𝒙𝒅𝒛 + 𝝈𝑩_𝒛𝒗𝒅𝒛

𝑯

−𝑯_𝒔 𝟎

−𝑯_𝒔

΢ηελ παξαπάλσ εμίζσζε ν πξνηειεπηαίνο φξνο απαιείθεηαη, φπσο πεξηγξάςακε παξαπάλσ, ιφγσ ηεο χπαξμεο θιεηζηνχ ειεθηξηθνχ θπθιψκαηνο.

Οπφηε κε ηηο παξαπάλσ παξαδνρέο πξνθχπηεη ε παξαθάησ εμίζσζε, δεδνκέλνπ φηη ε δηαθνξά ηάζε ζηα άθξα ηνπ θαισδίνπ παξακέλεη ζηαζεξή κε ηε κεηαβνιή ηνπ βάζνπο.

𝝋

𝒙

= 𝜝

_𝒛

(

^−𝜢^𝟎 ^{𝝈𝒗𝒅𝒛}

𝟎 𝝈𝒅𝒛

−𝑯𝒔

)

(3)

Ζ (3) νξίδεη φηη ε εγθάξζηα ζην ΢ηελφ βαζκίδα δπλακηθνχ, κεηξνχκελε απφ ζηάζηκα ειεθηξφδηα ζε θάζε βάζνο, είλαη αλάινγε ηεο παξάιιειεο κε ην δηακήθε άμνλα ηνπ ζηελνχ ζπληζηψζαο ηεο ηαρχηεηαο ηνπ ξεχκαηνο, ζηαζκηζκέλεο κε ηε κέζε αγσγηκφηεηα.

(15)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 15 ΢χκθσλα κε ηνλ Sanford (1971) πξνθχπηεη :

𝛔𝐯𝒅𝒛^𝟎

−𝜢

𝛔𝒅𝒛 = 𝐯 ∗^𝟎

−𝑯𝒔

Ζ ( ⁻ )πάλσ απφ ην γξάκκα ζπκβνιίδεη ην κέζν βάζνο λεξνχ.

Ζ εμίζσζε (3) κπνξεί λα εξκελεπηεί δειψλνληαο φηη ε παξαηεξνχκελε πξνο ή παξάιιεια κε ην θαιψδην βαζκίδα δπλακηθνχ ηζνδπλακεί κε απηήλ πνπ ζα πξνθαινχζε έλα βαξνηξνπηθφ ξεχκα πνπ ζα θηλείην κε ηαρχηεηα 𝐯 * παξάιιεια κε ηνλ άμνλα ηνπ ζηελνχ.

Γηα δεδνκέλα βαζηάο ζάιαζζαο, παξαηεξήζεηο δείρλνπλ φηη ε 𝐯 * αληηθαηνπηξίδεη ηελ κέζε θάζεηε ηαρχηεηα 𝐯 κε ζθάικα ηεο ηάμεσο ηνπ 10 (Sanford et al. 1985).

Ζ ζρέζε κεηαμχ απηψλ ησλ δχν ηαρπηήησλ πξνθχπηεη απφ ηνλ νξηζκφ ηεο 𝐯 *.

𝐯 ∗=

_𝛔_{𝐯 (𝟏+𝛌)}^𝛔𝐯

𝐯

⁽⁴⁾

Σν ζχκβνιν ι είλαη ν ιφγνο ηεο ειεθηξηθήο αγσγηκφηεηαο ηνπ ππζκέλα ( _−𝐻𝑠^−𝐻 σ𝑑𝑧) θαη ηεο ζηήιεο λεξνχ ( σ𝑑𝑧_−𝐻⁰ ). Παξφιν πνπ ε ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπ ππζκέλα δελ κεηαβάιιεηαη ην ι κπνξεί λα είλαη πνιχ κεγαιχηεξν ζε ξερά λεξά απ φηη ζε βαζχηεξα. Οπφηε θαη ζε αληίζεζε κε ην βαζχ σθεαλφ ην 𝐯 κπνξεί λα μεπεξλά θαηά πνιχ ην 𝐯 *ζε ξερά λεξά (Sanford and Flick 1975).

Ζ ζρέζε κεηαμχ ηνπ 𝐯 * θαη ηεο κεηαθνξάο αλά κνλάδα κήθνπο εγθάξζηα ζην ζηελφ tr, πξνζδηνξίδεηαη εηζάγνληαο ηελ έλλνηα ηνπ ηζνδχλακνπ βάζνπο λεξνχ 𝐇_𝒆.

