Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Мұхитта дыбыс жылдамдығы ең төменгі деңгейде болатын судың көлденең қабаты.
Horizontal layer of water in the ocean at which depth the speed of sound is at its minimum
SOFAR арнасы (Sound fixing and ranging channel) немесе терең дыбыс арнасы (DSC) – мұхиттағы судың көлденең қабаты, онда дыбыс жылдамдығы ең төменгі деңгейде болады. SOFAR арнасы дыбыс үшін толқын жетекшісі ретінде қызмет етеді, ал арнадағы төмен жиілікті дыбыс толқындары таралудан бұрын мыңдаған шақырымға дейін жүре алады. Мысал ретінде, Оңтүстік Үнді мұхитында (Африка, Австралия және Антарктида арасында) орналасқан Хёрд аралынан теңізді бақылау кемесі "Кори Шоуст" ұсынған кодталған сигналдар барлық бес негізгі мұхит бассейндеріндегі және Солтүстік Атлантика мен Солтүстік Тынық мұхиттары сияқты алыс аймақтардағы гидрофондармен қабылданды. Бұл құбылыс мұхитты бақылауда маңызды фактор болып табылады. Терең дыбыс арнасын 1940 жылдары Колумбия университетінің Морис Юинг және Дж. Ламар Ворцель, сондай-ақ Лебедев физика институтының Леонид Бреховских дербес түрде ашқан және сипаттаған. 1944 жылы Эвинг пен Ворцель тұжырымдаманы сынақтан өткізген кезде, Су асты дыбыс зертханасына бекітілген "Салуда" желкенді кемесінен гидрофонды іліп қойды, ал екінші кеме жарылғыш зарядтарды алысқа дейін атты.
The SOFAR channel (short for sound fixing and ranging channel), or deep sound channel (DSC), is a horizontal layer of water in the ocean at which depth the speed of sound is at its minimum. The SOFAR channel acts as a waveguide for sound, and low frequency sound waves within the channel may travel thousands of miles before dissipating. An example was reception of coded signals generated by the Navy chartered ocean surveillance vessel Cory Chouest off Heard Island, located in the southern Indian Ocean (between Africa, Australia and Antarctica), by hydrophones in portions of all five major ocean basins and as distant as the North Atlantic and North Pacific. This phenomenon is an important factor in ocean surveillance. The deep sound channel was discovered and described independently by Maurice Ewing and J. Lamar Worzel at Columbia University and Leonid Brekhovskikh at the Lebedev Physics Institute in the 1940s. In testing the concept in 1944 Ewing and Worzel hung a hydrophone from Saluda, a sailing vessel assigned to the Underwater Sound Laboratory, with a second ship setting off explosive charges up to away.
Принцип
Ауа температурасы мұхиттағы дыбыс жылдамдығын анықтайтын басты фактор болып табылады. Жоғары температуралы аймақтарда (мысалы, мұхит бетіне жақын) дыбыс жылдамдығы жоғарылайды. Температура тереңдікпен бірге төмендейді, дыбыс жылдамдығы да сәйкесінше төмендейді, температура тұрақталатын және қысым басым факторға айналатын деңгейге дейін. SOFAR арнасының осі – ең төменгі дыбыс жылдамдығының нүктесінде орналасқан, онда температураның қысымға тәуелділігі күшейеді және дыбыс жылдамдығы артады. Бұл нүкте термоклиннің төменгі бөлігінде және терең изотермиялық қабаттың үстіңгі бөлігінде жатады, сондықтан маусымдық өзгерістерге ұшырайды. Басқа акустикалық арналар да бар, әсіресе жоғарғы аралас қабатта, бірақ сәулелердің жолдары беттік немесе түбілік шағылыстардан энергиясын жоғалтады. SOFAR арнасында, әсіресе төменгі жиіліктер арнаға қайта бағытталады, энергия жоғалуы азайтылады және дыбыс мыңдаған шақырымға жетеді. Хирд аралындағы мүмкіндіктерді тексеру деректерінің талдауы, Ассенсион аралындағы зымырандардың соқтығысуын анықтау жүйесінің гидрофондары арқылы алынған және шамамен 1 сағат 44 минут 17 секунд сапар уақытынан кейін байқалған, күтпеген фазалық тұрақтылық және амплитуданың өзгеруімен сипатталатын, 19-30 дБ аралығындағы таңқаларлықтай жоғары сигнал-шу қатынасын көрсетті. Бұл анық шекараланған соңғы нүктеге