शत्रुतापूर्ण महासागर के नीचे तूफान को मापने

Fig.1: टेलिडाइन वेब रिसर्च से एक स्लोकम ग्लाइडर, परिनियोजन के लिए मार्ग। साभार: रटगर्स यूनिवर्सिटी

Fig.3: तूफान की निगरानी के लिए टेलीडाइन स्लोकम ग्लाइडर। साभार: टेलिडाइन मरीन

चित्र 5: तूफान प्रहरी ग्लाइडर्स की तीन पिकेट लाइनें एक ही दिन 2018 में काम कर रही थीं। क्रेडिट: टेलिडेनी मरीन

अंजीर। 6: टेलिडाइन वेब रिसर्च EM-APEX फ्लोट। साभार: टेलिडाइन मरीन

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मानव रहित वाहन तूफान पूर्वानुमान में सुधार के लिए डेटा एकत्र करते हैं

जीवित वातावरण पर समुद्र की स्थिति और धाराओं के प्रभाव की अब अधिक व्यापक रूप से सराहना की जाती है - पृथ्वी की जलवायु और गंभीर मौसम की स्थिति से लेकर मत्स्य पालन और जैव विविधता तक। पर्यावरणीय परिवर्तनों की प्रभावी निगरानी के लिए, और ग्लोबल वार्मिंग के दीर्घकालिक प्रभावों को स्पष्ट करने में मदद करने के लिए महासागरों को समझने के लिए आवश्यक सुराग प्रदान करने के लिए निरंतर और व्यापक माप की आवश्यकता होती है।

इस चुनौती को पूरा करने के लिए, महासागर शोधकर्ताओं ने विभिन्न प्रकार के मानव रहित अवलोकन प्लेटफार्मों का आविष्कार किया है। Teledyne Webb Research द्वारा विकसित और आपूर्ति किए गए दो वेरिएंट ऊपरी-समुद्र के पानी को मापने के लिए ग्लाइडर हैं और वैश्विक संचलन के अवलोकन के लिए तैरते हैं। ये प्लेटफ़ॉर्म, जो अनुप्रयोगों की बढ़ती श्रृंखला का समर्थन करते हैं, गंभीर तूफानों के नीचे चुनौतीपूर्ण जल को मापने के लिए विशेष रूप से मूल्यवान हैं।

स्टॉर्म ट्रैक में महासागर की स्थिति को मापना
पृथ्वी की बदलती जलवायु के बारे में वैश्विक चिंता का वातावरण और महासागर में जनता के ध्यान में गर्मजोशी से रुझान है। तूफान सुर्खियों में रहा है, खासकर तूफान और टाइफून। तूफान की ज़मीन और ताकत की सटीक भविष्यवाणी करना जान बचाता है और अनावश्यक रक्षात्मक खर्च कम करता है।

उष्णकटिबंधीय तूफानों को खिलाने वाली ऊर्जा समुद्र के ऊपरी 50 मीटर में गर्मी से आती है, विशेष रूप से 79 ° F से अधिक गर्म पानी। शोधकर्ताओं ने पहचान की है कि उष्णकटिबंधीय तूफान की तीव्रता के पूर्वानुमान में काफी सुधार हुआ है, इसके विनाशकारी प्रभाव का सूचक, सटीक रूप से आता है। तूफान के रास्ते में पानी के तापमान को कम करने के बारे में। अंतर्निहित पानी का तापमान स्थिर नहीं है। समुद्र पर तूफान की कार्रवाई से सतह की परतों में गहरे पानी का प्रवेश होता है जिससे उपलब्ध ऊर्जा आपूर्ति में परिवर्तन होता है। यह मिश्रण या तो तेज हो सकता है या ऊपर उठे हुए पानी के तापमान के आधार पर तूफान को कम कर सकता है। इस प्रकार, तूफान के पूर्वानुमान के लिए उप-तापमान जानना महत्वपूर्ण जानकारी है। इसके अतिरिक्त, एक तूफान के विभिन्न चरणों में धाराओं और उनके कतरनी को जानना हवा / समुद्र की बातचीत की गतिशीलता में अधिक जानकारी देता है।