𝐯^∗𝐇_𝐞 = 𝐯𝐇 = 𝐭𝐫 (5)

Ζ θπζηθή εξκελεία ηνπ ηζνδχλακνπ βάζνπο λεξνχ 𝐇_𝒆 πξνθχπηεη απφ ηνλ ζπλδπαζκφ ηεο εμηζψζεσλ (4) θαη (5) γηα λα δείμνπλ φηη:

𝐇_𝒆 = 𝚮(𝟏 + 𝛌)𝛔 𝐯 𝛔𝐯

(16)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 16 Ζ ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπ ππζκέλα κπνξεί λα κνληεινπνηεζεί σο έλα επίπεδν ζαιαζζηλνχ λεξνχ κε βάζνο ιH πνπ επηθαιχπηεη έλα ππζκέλα κεδεληθήο αγσγηκφηεηαο.

Απφ ηελ ππέξζεζε ηεο παξαηεξνχκελεο ζηήιεο λεξνχ θαη ηνπ ηζνδχλακνπ επηπέδνπ πνπ εηζάγακε πξνεγνπκέλσο, ζα πξνέθππηε βάζνο H(1+ι) θαη ίδηα ζπλνιηθή αγσγηκφηεηα κε απηή ηνπ πεξηβάιινληνο. Ο παξάγνληαο 𝛔 𝐯 𝛔𝐯 πξνζεγγίδεη ηελ κνλάδα κε απφθιηζε ηεο ηάμεσο ηνπ 10.

Σέινο γηα κε αγψγηκν ππζκέλα ην 𝐇_𝒆 είλαη πεξίπνπ ίζν κε ην H, αληίζεηα απ φηη ζπκβαίλεη ζε πεξίπησζε ππζκέλα κε πςειή ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα, φπνπ ην 𝐇_𝒆 είλαη πνιχ κεγαιχηεξν απφ ην H.

΢ρεηηθά κε ηα ππνζαιάζζηα θαιψδηα πξνζαλαηνιηζκέλα απφ ηελ αλαηνιή ζηε δχζε, ε δηαθνξά δπλακηθνχ ΓΦ, κπνξεί λα εθθξαζηεί σο ην πιεπξηθφ νινθιήξσκα ηεο εμίζσζεο (3) αληηθαζηζηψληαο ηελ (4) θαη (5) ψζηε πξνθχπηεη:

𝜟𝜱

𝑭_𝒛

=

_𝑯^𝒕𝒓

𝒆

𝑳

𝟎

𝒅𝒙

(6) Όπνπ ην Fz παξακέλεη ακεηάβιεην απφ ηελ νινθιήξσζε. Σν νινθιήξσκα πεξηιακβάλεη ηε κεηαθνξά θάζεηα ζην θαιψδην (tr) ζε ζρέζε κε ην ηζνδχλακν βάζνο (𝑯_𝒆), γηα απφζηαζε L, ζην νξηδφληην επίπεδν, κεηαμχ ησλ ειεθηξνδίσλ. ΢ηηο πεξηζζφηεξεο πεξηπηψζεηο απηή ε απφζηαζε L ραξαθηεξίδεη ην κέγεζνο ελφο ζηελνχ.

Ζ δηαθνξά δπλακηθνχ ηνπ ππνζαιαζζίνπ θαισδίνπ κπνξεί λα ζπλδεζεί κε ηε κεηαθνξά Σ ρξεζηκνπνηψληαο κηα καζεκαηηθή ηερληθή, Reynolds decomposition, θαηά ηελ νπνία, γηα πδάηηλεο ξνέο, κηα ζηηγκηαία πνζφηεηα ππνδηαηξείηαη ζε κέζεο ρξνληθά κεηαβιεηέο πνζφηεηεο, νπζηαζηηθά δηαρσξίδνληαο ηεο κέζεο πνζφηεηεο απφ ηεο κεηαβαιιφκελεο. ΢ηε πξνθεηκέλε πεξίπησζε ρξεζηκνπνηείηαη ζην δεμί κέινο ηεο εμίζσζεο (6) φπνπ νη νξηδφληηνη κέζνη φξνη θαη νη κεηαβιεηέο επηζεκαίλνληαη απφ ηα ζχκβνια ( < > ) θαη ( ΄ ) αληίζηνηρα. Έηζη έπεηηα απφ πνιπσλπκηθή επέθηαζε ηεο (6) πξνθχπηεη:

𝜟𝜱

𝑭_𝒛 = 𝑻

< 𝐻_𝒆 >−< 𝒕 𝑯 _𝒆 > 𝐿

< 𝑯_𝒆 >^𝟐 + 𝑶 𝑯_𝒆

< 𝑯_𝒆 >

(17)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 17 Οη παξάγνληεο πνπ παίδνπλ ζεκαληηθφ ξφιν ζηε γξακκηθφηεηα ηεο ζρέζεο ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ κε ηελ θπθινθνξία γίλνληαη αληηιεπηνί φηαλ νη πςειφβαζκνη φξνη ηεο εμίζσζεο αγλνεζνχλ:

𝜟𝜱

𝑭_𝒛

=

^𝑻

<𝑯_𝒆>

𝟏 −

^{<𝒕 𝑯}^𝒆^>

<𝑯_𝒆>|𝒕𝒓| (7) (a) (b)

Απφ ηελ εμίζσζε (7) γίλεηαη εκθαλέο φηη ε κεηξνχκελε δηαθνξά δπλακηθνχ δελ εμαξηάηαη κφλν απφ ην κέγεζνο ηεο κεηαθνξάο θαη ηεο ειεθηξηθήο αγσγηκφηεηαο ηνπ πεξηβάιινληνο, φξνο (a), αιιά θαη απφ ηελ ρσξηθή θαηαλνκή απηψλ ησλ δχν, φξνο (b).

