نشریه محیط زیست طبیعی

اندازه‌گیری دمای متوسط‌ فاصله و عمق دریای ساحلی با استفاده از روش تیکه‌نگاری صوتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، موسسه تحقیقات آب

2 دانشجوی دکتری، گروه آب، دانشگاه تهران

3 مدیر امور آزمایشگاه‌ها، موسسه تحقیقات آب

4 استادیار پژوهشی موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو

چکیده

در دهه‌های اخیر افزایش دمای آب دریاها به یکی از مهم‌ترین مخاطرات محیط طبیعی تبدیل شده است و زندگی گیاهان دریایی و آبزیان را به مخاطره انداخته است. لذا پایش پیوسته، بلندمدت و بهنگام دمای آب دریاها از اهمیت بالایی برخوردار است و می‌تواند اطلاعات ارزشمندی را در اختیار کارشناسان محیط زیست دریا و سواحل قرار دهد. فناوری تیکه‌نگاری صوتی یکی از ابزارهای کارآمد به‌منظور پایش جریان‌های دریایی است. سامانه‌های تیکه‌نگاری صوتی در اطراف محیط آبی قرار گرفته و امواج صوتی را به صورت همزمان ارسال می‌کنند. سپس با استفاده از میانگین زمان رسیدن امواج صوتی، دمای جریان‌های آبی را محاسبه می‌نمایند. در این مطالعه، ابتدا سامانه تیکه‌نگاری صوتی دریایی ۱۰ کیلوهرتز در مجرای موسسه تحقیقات آب مورد آزمایش قرار گرفت و با حسگر دما ارزیابی شد. نتایج نشان داد که دمای آب بین دو ایستگاه صوتی ۱۸ درجه سانتی‌گراد است و با دمای حسگر دمایی کاملاً تطابق دارد. در آزمایش دوم، دمای جریان‌های آبی بین دو جزیره به فاصله تقریباً ۴۵۰۰ متر به صورت بهنگام اندازه‌گیری شد. دمای متوسط فاصله و عمق بین دو جزیره در هر دقیقه اندازه‌گیری و سپس با میانگین‌گیری متحرک ۳۰ دقیقه‌ای (۳۰ داده) خطای اندازه‌گیری دما از ۷.۲ به ۱.۳ درجه سانتی‌گراد کاهش یافت. دمای آب در طول مدت اندازه‌گیری تقریباً ۲۸ درجه سانتی‌گراد به دست آمد. با توجه به وجود جزایر متعدد در خلیج فارس، استفاده از روش تیکه‌نگاری صوتی به منظور پایش پیوسته، بلندمدت و بهنگام دمای جریان‌های دریایی توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Range- and depth averaged temperature measurement of the coastal sea using Acoustic Tomography technique

نویسندگان [English]

  • Masoud Bahreinimotlagh 1
  • Iman Khaki 2
  • Reza Roozbahani 1
  • Yones Zohrabi 3
  • Hamid Kardan moghaddam 4

1 Assistant Professor, Water Research Institute, Tehran, Iran

2 PhD student, Faculty of Water Sciences, University of Tehran, Tehran, Iran

3 Lab Affairs manager, Water research Institute, Tehran, Iran

4 Department of Water Resources Research, Water Research Institute, Tehran, Iran.

چکیده [English]

