Теңіз суының қысымын бақылайтын цунами ескерту жүйесі

Кіріспе

Цунами туралы күшейтілген ескерту жүйесінің құрамдас бөлігі

Терең теңіз цунамилерін бағалау және хабарлау (DART) – цунами туралы күшейтілген ескерту жүйесінің құрамдас бөлігі болып табылады. DART теңіз түбіндегі температура мен қысым өзгерістерін тіркеп, деректерді спутник арқылы жердегі станцияға, беткі буй арқылы жіберу арқылы цунамиді жедел және дәл болжауға мүмкіндік береді. Стандартты режимде жүйе деректерді 15 минут сайын, ал төтенше жағдай режимінде – 15 секунд сайын тіркейді. Екі бағытты байланыс жүйесі жер станциясына қажет болған жағдайда DART-ты төтенше жағдай режиміне ауыстыруға мүмкіндік береді.

Станциялар

Әрбір DART станциясы беттік буядан және теңіз түбіндегі қысымды тіркеу (BPR) жиынтығынан тұрады, ол цунами тудырған су қысымының өзгеруін анықтайды. Беттік буя BPR-ден акустикалық байланыс арқылы берілген ақпаратты қабылдайды, содан кейін деректерді спутникке жібереді, ол деректерді NOAA-ның Цунами ескерту орталықтарына, NOAA-ның Ұлттық деректер буя орталығына және NOAA-ның Тынық мұхиты теңіздік қоршаған орта зертханасына (PMEL) дереу тарату үшін жер станцияларына қайта жібереді. 31 буямен байланыс үшін Иридиум коммерциялық спутниктік телефон желісі қолданылады. Бағдарламалық құрал цунами болу мүмкіндігін анықтағанда, станция стандартты режимнен шығып, оқиға режиміне ауысады. Стандартты режимде станция су температурасы мен қысымын (теңіз бетінің биіктігіне айналдырылатын, тереңдік өлшегіш немесе қысымдық толқын өлшегіш сияқты) әр 15 минут сайын хабарлайды. Оқиға режимі басталғанда, буя бірнеше минут бойы әр 15 секунд сайын өлшемдерді хабарлайды, содан кейін 4 сағат бойы 1 минуттық орташа есептерді жібереді. Бірінші буын DART I станциялары бір жақты байланысқа ие болды және оқиға режимін және деректердің жылдам таралуын іске қосу үшін бағдарламалық құралдың цунамиді анықтау қабілетіне ғана сүйенді. Қате оң нәтижелерді болдырмау үшін анықтау шегі салыстырмалы түрде жоғары қойылды, бұл төмен амплитудалы цунами станцияны іске қоспауы мүмкін. Екінші буын DART II екі жақты байланысқа жабдықталған, бұл цунами болжаушыларға цунами келгенін күтіп, станцияны оқиға режиміне қоюға мүмкіндік береді. Цунамилерді терең теңізде бағалау және есеп беру ресми түрде DART деп қысқартылған және сауда белгісі ретінде тіркелген.

Өмірбаян

Ұлттық мұхиттар және атмосфера басқару (NOAA) мекемесі цунамиді бағалау және есеп беру станцияларын, әсіресе үлкен цунамилер тудырған аймақтарда орналастырды, осылайша цунамилерді мүмкіндігінше жылдам анықтауға толық сенімділік болды. 2001 жылы Тынық мұхитының солтүстік жағалауында орналасқан алғашқы алты цунамиді анықтау буйының құрылысы аяқталды. 2005 жылы АҚШ президенті Джордж Буш Атлант және Кариб теңіздерінде цунамилерді анықтау буяларын орнату жоспарын жариялады, бұл елдің цунамилерді анықтау қабілетін кеңейтуге бағытталған, сондай-ақ екі жылдық 3,5 миллион долларлық қаржыландыру көзделді. Тынық мұхиты әлемдегі цунамилердің 85 пайызын тудыратындықтан, жаңа цунамиді анықтау жабдықтарының көп бөлігі Тынық мұхитының айналасына орналастырылады, ал Атлант және Кариб теңізінің жағалауында тек жеті буя орналастырылады. Бұған себебі, Атлант мұхитында цунамилер сирек болғанымен, өткенде Атлант мұхитында қазақтарға әкелген цунамилер тіркелген. Океан түбінде цунамилерді анықтау және жақындап келе жатқан цунамидің биіктігі мен жылдамдығы сияқты деректерді жинау үшін шамамен 13,8 миллион доллар жұмсалды. Ақ үйдің ғылым және технология саясаты басқармасының басшысы Джон Марбургердің мәлімдемесіне сәйкес, бұл жүйе АҚШ-тың цунами туралы ескерту орталықтарына кез келген цунами туралы дерлік 100% жабылуды қамтамасыз етеді, сондай-ақ жалған дабылдарды нөлге дейін азайтады. Алғашқы прототип 1995 жылы Орегон жағалауында орнатылды. 2004 жылы DART® станциялары PMEL-дегі зерттеулерден Ұлттық деректер буы орталығындағы (NDBC) операциялық қызметке көшті, ал PMEL және NDBC "цунами туралы нақты және уақтылы ескерту ақпаратын беру үшін жаңа бекітпелі буы жүйесін жасағаны және пайдаланғаны үшін" Сауда департаментінің алтын медалін алды. 2004 жылы Үнді мұхитында болған жер сілкінісінен және одан кейінгі цунамиден кейін әлемде қосымша 32 DART II буясын орналастыру жоспарланды. Бұл жобаға алғаш рет Кариб теңізі мен Атлант мұхитындағы станциялар кірді. 2008 жылы АҚШ Тынық мұхиты, Атлант мұхиты және Кариб теңізінде 39 станциядан тұратын желіні аяқтады. Халықаралық қауымдастық та DART буяларына қызығушылық танытты және 2009 жылдан бастап Австралия, Чили, Индонезия және Таиланд әр елдің цунами туралы ескерту жүйесінің бөлігі ретінде пайдалану үшін DART буяларын орналастырды. 2018 жылғы NOAA бюджетін негіздеуде Трамп әкімшілігі цунами туралы ескерту бағдарламасын 56%-ға қысқарту аясында DART жүйесін жоюды ұсынды.