΢εκαληηθή παξαηήξεζε απνηειεί ην γεγνλφο φηη ζηελ εμίζσζε (6) θαη νη δχν φξνη είλαη αληηζηξφθσο αλάινγνη ηνπ ηζνδχλακνπ βάζνπο He. Απηφ ζεκαίλεη φηη γηα κεγάια ηζνδχλακα βάζε ε γξακκηθφηεηα ηεο ζρέζεο ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ κε ηε κεηαθνξά (ΓΦ-Σ) ζα εληζρχεηαη θαζψο ην κε γξακκηθφ θνκκάηη ηνπ ΓΦ, πξντφλ ηνπ γηλνκέλνπ ηεο (a) κε ηε (b) εμαξηάηαη ηεηξαγσληθά απφ ην <Ζe>.

Δθηφο απφ ηελ πεξίπησζε πνπ ην tr θαη ην He δελ ζρεηίδνληαη έλα θπζηθφ αληηζηάζκηζκα ζα ππάξρεη κεηαμχ ηνπ κεγέζνπο ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ θαη ηελ γξακκηθφηεηα ηεο ζρέζεο κεηαθνξάο – δηαθνξάο δπλακηθνχ. Ο ππνινγηζκφο απηνχ ηνπ αληηζηαζκίζκαηνο είλαη ην θιεηδί ζηε θαηαλφεζε ηνπ αλ φλησο νη κεηαβνιέο ζηε δηαθνξά ηάζεο αληηθαηνπηξίδνπλ ηε κεηαβιεηφηεηα ηεο κεηαθνξάο.

Ρεχκαηα νκνγελή κε ην βάζνο (ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ παιηξξντθψλ)

΢ε απινχζηεξα πδξνδπλακηθά ζπζηήκαηα θαη ζε ζπζηήκαηα πνπ ε παιίξξνηα είλαη ην πξνο κειέηε ραξαθηεξηζηηθφ, ν ππνινγηζκφο ηεο ξνήο κάδαο λεξνχ κπνξεί λα ππνινγηζηεί ρξεζηκνπνηψληαο απεπζείαο ηελ εμίζσζε (1) (λφκνο ηνπ Faraday) πξνζαξκνζκέλεο ψζηε λα πξνθχπηεη ε παξαθάησ εμίζσζε:

𝑬 = 𝒗 𝑭_𝒛𝑳 × 𝟏𝟎^−𝟖𝑽

(18)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 18 Όπνπ Δ είλαη ε έληαζε ηνπ επαγφκελνπ ειεθηξνκαγλεηηθνχ πεδίνπ,𝐯 ε κέζε ηαρχηεηα ζε ζρέζε κε ην βάζνο, Fz ε θάζεηε ζπληζηψζα ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ θαη ηέινο L ην πιάηνο ηνπ ζηελνχ.

(εηθ. 6)

Δθφζνλ ππνινγηζηεί ε έληαζε ηνπ επαγφκελνπ ειεθηξνκαγλεηηθνχ πεδίνπ, κπνξεί λα ππνινγηζηεί θαη ε δηαθνξά δπλακηθνχ, φπνπ:

𝜟𝜱 = 𝜹 × 𝜠

Με ηελ ζηαζεξά δ λα ζρεηίδεηαη κε ηελ εηδηθή ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπ ππζκέλα Κ0, ηελ εηδηθή ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπ ζαιαζζηλνχ λεξνχ Κ1 θαη ην κέγηζην βάζνο D φπσο θαίλεηαη παξαθάησ.

𝟏

𝜹− 𝟏 = 𝜶 𝟏 𝜥_𝟏 𝜶 = 𝜥_𝟎 𝟐𝑫

Οη παξαπάλσ εμηζψζεηο κπνξνχλ λα εθαξκνζηνχλ κφλν ζε ζπζηήκαηα φπνπ ε δηαηνκή ηνπ ζηελνχ πξνζεγγίδεη ηελ ειιεηπηηθή κνξθή, δειαδή ζηελά πεξάζκαηα, ε γηα πεξηνρέο κε παξφκνηα πδξνγξαθηθά ραξαθηεξηζηηθά.