In recent decades, rising sea temperatures have become one of the most important environmental hazards, endangering the lives of marine plants and creatures. Therefore, continuous, long-term, and real-time monitoring of sea water temperature is of great importance and can provide valuable information to environmental experts. Acoustic Tomography (AT) technology is one of the most effective tools for sea monitoring. AT systems are located around the aquatic environment and transmit sound waves simultaneously. Then, using the mean arrival time of the sound waves, the seawater temperature is calculated. In this study, the 10-kHz AT system was first tested in the Water Research Institutes’ channel and evaluated with a temperature sensor. The results showed that the water temperature between the two acoustic stations is 18 ˚C and corresponds exactly to the one of the temperature sensor. In the second experiment, the temperature of the water currents between the two islands was measured at a distance of approximately 4,500 m. The range- and depth averaged flow temperature passing between the two islands was measured per minute, and then using a moving average of 30 minutes (30 data), the temperature measurement error was reduced from 7.2 to 1.3 ˚C. The temperature during the measurement period was approximately 28 ˚C. Due to the existence of numerous islands in the Persian Gulf, the use of AT technique is recommended for continuous, long-term, and real-time monitoring of coastal temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coastal temperature monitoring
  • 10-kHz Coastal Acoustic Tomography System
  • Continuous and real-time monitoring
Adityawarman, Y., Kaneko, A., Nakano, K., Taniguchi, N., Komai, K., Guo, X. and Gohda, N., 2011. Reciprocal sound transmission measurement of mean current and temperature variations in the central part (Aki-nada) of the Seto Inland Sea, Japan. Journal of oceanography, 67(2), pp.173-182.
Androulakis, D.N., Banks, A.C., Dounas, C. and Margaris, D.P., 2020. An Evaluation of Autonomous In Situ Temperature Loggers in a Coastal Region of the Eastern Mediterranean Sea for Use in the Validation of Near-Shore Satellite Sea Surface Temperature Measurements. Remote Sensing, 12(7), p.1140.
Baggeroer, A. and Munk, W., 1992. The Heard Island feasibility test. Physics Today, 45(9), pp.22-30.
Bahreini Motlagh, M., Roozbahani, R., Eftekhari, M., Kardan Moghadam, H., & Kavousi Heydari, A. R. 2018. Design, manufacture and the evaluation of Fluvial Acoustic Tomography System (FATS). Journal of Acoustical Engineering Society of Iran, 6(1), 1-11 [In persian].
Bahreinimotlagh, M., Kawanisi, K., Al Sawaf, M.B., Roozbahani, R., Eftekhari, M. and Khoshuie, A.K., 2019. Continuous streamflow monitoring in shared watersheds using advanced underwater acoustic tomography system: a case study on Zayanderud River. Environmental monitoring and assessment, 191(11), p.657.
Bahreinimotlagh, M., Kawanisi, K., Danial, M.M., Al Sawaf, M.B. and Kagami, J., 2016. Application of shallow-water acoustic tomography to measure flow direction and river discharge. Flow Measurement and Instrumentation, 51, pp.30-39.
Bahreinimotlagh, M., Khoshuei, A.K., Roozbahani, R., Eftekhari, M & Moghadam, H.K. 2019. The First Fluvial Acoustic Tomography System Experience for River Flow Velocity Monitoring in Iran, Iran. J. Soil Water Res. 50, 1793–1800, [In Persian].
Bahreinimotlagh, M., Roozbahani, R., Eftakhari, M., Kardan Moghaddam, H., & Hasanli, S. A. 2019. Continuous Monitoring of Tidal Bores Using Acoustic Tomography Technique. Journal of Oceanography, 9(36), 57-64 [In Persian].
Bahreinimotlagh, M., Roozbahani, R., Eftekhari, M., Heydari, A.K & Abolhosseini, S. 2019. Investigation of Current Status in Haftbarm Lake Using Acoustic Tomography Technology, J. Water Soil. 33, 23-35 [In Persian].
Bahreinimotlagh, M., Roozbahani, R., Eftekhari, M., Kardanmoghadam, H., Abbasi, M & Mohtasham, K. 2019. Feasibility study of Fluvial Acoustic Tomography System for flood monitoring and determination of the measurement accuracy, minimum and maximum measurement ranges, Iran. J. Echo Hydrol. 6, 585-592 [In Persian].
Bahreinimotlagh, M., Roozbahani, R., Eftekhari, M., Kardanmoghadam, H., Khoshhali, M & Mohtasham, K., Feasibility study of 10-kHz Coastal Acoustic Tomography System for current monitoring in the Persian Gulf. Journal of Marine Engineering, pp.131-138 [In Persian].
Dushaw, B.D., Sagen, H. and Beszczynska-Möller, A., 2016. Sound speed as a proxy variable to temperature in Fram Strait. The Journal of the Acoustical Society of America, 140(1), pp.622-630.
Huang, C.F., Taniguchi, N., Chen, Y.H. and Liu, J.Y., 2016. Estimating temperature and current using a pair of transceivers in a harbor environment. The Journal of the Acoustical Society of America, 140(1), pp.EL137-EL142.
Huang, H., Guo, Y., Wang, Z., Shen, Y. and Wei, Y., 2019. Water Temperature Observation by Coastal Acoustic Tomography in Artificial Upwelling Area. Sensors, 19(12), p.2655.
Kawanisi, K., Razaz, M., Ishikawa, K., Yano, J. and Soltaniasl, M., 2012. Continuous measurements of flow rate in a shallow gravel‐bed river by a new acoustic system. Water Resources Research, 48(5).
Qin, L.Z., Kim, S.H., Song, H.J., Suonan, Z., Kim, H., Kwon, O. and Lee, K.S., 2019. Influence of Regional Water Temperature Variability on the Flowering Phenology and Sexual Reproduction of the Seagrass Zostera marina in Korean Coastal Waters. Estuaries and Coasts, pp.1-14.
Syamsudin, F., Chen, M., Kaneko, A., Adityawarman, Y., Zheng, H., Mutsuda, H., Hanifa, A.D., Zhang, C., Auger, G., Wells, J.C. and Zhu, X., 2017. Profiling measurement of internal tides in Bali Strait by reciprocal sound transmission. Acoustical Science and Technology, 38(5), pp.246-253.
Taniguchi, N., Sakuno, Y., Mutsuda, H., Arai, M., 2020. Revisiting a coastal acoustic tomography experiment in Hiroshima Bay: Temporal variations in path-averaged currents and its relation to wind. Applied Ocean Research, 102, 102303.
Trombetta, T., Vidussi, F., Mas, S., Parin, D., Simier, M. and Mostajir, B., 2019. Water temperature drives phytoplankton blooms in coastal waters. PloS one, 14(4).
Vanhellemont, Q., 2020. Automated water surface temperature retrieval from Landsat 8/TIRS. Remote Sensing of Environment, 237, p.111518.
Wang, L., Wang, Y., Wang, J. and Li, F., 2020. A High Spatial Resolution FBG Sensor Array for Measuring Ocean Temperature and Depth. Photonic Sensors, 10(1), pp.57-66.
Yamamoto, T. and Kaneko, A., 2006. Accurate imaging of the current and temperature structures in coastal oceans by acoustic data assimilation. The Journal of the Acoustical Society of America, 119(5), pp.3398-3398.
Zahraei, A., KHoshhal Dastjerdi, J., GHanghermeh, A. 2019. Assessment of Climate Changes in the Caspian Sea by trend analyzing the sea surface temperature, J. Nat. Environ. Hazards. 8, 217-232 [in Persian].
Zhang, C., Kaneko, A., Zhu, X.H. and Gohda, N., 2015. Tomographic mapping of a coastal upwelling and the associated diurnal internal tides in Hiroshima Bay, Japan. Journal of Geophysical Research: Oceans, 120(6), pp.4288-4305.
نشریه محیط زیست طبیعی
دوره 73، شماره 4
اسفند 1399
صفحه 637-647