टेलिडाइन वेब रिसर्च मानव रहित अंडरसीडर ग्लाइडर तकनीक के अग्रणी थे। स्लोकम ग्लाइडर प्रायोगिक प्रोटोटाइप से विश्वसनीय मोबाइल प्लेटफॉर्म तक तेजी से आगे बढ़े हैं, जो विभिन्न ऊपरी महासागर गतिविधियों में दुनिया भर में संचालित हैं।

अंजीर .2: उष्णकटिबंधीय पानी में Teledyne Slocum ग्लाइडर। श्रेय: Teledyne समुद्री

स्लोकम ग्लाइडर्स सिंक या उठने के लिए अपनी मात्रा बदलते हैं; संलग्न पंख लिफ्ट का उत्पादन करते हैं जब द्रव उनकी सतहों पर गुजरता है। शुद्ध प्रभाव ग्लाइडर के ऊर्ध्वाधर गति के कुछ को क्षैतिज यात्रा में परिवर्तित करना है। स्लोकम ग्लाइडर्स 35 सेमी / एस पर चलते हैं और 4 मीटर से 1000 मीटर गहराई तक काम कर सकते हैं; एक वैकल्पिक हाइब्रिड थ्रस्टर 100 सेमी / एस को गति प्रदान करता है।

कभी-कभी विस्तारित अवधि के लिए, स्लोकुम ग्लाइडर एक उड़नतश्तरी में देखा जाता है। उदाहरण के लिए, स्लोकम ग्लाइडर्स ने प्रमुख महासागर घाटियों के निरंतर क्रॉसिंग बनाए हैं जिन्हें समुद्र में चार सौ से अधिक दिनों की आवश्यकता होती है।
समय के साथ, स्लोकम ग्लाइडर्स एक समसामयिक वर्तमान प्रोफाइलर सहित समुद्र के सेंसरों की बढ़ती विविधता से लैस हैं। पानी के तापमान और लवणता जैसे भौतिक गुणों को नियमित रूप से मापा जाता है। ग्लाइडर ने महासागर की अम्लता, क्लोरोफिल, निलंबित तलछट और हानिकारक अल्गल खिलने के साथ-साथ आंतरिक तरंगों का भी अवलोकन किया है।

45 से अधिक सेंसर सुइट्स को स्लोकम ग्लाइडर्स पर एकीकृत किया गया है, जिससे उन्हें अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला की सेवा मिल सके। 2010 में मैक्सिको की खाड़ी में मैकोंडो तेल रिसाव के दौरान, स्लोकम ग्लाइडर्स ने प्रतिक्रिया कार्य का समर्थन करने के लिए उपसतह डेटा एकत्र किया। हाल के पेलोड में महासागर मिश्रण को मापने के लिए अशांति सेंसर, अंटार्कटिका से ज़ोप्लांकटन के शेयरों का आकलन करने के लिए जैव-ध्वनिक सेंसर, और यूएस और कनाडा के पूर्वी तटों से उत्तरी अटलांटिक दाहिने व्हेल के वास्तविक समय की निगरानी के लिए हाइड्रोफोन शामिल हैं। स्लोकम ग्लाइडर अंटार्कटिक अनुसंधान स्थलों पर और विशेष रूप से बर्फ की चादरों के किनारे नई भूमिका निभा रहे हैं।