Ζ παξνχζα πξνζέγγηζε ππνζέηεη κία νκνηφκνξθε κέζε ηαρχηεηα θάζεηα ζηε ζηήιε ηνπ λεξνχ, 𝐯 , θαηά κήθνο ηνπ θαισδίνπ έηζη ψζηε:

(19)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 19 𝜯_(𝒕) = 𝒗 𝒉 𝑳 = 𝒗 ^∗𝒉 𝑳

Όπνπ T_(t) είλαη ε κεηαθνξά ζηε κνλάδα ηνπ ρξφλνπ t θαη ην 𝐡 είλαη ην κέζν βάζνο λεξνχ θαηά κήθνο ηνπ θαισδίνπ, φπσο πξνζδηνξίδεηαη παξαθάησ:

𝒉 = (𝟏 𝑳 ) 𝒉^𝑳

𝟎

𝒅𝒙 Παξφκνηα ππνινγίδεηαη θαη ην 𝐯 ^∗.

Αθφκα θαη εάλ ην 𝐯 δελ είλαη νκνηφκνξθα θαηαλεκεκέλν θαηά κήθνο ηνπ θαισδίνπ, ν παξαθάησ ιφγνο:

𝒗

𝑳 𝟎

𝒉 𝒅𝒙 𝒗 ^∗𝒉 𝑳

Πξνζεγγίδεη ηελ κνλάδα, φζν αθνξά ηα παιηξξνηαθά ξεχκαηα. Αθφκα αμίδεη λα αλαθεξζεί φηη ην 𝒗 κπνξεί λα αληηθαηαζηαζεί απνηειεζκαηηθά απφ κνλάδα κεηαθνξάο (φγθνπ λεξνχ) πξνο κνλάδα κήθνπο (ηκήκαηνο ηνπ πιάηνπο ηνπ θαλαιηνχ).

Δλ θαηαθιείδη ε ξνή ηνπ λεξνχ κπνξεί λα ππνινγηζηεί απφ ην παξαθάησ νινθιήξσκα:

𝜯_(𝒕) = 𝒗

𝑳 𝟎

𝒉 𝒅𝒙 (Peter Hughes, 1969).

(20)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 20 Δθαξκνγέο πνπ έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί

Η πεξίπησζε ηεο Florida θαη ησλ λεζηψλ Bahamas

Μεηξήζεηο δηαθνξάο δπλακηθνχ ζε ππνβξχρηα θαιψδηα κε ζθνπφ ησλ πξνζδηνξηζκφ ηεο ξνήο κάδαο ηνπ ζαιαζζηλνχ λεξνχ έρνπλ γίλεη αξθεηέο. Όπσο πξναλαθέξζεθε ε αξρή έγηλε απφ ηνπο Sanford θαη Larsen ην 1981 θαη ην 1985 κεηαμχ ηεο Florida θαη ηνπ κεγάινπ λεζηνχ ησλ Bahamas φπνπ ζε ζπλδπαζκφ κε ζπιινγή δεδνκέλσλ απφ πισηήξεο (Pegasus, XCP) παξνπζηάζηεθε κηα αξθεηά πιήξεο πεξηγξαθή ηεο θπθινθνξίαο ηνπ ξεχκαηνο ηνπ Κφιπνπ (Gulf Stream).

Πην αλαιπηηθά ε θπθινθνξία ηνπ ξεχκαηνο ηεο Florida (Gulf Stream) πξνζδηνξίζηεθε κε ηε ρξήζε δχν ηκεκάησλ ππνζαιάζζηνπ θαισδίνπ κεηαμχ ηνπ Jupiter ζηε Florida θαη ηνπ Settlement Point ζην Grand Bahamas Island, γηα ηε κέηξεζε ηνπ επαγφκελνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο. Σα δχν ηκήκαηα ηνπ ππνζαιάζζηνπ θαισδίνπ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε βξίζθνληαλ θάζεηα ζηε θαηεχζπλζε ηνπ ξεχκαηνο.

Δπεηδή ην παξφλ θαιψδην είρε ζπάζεη πεξίπνπ ζηα 10km απφ ηηο αθηέο ηεο Florida, νη δηαθνξέο δπλακηθνχ θαηαγξάθνληαλ ζπγρξνληζκέλα θαη απφ ηα δχν άθξα ηνπ θαισδίνπ ζηνπο δχν ζηαζκνχο ζην Jupiter θαη ζην Settlement Point.

΢πγρξνληζκέλεο κεηξήζεηο κε πξνθίι θπθινθνξίαο απφ ζηαζκνχο ηνπ Pegasus κε απηέο ησλ ππνζαιαζζίσλ θαισδίσλ, έδεημαλ βαζκφ αιιεινζπζρέηηζεο 0.97. Ζ ζηαζεξά κεηαηξνπήο ππνινγίζηεθε ζηα 25 ±0.7 Sv αλά Volt, ελψ ε ηεηξαγσληθή κέζε ξίδα ηεο απφθιηζεο ππνινγίζηεθε ζηα 0.7 Sv. Σν επαγψκελν ειεθηξηθφ ξεχκα ήηαλ θαηά 50% κεγαιχηεξν ηεο ηηκήο

(21)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 21 ηνπ αλνηρηνχ θπθιψκαηνο, ππνδεηθλχνληαο φηη ε ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπ ππζκέλα είλαη πεξίπνπ ίζε κε απηή ηνπ ζαιαζζηλνχ λεξνχ.