жақын осьтік келу жолы ретінде сілтеме жасалады және оны кейде SOFAR финалы деп, ал алдыңғыларын SOFAR симфониясы деп атайды. Бұл эффекттер үлкен дыбыс арнасына байланысты, онда сәулелердің жолдары беттік және критикалық тереңдік арасында шектеледі. Критикалық тереңдік – дыбыс жылдамдығының ең төменгі осінен төмендегі нүкте, онда дыбыс жылдамдығы осьтің үстіндегі максималды жылдамдыққа теңеседі. Егер түбі критикалық тереңдіктен жоғары болса, дыбыс әлсірейді, сондай-ақ кез келген сәуле жолы бетке немесе түбіне тисе де әлсірейді. Канал осінің ең көп өзгеруі оның жер бетіне жақындауымен және жоғары ендіктерде (шамамен 60°N-нен жоғары немесе 60°S-тан төмен) жоғалуымен байланысты, бірақ содан кейін дыбыс беттік арна арқылы өтеді. 1980 жылғы Naval Ocean Systems Center-дің баяндамасында Перт (Австралия) және Бермуда арасындағы үлкен шеңберлік акустикалық жолдың зерттелуіне мысалдар келтірілген, жол бойындағы сегіз орналасқан нүктелердегі деректер ұсынылған. Перт пен Бермудада да дыбыс арнасының осі 52° оңтүстік ендігінде Антарктика конвергенциясымен кездесетін жерде терең дыбыс арнасы болмайды, бірақ терең беттік арна және көлденең дыбыс арнасы бар. Жол солтүстікке бұрылатын кезде, 43° оңтүстік ендігінде, 16° шығыс бойындағы станция SOFAR типіне қайта оралатын профильді көрсетті.
Temperature is the dominant factor in determining the speed of sound in the ocean. In areas of higher temperatures (e. g. near the ocean surface), there is higher sound speed. Temperature decreases with depth, with sound speed decreasing accordingly until temperature becomes stable and pressure becomes the dominant factor. The axis of the SOFAR channel lies at the point of minimum sound speed at a depth where pressure begins dominating temperature and sound speed increases. This point is at the bottom of the thermocline and the top of the deep isothermal layer and thus has some seasonal variance. Other acoustic ducts exist, particularly in the upper mixed layer, but the ray paths lose energy with either surface or bottom reflections. In the SOFAR channel, low frequencies, in particular, are refracted back into the duct so that energy loss is small and the sound travels thousands of miles. Analysis of Heard Island Feasibility Test data received by the Ascension Island Missile Impact Locating System hydrophones at an intermediate range of from the source found surprisingly high signal to noise ratios, ranging from 19 to 30 dB, with unexpected phase stability and amplitude variability after a travel time of about 1 hour, 44 minutes and 17 seconds. That sharply defined end representing a near axial arrival path is sometimes termed the SOFAR finale and the earlier ones the SOFAR symphony. Those effects are due to the larger sound channel in which ray paths are contained between the surface and critical depth. Critical depth is the point below the sound speed minimum axis where sound speed increases to equal the maximum speed above the axis. Where bottom lies above critical depth the sound is attenuated, as is any ray path intersecting surface or bottom. The channel axis varies most with its location reaching the surface and disappearing at high latitudes (above about 60°N or below 60°S) but with sound then traveling in a surface duct. A 1980 report by Naval Ocean Systems Center gives examples in a study of a great circle acoustic path between Perth, Australia and Bermuda with data at eight locations along the path. At both Perth and Bermuda the sound channel axis occurs at a depth of around Where the path meets the Antarctic convergence at 52º south there is no deep sound channel but a in depth surface duct and a shallow sound channel at As the path turns northward, a station at 43º south, 16º east showed the profile reverting to the SOFAR type at .