स्टॉर्म मॉनिटरिंग ग्लाइडर
पिछले एक दशक के लिए, टेलीडाइन वेब रिसर्च के स्लोकुम ग्लाइडर्स ने गंभीर तूफानों से जुड़े चुनौतीपूर्ण जल की निगरानी की है, जो लहरों की ऊंचाई 10 मीटर से अधिक होने पर भी रिपोर्ट भेजते हैं। ये मानवरहित वाहन उच्च-स्थानिक संकल्प के साथ निरंतर महासागर माप लेने के लिए एक लागत प्रभावी तरीका प्रदान करते हैं। तूफान की निगरानी के लिए समान रूप से महत्वपूर्ण, ग्लाइडर में तूफान ट्रैक को रोकने के लिए नियंत्रण प्राधिकरण और धीरज दोनों हैं। तूफान की निगरानी के लिए, स्लोकम ग्लाइडर लगातार एक निर्दिष्ट स्थान पर गश्त करते हैं। ग्लाइडर तापमान, लवणता और अन्य गुणों को मापते हैं, जबकि वे ऊपरी सागर के माध्यम से उतरते और बढ़ते हैं। ग्लाइडर सतह समय-समय पर तूफान-पूर्वानुमान केंद्रों को अपने माप भेजने के लिए। यह सबसाइड डेटा कंप्यूटर मॉडल के लिए इनपुट है जो एक तूफान की तीव्रता और प्रक्षेपवक्र के बारे में भविष्यवाणियां करता है। ग्लाइडर्स के डेटा के कारण इन कंप्यूटर पूर्वानुमानों की सटीकता में सुधार हुआ है।

वास्तव में, अमेरिकी नौसेना के पास दुनिया भर में अक्सर 50 ग्लाइडर तैनात हैं जो समुद्र के मौसम के पूर्वानुमान के लिए डेटा भेजते हैं। दस साल पहले, टेलिडाइन को ग्लाइडर्स के परिचालन उपयोग के लिए नौसेना के रिकॉर्ड ऑफ रिकॉर्ड अनुबंध से सम्मानित किया गया था।

2018 में पश्चिमी उत्तरी प्रशांत क्षेत्र में टाइफून सोलिक के दौरान एकत्र किए गए तूफान निगरानी ग्लाइडर्स का उपयोग करने के लाभ का एक प्रभावशाली उदाहरण है। रटगर्स विश्वविद्यालय से एक स्लोकम ग्लाइडर तूफान के अग्रिम में तैनात किया गया था। इन-सीटू डेटा ने तूफान के आगमन पर ऊपरी समुद्र के पानी के तापमान में एक बहुत तेजी से बदलाव दिखाया। तुलना में, एक कंप्यूटर-आधारित पूर्वानुमान मॉडल ने तूफान के जवाब में बहुत धीमा संक्रमण दिखाया, जिससे पानी के तापमान में परिवर्तन के लिए 6 change C की विसंगति हो गई, मॉडल और एकत्र आंकड़ों के बीच। निकट-वास्तविक समय डेटा के साथ मॉडल को अपडेट करना बेहतर तूफान पूर्वानुमान के लिए अनुमति देता है।

अमेरिका में हाल ही में तूफान के मौसम के दौरान, एक दर्जन संगठनों ने तूफान ग्लाइडर्स की तैनाती की। टेलिडाइन वेब रिसर्च के स्लोकम ग्लाइडर्स उनके सिद्ध प्रदर्शन के कारण प्रचलित थे। मौसम के पूर्वानुमान को ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ताओं ने कई दिनों पहले ही तूफान के पूर्वानुमानित मार्ग की ओर ग्लाइडर्स का निर्देशन किया था। ग्लाइडर पारियों को समन्वित किया गया और तूफान के रास्ते पर चलने के लिए उन्मुख किया गया, जिसमें मध्य से बाहरी महाद्वीपीय शेल्फ को कवर किया गया, साथ ही साथ अमेरिका के अधिकांश पूर्वी तट भी थे।

चित्र 4: 2018 में टाइफून सोलिक के दौरान पश्चिमी उत्तर प्रशांत में ऊपरी महासागर से पानी के तापमान के आंकड़ों की तुलना। एक स्लोकोम ग्लाइडर के साथ मनाया गया ऊपरी-इन-सीटू डेटा। निचला पैनल: एक कंप्यूटर मॉडल से आउटपुट। बॉक्स हाइलाइट क्षेत्र पाठ में चर्चा की। साभार: रटगर्स यूनिवर्सिटी