Τπνζέηνληαο ηελ κε χπαξμε δπλακηθνχ πνιψζεσο κεηαμχ ησλ ζπαζκέλσλ άθξσλ ηνπ θαισδίνπ, επηβεβαηψζεθε ε ηζνδπλακία ησλ γεηψζεσλ κεηαμχ ησλ ζηαζκψλ ηνπ Settlement Point θαη ηνπ Jupiter πεηξακαηηθά κε ηε ρξήζε ειεθηξνδίσλ Ag-AgCl ζηα δχν άθξα.

Έπεηηα ην δπλακηθφ πνιψζεσο ζην ζπαζκέλν ζεκείν ππνινγίζηεθε ζηα 430mV νθεηιφκελν ζε ειεθηξνρεκηθέο δηεξγαζίεο ζηα εθηεζεηκέλα άθξα.

Ζ βαζκνλφκεζε ησλ κεηξήζεσλ ηνπ θαισδίνπ έγηλε κε ηε ρξήζε πξνθίι θπθινθνξίαο απφ ηνπο ζηαζκνχο κεηξήζεσλ ηνπ πξνγξάκκαηνο Pegasus. Ζ κεηξήζεηο απφ ην Pegasus αλάρζεθαλ ζε κέζεο εκεξήζηεο θπθινθνξίεο ρξεζηκνπνηψληαο ηνπο θαηαιιειφηεξνπο δεηγκαηνιεπηηθνχο ζηαζκνχο ηνπ Pegasus κεηαμχ ηνπ Settlement Point, Bahamas θαη ηνπ Jupiter, Florida, ππνζέηνληαο γξακκηθή κεηαβνιή κεηαμχ ησλ κεηξήζεσλ.

Με ηελ παξαπάλσ δηαδηθαζία πξνθχπηεη ην 75% ησλ απαηηνχκελσλ ηηκψλ γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο κέζεο θπθινθνξίαο . Σν 17% πξνθχπηεη ρξεζηκνπνηψληαο ηηο πξνεγνχκελεο ε επφκελεο ηηκέο ησλ κεηξήζεσλ (Γt ≤ 1εκέξα) ππνζέηνληαο γξακκηθέο κεηαβνιέο ζην δηάζηεκα κεηαμχ ησλ κεηξήζεσλ, ελψ ηέινο έλα 8% ησλ ππνιεηπφκελσλ ηηκψλ ππνινγίδνληαη απφ ηηκέο ησλ βαξηνγξακκάησλ κεηαμχ δχν ζηαζκψλ κεηξήζεσλ.

΢ηε παξνχζα εξγαζία ησλ Larsen and Sanford 1985, ε δηαθνξά δπλακηθνχ (Γθ) κεηαμχ ηνπ Settlement Point θαη ηνπ ζεκείνπ πνπ ζπάεη ην θαιψδην ζπζρεηίδεηαη κε ηε κεηαθνξά (Σ) κε ην παξαθάησ ηχπν:

𝜯(𝒕) = 𝑯_𝒆[𝜟𝝋 𝒕 + 𝒁] 𝑭_𝒁

Όπνπ t ν ρξφλνο, Ζe ε αγσγηκφηεηα ζε ζπζρέηηζε κε ην βάζνο θαη ε θάζεηε ζπληζηψζα ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο γεο 𝑭_𝒁 = −𝟎. 𝟒𝟐 Gauss. Σέινο Z ε ζηαζεξά δηφξζσζεο ησλ κεηξνχκελσλ Volt απφ παξεκβνιέο δπλακηθνχ ζηα άθξα ησλ θαισδίσλ.

Οη κέζεο εκεξήζηεο ηηκέο ησλ κεηξνχκελσλ δηαθνξψλ δπλακηθνχ απφ ην Settlement Point κέρξη ην ζπάζηκν ηνπ θαισδίνπ ζε ζπλδπαζκφ κε ηηο 63 εκέξεο πξνθίι θπθινθνξίαο απφ ην Pegasus πξνζδηνξίδνπλ ην 𝑯_𝒆 = 𝟏𝟎𝟓𝟎 ± 𝟑𝟎𝒎 θαη ην 𝒁 = −𝟎. 𝟒𝟑 ± 𝟎. 𝟎𝟑𝑽. Δπηπιένλ βξίζθνπκε αληηζηνηρία ζηε κεηαβνιή 1Sv ζε 𝟒𝟎 ± 𝟏. 𝟏𝒎𝑽 δηαθνξάο δπλακηθνχ ζην ππνζαιάζζην θαιψδην.