Қолданбалар
Бірінші практикалық қолданысы Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде басталды, АҚШ Әскери-теңіз күштері құлаған ұшқыштардың сигнал беру құралы ретінде қолданылатын SOFAR бомбасының жарылысын анықтау мүмкіндігін сынап, іске қоса бастағанда. Көздің белгілі орналасқан жерлерге келу уақытының айырмашылығы көздің шамамен орналасқан жерін есептеуге мүмкіндік берді. Алғашқы қолданыстар SOFAR станциялары деп аталатын бекітілген жағалау станцияларына сүйенді. Олардың бірнешеуі акустикалық зерттеу орталықтарына айналды, соның ішінде Перттен Бермудаға жасалған экспериментке қатысқан Бермуда SOFAR станциясы да бар. Соңғы кезде SOFAR көздері RAFOS қолданысында арнайы мақсаттар үшін қолданылды. Мұндай жүйелердің бірі Кейп Хатеррас жағалауында, Бермудада және бір су асты тауында орналасқан, тәулігіне үш дәл уақытта сигнал жіберіп, шамамен дәлдік қамтамасыз етті. Бірінші қолданыс тез арада Әскери-теңіз күштерінің қызығушылығын тудырды, себебі ұшу экипаждарын табудан өзге де себептер болды. 1949 жылғы Әскери-теңіз күштерінің шешімінен кейін 1950 жылы жүргізілген зерттеулер SOFAR арнасының пассивті сонар әлеуетін Әскери-теңіз күштерінің Су астына қарсы күрес (ASW) жұмысына пайдалануды ұсынды. Ұсыныста жүйеге зерттеу және дамыту үшін жылына 10 миллион доллар жұмсау көзделді. 1951 жылы сынақ тізімі концепцияны дәлелдеді, ал 1952 жылы Атлант мұхиты үшін қосымша станциялар тапсырылды. SOFAR арнасын алғаш рет кең ауқымда пайдалану – құпия бағдарламада мұхитты бақылау болды, ол Sound Surveillance System (SOSUS) жүйесіне әкелді. Бұл жүйе құрылғаннан бастап құпия сақталды, содан кейін бекітілген жүйелер жылжымалы тізімдермен толықтырылып, 1991 жылы жүйенің міндеттері мен сипаты жарияланды, осымен ол Біріктірілген Теңіз Асты Бақылау Жүйесіне айналды. 1991 жылы Ұлттық мұхиттық және атмосфералық басқару басқармасының Тынық мұхиттық теңіз ортасы зертханасына (PMEL) шектеулі азаматтық қолжетімділік берілгеннен кейін SOSUS арқылы жүргізілген жер сілкінісін бақылау, құрлықтағы сенсорлармен салыстырғанда, теңіздегі жер сілкінісінің он есе көп екенін және оның орналасқан жерін анықтаудың дәлдігі жоғары екенін көрсетті. SOSUS жүйесі шамамен 4 балдық емес, 2 балдық жер сілкінісін де анықтай алды. Жүйе Хуан-де-Фука қыратындағы теңіз түбінің таралуын және магмалық құбылыстарды зерттеу кемелері тексеру үшін уақытында анықтады. Осы жетістіктің нәтижесінде PMEL бүкіл әлемде қолданылуы үшін SOFAR арнасында суға ілінетін және тұғырмен бекітілетін өзінің гидрофондарын жасады.
The first practical application began development during World War II when the United States Navy began experimenting and implementing the capability to locate the explosion of a SOFAR bomb used as a distress signal by downed pilots. The difference in arrival times of the source at an unknown location at known locations allowed computation of the source's general location. The early applications relied on fixed shore stations, often termed SOFAR stations. Several became acoustic research facilities as did the Bermuda SOFAR Station which was involved in the Perth to Bermuda experiment. In the recent past SOFAR sources were deployed for special purposes in the RAFOS application. One such system deployed bottom moored sources off Cape Hatteras, off Bermuda and one on a seamount to send three precisely timed signals a day to provide approximately accuracy. The first application quickly became of intense interest to the Navy for reasons other than locating downed air crews. A Navy decision in 1949 led to studies by 1950 recommending the passive sonar potential of the SOFAR channel be exploited for the Navy's Anti Submarine Warfare (ASW) effort. The recommendation included one that $10 million a year be spent on research and development of the system. By 1951 a test array had proven the concept and by 1952 additional stations were ordered for the Atlantic. The first major exploitation of the SOFAR channel was to ocean surveillance in a classified program that led to the Sound Surveillance System (SOSUS). That system remained classified from inception until the fixed systems were augmented by mobile arrays to become the Integrated Undersea Surveillance System with the mission and nature of the system declassified in 1991. Earthquake monitoring through the use of SOSUS after limited civilian access was granted to the Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL) of the National Oceanic and Atmospheric Administration in 1991 revealed ten times the number of offshore earthquakes with better localization than with land based sensors. The SOSUS detection could sense earthquakes at about magnitude two rather than magnitude four. The system detected seafloor spreading and magma events in the Juan de Fuca Ridge in time for research vessels to investigate. As a result of that success, PMEL developed its own hydrophones for deployment worldwide to be suspended in the SOFAR channel by a float and anchor system.