मध्य-अटलांटिक बाइट में, जो केप कॉड, एमए से केप हेटरस, नेकां तक फैली है, महाद्वीपीय शेल्फ उथली है। इसके गहरे पानी को अच्छी तरह से गर्मी के समय में सतह के पानी की तुलना में अधिक ठंडा होने के लिए प्रलेखित किया जाता है। एक तूफान की आंख के नीचे समुद्र के ऊपर को ध्यान में रखते हुए, इन ठंडे पानी की सरफेसिंग एक तूफान को कमजोर करने की उम्मीद कर सकती है।

तूफान सैंडी के आगे तैनात दो स्लोकम ग्लाइडर्स ने उस मामले में एक अलग कहानी बताने में मदद की। ग्लाइडर से कंप्यूटर मॉडल और डेटा का उपयोग करते हुए, रटगर्स विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि तूफान के अग्रणी किनारे पर तेज हवाओं ने एक डाउनवैलिंग संचलन स्थापित किया, जिसके कारण ठंड के नीचे का पानी अपतटीय हो गया। इस प्रकार, सतह पर मिश्रण करने के लिए उपलब्ध ठंडा पानी नहीं था और इस तरह तूफान की तीव्रता कम हो गई जब उसकी आंख उसी क्षेत्र से गुजरी; तूफान की तीव्रता, वास्तव में, पारंपरिक रूप से अनुमानित की तुलना में काफी मजबूत थी।

बेड़े की बढ़ती आकार से तूफान की निगरानी के लिए स्लोकम ग्लाइडर्स का उपयोग करने की सफलता स्पष्ट है। 2018 में, तीस से अधिक ग्लाइडर तूफान फ्लोरेंस, आइजैक और हेलेन को देखने के लिए ड्यूटी पर थे। सहभागी ग्लाइडर संगठनों ने सरकार, शिक्षाविदों और उद्योग से एक साथ मिलकर तटीय समुदायों की बेहतर सुरक्षा के लिए प्रौद्योगिकी का उपयोग करने के लिए एक टीम प्रयास में भाग लिया।

तूफान के नीचे बदलते महासागर को मापना माइकल
प्रोफाइलिंग फ्लोट तकनीक ने यह बदल दिया है कि महासागर कैसे मनाया जाता है। यह विधि वैज्ञानिकों और इंजीनियरों द्वारा टेलिडेनी वेब रिसर्च एंड स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन ऑफ ओशनोग्राफी में अग्रणी थी। अंतरराष्ट्रीय Argo कार्यक्रम ने वैश्विक महासागर के निरंतर और व्यापक अन्वेषण के लिए इन उपकरणों के बेड़े को तैनात किया है। परिणामी डेटा सेट जलवायु और महासागर प्रक्रियाओं के अध्ययन के लिए एक समृद्ध संसाधन बनाते हैं।

इनमें से कई डिवाइस हैं, ऑटोनॉमस प्रोफाइलिंग एक्सप्लोरर (अपेक्स), जो टेलिडेने वेब रिसर्च द्वारा सप्लाई की गई फ्लोट्स हैं, जिसने 10,000 से अधिक प्रोफाइलिंग फ्लो को अर्गो प्रोग्राम तक पहुंचाया है- एक सप्लायर से सबसे बड़ी मात्रा। अपेक्स फ़्लोट्स आवधिक ऊर्ध्वाधर चक्र बनाते हैं, आमतौर पर हर 10 दिनों में, उनकी मात्रा (और इसलिए उछाल) को बदलकर और सिंक करने के लिए। जैसा कि वे पानी के स्तंभ के माध्यम से चढ़ते हैं, वे तापमान और लवणता को मापते हैं।