(22)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 22 Σα δηαγξάκκαηα ζπζρέηηζεο ησλ κέζσλ ηηκψλ απφ ην Pegasus κε απηά ησλ ηηκψλ απφ ηα ππνβξχρηα θαιψδηα δείρλνπλ άξηζηε ζπκθσλία ζηνλ ππνινγηζκφ ηεο θπθινθνξίαο θάηη πνπ επηβεβαηψλεη ηελ αμηνπηζηία ηεο κεζφδνπ ζηελ παξαθνινχζεζε ησλ εκεξήζησλ κεηαβνιψλ γηα κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα (Larsen 1985).

Η πεξίπησζε ηεο Βαιηηθήο

(εηθ. 7, Peter Sigray, 2003)

Ζ κέζνδνο ππνινγηζκνχ κεηαθνξάο ζαιαζζηλνχ λεξνχ δηακέζνπ ζηελνχ κε ππνινγηζκφ ηνπ επαγφκελνπ ειεθηξηζκνχ ρξεζηκνπνηήζεθε θαη ζηε Bαιηηθή γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηνλ βαξνηξνπηθψλ ξεπκάησλ.

Ζ Bαιηηθή είλαη κία απφ ηηο κεγαιχηεξεο εκίθιεηζηεο ζάιαζζεο ζηνλ θφζκν θαη κειεηάηαη εδψ θαη δεθαεηίεο. ΢ηε πξνθείκελε πεξίπησζε ρξεζηκνπνηήζεθε έλα θαιψδην νπηηθψλ ηλψλ κεηαμχ ηνπ Va stervik ηεο επεηξσηηθήο ΢νπεδίαο θαη ηνπ Visby ζηε Gotland, ην κεγαιχηεξν λεζί ηεο Bαιηηθήο. Σν θαιψδην είρε κήθνο κηθξφηεξν απφ 100 Km oπφηε δελ παξεκβαιιφηαλ θάπνηνο νπηηθφο εληζρπηήο.

(23)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 23 Δηδηθφηεξα ν καλδχαο ηνπ θαισδίνπ έρεη ράιθηλν πεξίβιεκα ψζηε λα πξνζηαηεχεη ηηο ίλεο άλζξαθα ηνπ θαισδίνπ απφ ηηο επηβιαβείο ζπλέπεηεο ηεο δηάρπζεο πδξνγφλνπ.

Απηφ ζεκαίλεη φηη ιφγσ ηεο αγσγηκφηεηαο ηνπ ραιθνχ κπνξνχζαλ λα ιεθζνχλ κεηξήζεηο κε ειάρηζηε επέκβαζε ζην θαιψδην.

Ζ κφλε επέκβαζε πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζην θαιψδην ήηαλ ε γείσζε πνπ έπξεπε λα γίλεη ζην έλα απφ ηα δχν άθξα κε ηξφπν ηέηνην ψζηε λα επηβεβαηψλεηαη θαιή επαθή κε ην ζαιαζζηλφ λεξφ. ΢ηε πξνθείκελε πεξίπησζε ε γείσζε έγηλε ζηε Gotland.

Ζ κεζνδνινγία ιήςεο ησλ δεδνκέλσλ θαίλεηαη παξαθάησ.

(εηθ. 8, Peter Sigray, 2003)

Όπνπ ηα παξαπάλσ ζχκβνια ζεκαίλνπλ: VG είλαη ε γείσζε ζην V𝑎 stervik (Σνπεδία), GG ε γείσζε ζηε Gotland, PC ν ππνινγηζηήο πνπ ζπιιέγεη θαη ζπκπηέδεη ηα δεδνκέλα, TG ζπζθεπή ππνινγηζκνχ ηνπ ρξφλνπ ιήςεο κέηξεζεο, GPS παγθφζκην ζχζηεκα εληνπηζκνχ, GPIB δηεπαθή κε ην ρξνλφκεηξν (TG), TJ πξίδα ηειεθψλνπ, Fi θίιηξν ζπρλνηήησλ, MM πνιχκεηξν, FG καγλεηφκεηξν γηα ην ππνινγηζκφ ηεο έληαζεο ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο γεο θαη ζηνπο ηξείο άμνλεο, Fib ζπλέρεηα ηνπ θαισδίνπ, Ma ν καλδχαο ραιθνχ ηνπ θαισδίνπ θαη ηέινο FC είλαη ην θαιψδην νπηηθψλ ηλψλ.

Όπσο γίλεηαη θαηαλνεηφ απφ ην παξαπάλσ δηάγξακκα νη κεηξήζεηο απφ ην καγλεηφκεηξν αθξηβείαο γίλνληαλ παξάιιεια κε ηε ιήςε δεδνκέλσλ απφ ην θαιψδην ψζηε λα πξνζδηνξηζηεί ε επίδξαζε ηεο κεηαβιεηφηεηαο ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηεο γήο. Βξέζεθε φηη γεσκαγλεηηθέο κεηαβνιέο έρνπλ επίδξαζε ζηηο κεηξήζεηο ζε βάζνο ρξφλνπ κίαο εβδνκάδνο.

(24)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 24 Σα δεδνκέλα απφ ηα ππνζαιάζζηα θαιψδηα ζπγθξίζεθαλ κε δεδνκέλα απφ ηνλ ππνινγηζκφ ησλ γεσζηξνθηθψλ ξεπκάησλ, κέζσ ππνινγηζκνχ ηνπ εχξνπο ησλ παιηξξνηψλ.

Ζ παξαπάλσ ζχγθξηζε ησλ απνηειεζκάησλ έδεημε φηη θαη νη δχν κεζνδνινγίεο επεξεάδνληαη απφ ηελ ζηξσκάησζε ηνπ δπηηθνχ ηκήκαηνο ηεο ιεθάλεο ηνπ Gotland.

Ωο ζπλέπεηα ηεο παξαπάλσ παξαηήξεζεο έγηλαλ θάπνηεο κεηαηξνπέο ζηηο κεηξήζεηο θπθινθνξίαο, έηζη ψζηε λα ιακβάλνληαη ππφςε νη επηδξάζεηο ηεο ζηξσκάησζεο θαη ηα γεσινγηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ βξαρψδνπο ππνζηξψκαηνο. Μέζσ ηεο αληηζηνίρεζεο ησλ δεδνκέλσλ απφ ηηο δχν δηαθνξεηηθέο κεζνδνινγίεο, ην αινθιηλέο ππνινγίζηεθε ζε βάζνο 78 κέηξσλ, ζε ζπκθσλία κε ηα πδξνγξαθηθά δεδνκέλα ηεο πεξηνρήο (Sigray et al 2003, 2006).

Εθαξκνγή κεηαμχ Ιαπσλίαο θαη Ν. Κνξέαο

(εηθ. 9, Kuh Kim And Sang Jin Lyu et al. 2004)

(25)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 25 Αθφκα κία ζεκαληηθή εθαξκνγή έγηλε ζην ζηελφ κεηαμχ Κνξέαο θαη Ιαπσλίαο γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηεο κεηαθνξάο ηνπ Tsushima Current ην νπνίν παίδεη ζεκαληηθφ ξφιν ζην θιίκα ηεο Ιαπσλίαο ηεο Κίλαο θαη ηεο Κνξέαο, κεηαθέξνληαο ζεξκφηεηα ζηνλ αλαηνιηθφ σθεαλφ πξνθαιψληαο αληίζηνηρα θαη κεηαβνιέο ζηελ αιαηφηεηα ησλ πξνζθείκελσλ ζαιαζζψλ. Σα δεδνκέλα ηεο έξεπλαο απηήο είλαη πνιχ ζεκαληηθά θαζψο ε πεξηνρή παξνπζηάδεη έληνλε αιηεπηηθή δξαζηεξηφηεηα.

Οη κέρξη ηφηε κεζνδνινγία κεηξήζεσλ πεξηειάκβαλε ξεπκαηνγξάθνπο (ADCP) πνπ εθκεηαιιεχνληαλ ην θαηλφκελν θχιηζεο ησλ ζπρλνηήησλ (Doppler), αγθπξνβνιεκέλνπο ζην ππζκέλα ζηελ είζνδν θαη ζηελ έμνδν ηνπ ζηελνχ ηεο Κνξέαο θαη ζε απφζηαζε 25 κέηξσλ κεηαμχ ηνπο. Οη ξεπκαηνγξάθνη ζπλέιεγαλ δεδνκέλα αλά 30 ιεπηά. Αιιά ην παξαπάλσ ζχζηεκα είρε κεγάιν θφζηνο ιεηηνπξγίαο θάηη πνπ έθαλε δχζθνιν ηνλ ππνινγηζκφ ησλ πεξηνδηθψλ δηαθπκάλζεσλ ηνπ ξεχκαηνο.

Γηα λα γίλνπλ πην θαηαλνεηέο νη πεξηνδηθέο αιιά θαη νη επνρηαθέο κεηαβνιέο ηνπ ξεχκαηνο ηεο Tsushima εθαξκφζηεθε ε κέζνδνο ηνπ ππνινγηζκνχ ηεο θπθινθνξίαο κέζσ δεδνκέλσλ απφ ππνζαιάζζηα θαιψδηα. Σν θαιψδην πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε βξίζθεηαη κεηαμχ ησλ πφιεσλ Hamada, Ηαπσλία θαη Pusan, Κνξέα.