प्रमुख तूफान की समझ और भविष्यवाणी में सुधार करने के प्रयासों के लिए शत्रुतापूर्ण और चुनौतीपूर्ण स्थानों में समुद्र और वायुमंडलीय डेटा एकत्र करने की आवश्यकता होती है। समुद्र के पानी के वेग, तापमान और लवणता जैसे महासागरीय गुणों को न केवल पानी के स्तंभ में, बल्कि तूफान के पारित होने के पहले, दौरान और उसके बाद मापा जाना चाहिए।

एपेक्स फ्लोट का एक वैरिएंट- इलेक्ट्रोमैग्नेटिक प्रोफाइलिंग फ्लोट, EM-APEX, जिसे एप्लाइड फिजिक्स लेबोरेटरी, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के साथ विकसित किया गया है - इस आवश्यक जानकारी को एकत्र करने के लिए उपयुक्त है। पानी के गुणों को मापने के अलावा, यह उपकरण पानी के वर्तमान वेग के प्रोफाइल को रिकॉर्ड करता है। ईएम-अपैक्स मापें मोटापे से प्रेरित विद्युत क्षेत्रों का शोषण करती हैं जो समुद्र के पानी पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से चलती हैं।

तूफान के नीचे समुद्र की स्थिति की खोज के लिए, EM-APEX फ़्लोट्स को चलती तूफानों से पहले छोटी सूचना पर तैनात किया जाना चाहिए; इस प्रकार, वे विमान से पैराशूट द्वारा हवा में गिराए जाते हैं। जब अक्टूबर 2018 में तूफान माइकल ने मैक्सिको की खाड़ी में प्रवेश किया, तो प्रोफेसर निक शै (मियामी विश्वविद्यालय) के नेतृत्व में एक अनुसंधान दल द्वारा तीन ईएम-अपैक्स झांकियों को इसके मार्ग में उतारा गया। वायु की तैनाती एक यूएसएफ़ डब्ल्यूसी -130 जे हरक्यूलिस विमान से होती है जो कि केसलर वायु सेना अड्डे से संचालित होती है; इन विमानों को तूफान में मौसम की जानकारी एकत्र करने के लिए संशोधित किया जाता है। कई अमेरिकी सरकारी एजेंसियां जो हवा की तैनाती के साथ तूफान की निगरानी और भविष्यवाणी करती हैं। Teledyne मरीन ने तैनात फ़्लोट्स से प्रसारित सभी डेटा, साथ ही अन्य तकनीकी सहायता के लिए होस्टिंग सेवाएं प्रदान कीं।

ईएम-अपैक्स के प्रोफाइलिंग पैटर्न तैनाती के दौरान अलग-अलग तैरते हैं। तूफान के आने से पहले 12 घंटे के लिए, सतह और 800 मीटर की गहराई के बीच लगातार चक्र चलता है। एक बार तूफान आने के बाद, 30 मीटर और 300 मीटर की गहराई के बीच तैरने वाली साइकिल को स्विच किया गया, जिससे ऊपरी-समुद्र डेटा प्राप्त करते समय खतरनाक, अत्यधिक सक्रिय सतह क्षेत्र से बचा जा सके।

तूफान के गुजरने के बाद, सतह और 500 मीटर की गहराई के बीच तैरने वाली नावें। इस पैटर्न ने निकट-जड़त्वीय तरंगों को हल किया, जो एक तूफान के मद्देनजर सबसे ऊर्जावान विशेषता हैं। लगभग जड़त्वीय गतियों ने वेग कतरनी को बढ़ाया है, जिससे उन्हें ऊर्ध्वाधर मिश्रण प्रक्रियाओं के लिए एक प्रमुख चालक बना दिया गया है।

ईएम-अपेक्स फ्लोट्स को उनके स्थान पर तूफान आने से लगभग 12 घंटे पहले तैनात किया गया था। अभियान के दौरान, सभी तीन चरणों में वांछित प्रोफाइलिंग चक्रों को सही ढंग से निष्पादित किया गया था, यह सुनिश्चित करते हुए कि तूफान के रोष से कोई भी ईएम-एपेक्स फ्लोट्स क्षतिग्रस्त नहीं हुए थे। जबकि एक फ्लोट सतह पर था, इसके डेटा प्रसारण टेलिडेनेई डेटास्वर द्वारा प्राप्त किए गए थे। EM-APEX फ़्लैट्स ने छह दिनों में 600 से अधिक प्रोफाइल रिकॉर्ड किए। इस डेटा स्ट्रीम ने शोधकर्ताओं को एक प्रमुख तूफान की विशेषताओं को समझने और भविष्यवाणी करने में मदद की, साथ ही साथ वास्तविक समय के पास, यह देखने के लिए भी कैसे समुद्र ने ऊर्जावान वायुमंडलीय मजबूर करने के लिए प्रतिक्रिया दी।

तटीय समुदायों की रक्षा करना
पूर्ववर्ती खाते महासागर की उल्लेखनीय क्षमताओं को देखते हैं जो मानव रहित अवलोकन प्लेटफार्मों से आए हैं। इन पोर्टेबल, मोबाइल उपकरणों का उपयोग पानी में विस्तारित माप लेने के लिए किया गया है जो जहाजों के लिए बहुत चुनौतीपूर्ण हैं और मनुष्यों के लिए बहुत खतरनाक हैं। ग्लाइडर और प्रोफाइलिंग फ्लोट्स तूफान और तूफान के नीचे वास्तविक समय में शत्रुतापूर्ण महासागर की स्थिति का आकलन और रिपोर्टिंग की अनुमति देते हैं। महासागर अनुसंधान के लिए इन आंकड़ों के मूल्य के अलावा, उनकी सूचनात्मक सामग्री महत्वपूर्ण सामाजिक लाभ प्रदान करती है। उन्होंने तूफानों के भूस्खलन और ताकत की अधिक सटीक भविष्यवाणियों में योगदान दिया है, जिससे तटीय समुदायों की रक्षा हो रही है, अनावश्यक रक्षात्मक खर्चों को कम किया जा रहा है और यहां तक कि लोगों की जान भी बचाई जा सकती है।

लेखक के बारे में:

के तहत भूमि से नीचे गिरते हुए, डॉ। पीटर स्पेन ने एप्लाइड भौतिकी प्रयोगशाला, वाशिंगटन विश्वविद्यालय में महासागर भौतिकी का अध्ययन किया। उन्होंने समुद्र की धाराओं को मापने के लिए नए उपकरणों के साथ काम किया। स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन ऑफ ओशनोग्राफी में पोस्ट-डॉक्टर के बाद, पीटर 1990 में आरडी इंस्ट्रूमेंट्स में शामिल हो गए। उन्होंने सेल्स एंड मार्केटिंग में काम किया है, जहां उन्होंने सेल्स स्टाफ से लेकर डिपार्टमेंट और बिजनेस यूनिट मैनेजमेंट तक काम किया। आज, उनकी विविध गतिविधियों का सामान्य विषय तकनीकी विपणन है।

क्लेटन जोन्स, टेलेडाइन मरीन के लिए प्रौद्योगिकी के वरिष्ठ निदेशक, प्रोफाइलिंग फ़्लोट्स और ग्लाइडर सहित ओशनोग्राफिक सेंसर प्लेटफार्मों के निर्माण, डिजाइन और विकास में शामिल रहे हैं।

चित्र 7: EM-APEX फ्लोट की एयरबोर्न तैनाती। साभार: अमेरिकी वायु सेना स्टाफ सार्जेंट जुलिएन एम। शोलेटर, डीवीआईडीएस। अमेरिका की उपस्थिति
रक्षा विभाग (DoD) विज़ुअल जानकारी DoD एंडोर्समेंट का अर्थ नहीं बताती है या इसका गठन नहीं करती है