Μέζσ ηεο παξαπάλσ κεζφδνπ δφζεθε κία αμηφπηζηε ιχζε ζηελ παξαθνινχζεζε ηνπ ξεχκαηνο Tsushima θαζψο βξέζεθε φηη ππάξρεη θαιή ζπκθσλία ησλ κεηαβνιψλ πνπ ππνινγίδνληαλ απφ ηα Volts ηνπ θαισδίνπ θαη απηψλ απφ ηα ADCP. Αθφκα ππνινγίζηεθε ε αληηζηνηρία κεηαθνξάο θαη Volt ζε 30~35 Sv αλά Volt θαη ε ζρέζε κεηαθνξάο θαη κεηξνχκελσλ Volt βξέζεθε απηνδχλακε θαη ζηαζεξή ζην πέξαζκα ηνπ ρξφλνπ. Αμίδεη λα αλαθεξζεί φηη έπεηηα απφ ηε δηφξζσζε ησλ κεηξήζεσλ απφ γεσκαγλεηηθέο παξεκβνιέο βξέζεθαλ λα αθνινπζνχλ ηηο κεηξήζεηο απφ ηα ADCP κε αθξίβεηα κεγαιχηεξε ηνπ ζπληειεζηή ζθάικαηνο ησλ κεηξήζεσλ θάηη πνπ απνδεηθλχεη ηελ αμηνπηζηία ηεο κεζφδνπ.

Σέινο νη κεηξήζεηο έδεημαλ πεξηνδηθέο δηαθπκάλζεηο 2~3 Sv ζε δηάζηεκα 3~7 εκεξψλ, θάηη πνπ ήηαλ άγλσζην κέρξη ηφηε θαη εθαξκφζηεθε θίιηξν κε εκηπεξίνδν 90 εκεξψλ γηα ηνλ ππνινγηζκφ ησλ επνρηθψλ κεηαβνιψλ (Kuh Kim And Sang Jin Lyu et al. 2004).

(26)

ΣΜΖΜΑ ΔΠΗ΢ΣΖΜΩΝ ΣΖ΢ ΘΑΛΑ΢΢Α΢ 26

΢ΤΜΠΔΡΑ΢ΜΑΣΑ – ΢ΤΕΖΣΖ΢Ζ

Καηά ηελ πξνθαηαξθηηθή έξεπλα αλαδεηήζεθε ν θαηαιιειφηεξνο εμνπιηζκφο γηα ηελ κειέηε ησλ πδξνδπλακηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ζηνλ ειιεληθφ ρψξν. Έλαο βαζηθφο αλαζηαιηηθφο παξάγνληαο ηεο πξαγκαηνπνίεζεο ηνπ πεηξάκαηνο ήηαλ ε έιιεηςε απηψλ ηνλ νξγάλσλ. Δπφκελν ζηάδην ήηαλ ε επηινγή ηεο ηνπνζεζίαο πνπ λα έρεη εξεπλεηηθφ ελδηαθέξνλ ζε ζπλδπαζκφ κε ηε δηαζεζηκφηεηα ππνβξπρίσλ θαισδίσλ απφ ηνλ ειιεληθφ ηειεπηθνηλσληαθφ νξγαληζκφ (ΟΣΔ). Σειηθφ ζηάδην είλαη ε αλαδήηεζε ησλ πξνυπνζέζεσλ θαη ε πξαγκαηνπνίεζε ηνπ πεηξάκαηνο.

Πξνθαηαξθηηθή έξεπλα

Όπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ ε πξνθαηαξθηηθή έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε αθνξνχζε ηελ αλαδήηεζε ηνπ θαηάιιεινπ εμνπιηζκνχ γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ηνπ πεηξάκαηνο

αιιά θαη ηελ επηινγή ηεο θαηαιιειφηεξεο κεζνδνινγίαο γηα ηελ παξαθνινχζεζε ηεο θπθινθνξίαο ζε πεξάζκαηα ελδηαθέξνληνο. Βαζηθφο παξάγνληαο επηινγήο ηεο θαηαιιειφηεξεο κεζνδνινγίαο ήηαλ ηα δηαζέζηκα ηερληθά κέζα αιιά θαη ηα πδξνδπλακηθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο πεξηνρήο.

΢ε πξψηε θάζε αλαδεηήζεθε ην βαζηθφηεξν φξγαλν γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ηνπ πεηξάκαηνο, ην βνιηφκεηξν. Σν ζπγθεθξηκέλν φξγαλν έπξεπε λα έρεη ηελ δπλαηφηεηα κέηξεζεο ησλ δεθάδσλ κηθξνβφιη κε εχξνο κεηξήζεσλ κεξηθά βφιη ζε ζπρλφηεηεο απφ 10 Hz κέρξη 10 mHz. ΢ε απηή ηελ θαηεχζπλζε κεξηθέο απφ ηηο επηθξαηέζηεξεο αλαδεηήζεηο απφ πιεπξάο ρακεινχ θφζηνπο θαη δεδνκέλεο αθξίβεηαο πξνέξρνληαλ απφ ηηο εηαηξίεο Keithley (απεηθνλίδεηαη παξαπάλσ) ΔΝ series θ.α. Πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη ην επαγφκελν ειεθηξηθφ ξεχκα πνπ πξέπεη λα κεηξεζεί έρεη ζηαζεξή πνιηθφηεηα δειαδή είλαη ζπλερέο (DC current).