National Oceanic and Atmospheric Administration’s NOAA have placed Deep ocean Assessment and Reporting of Tsunami stations in particular areas, areas with a history of generating large tsunamis, to be completely positive that the detection of tsunamis are to be as fast as possible. The year of 2001 was the completion of the first six tsunami detection buoys placed along the northern Pacific Ocean coast. In 2005 the United States president George W. Bush announced a two year, $3.5 million, plan to install tsunami detecting buoys in the Atlantic and the Caribbean ocean in order to expand the nation’s capabilities to detect tsunamis. With the Pacific Ocean creating 85 percent of the world’s tsunamis
, the majority of new tsunami detecting buoy equipment will be installed around the pacific rim, while only seven buoys will be placed along the Atlantic and Caribbean coast because even though tsunamis are rare in the Atlantic, there have been records of deadly tsunamis being reported in the Atlantic. Roughly $13.8 million of the governments funding was used to procure and install exactly 32 pressure sensors on the ocean bottom to detect tsunamis and collect data such as the height and speed of the approaching tsunami. This proposed system, stated by the John H. Marburger the White House’s Office of Science and Technology Policy, should provide the United States’ Tsunami Warning Centers with nearly one hundred percent coverage for any approaching tsunamis as well as decline all false alarms to just about zero. with the first prototype deployed off the coast of Oregon in 1995. In 2004, the DART® stations were transitioned from research at PMEL to operational service at the National Data Buoy Center (NDBC), and PMEL and NDBC received the Department of Commerce Gold Medal "for the creation and use of a new moored buoy system to provide accurate and timely warning information on tsunamis". In the wake of the 2004 Indian Ocean earthquake and its subsequent tsunamis, plans were announced to deploy an additional 32 DART II buoys around the world. These would include stations in the Caribbean and Atlantic Ocean for the first time. The United States' array was completed in 2008 totaling 39 stations in the Pacific Ocean, Atlantic Ocean, and Caribbean Sea. The international community has also taken an interest in DART buoys and as of 2009 Australia, Chile, Indonesia and Thailand have deployed DART buoys to use as part of each country's tsunami warning system. In the 2018 budget justification for NOAA, the Trump administration proposed eliminating the DART system as part of a 56% cut to the tsunami warning program.

Шолу

Тсунамилерді бағалау және хабарлау (DART) жүйесінің терең теңіз буялары үш бөліктен тұрады. Теңіз түбіне бекітілген төменгі қысымды тіркегіш (BPR) бар. Желке буясы акустикалық байланыс арқылы төменгі қысымды тіркегішке қосылады. Бұл байланыс тіркегіштен су бетіндегі буяға деректерді жібереді. Желке буясы радиоарқылы мәліметтерді Иридиум жүйесі сияқты спутниктерге жібереді. Спутниктерден деректер радиоарқылы жерге, содан кейін әдеттегі телекоммуникация арқылы жүйелік кеңсеге жеткізіледі. Желке буясының диаметрі екі жарым метр, көбікпен қапталған шыны талшықтан жасалған дискісі және жалпы салмағы 4000 кг. Желке буясын қысымды тіркегішке жалғастыратын арқан – 19 мм нейлон арқан, оның тартылу күші 7100 кг. DART төменгі қысымды тіркегіші үшін өте тұрақты, ұзақ қызмет ететін, жоғары дәлдікті қысым сенсоры маңызды технология болып табылады. Ол – бурдон түтігімен жабдықталған резонанстық кварц кристалды кернеу өлшегіш. Температураға түзету жасалғанда, бұл сенсор бірнеше километр тереңдікте қысымды өлшегенде судың шамамен 1 мм қысымын анықтай алады. Деректер желке буясына жеткеннен кейін, қысым деректері буяның айналасындағы толқындардың орташа биіктігіне айналады. Судың температурасы есептеулер үшін маңызды, себебі температура судың тығыздығына, демек қысымға әсер етеді, сондықтан мұхит толқындарының биіктігін дәл өлшеу үшін теңіз суының температурасын білу қажет. Мұхит толқындарының мөлшері үнемі өзгеретіндіктен, жүйеде деректерді берудің екі режимі бар: стандартты және төтенше жағдай режимі. Стандартты режим – ең көп қолданылатын режим. Ол әр 15 минут сайын теңіз бетінің биіктігі және өлшеу уақытын жібереді. Цунами ескерту орталықтары мен қысымды тіркегіш арасындағы екі тарапты байланыс, күдік туған жағдайда DART буяларын төтенше жағдай режиміне қолмен қоюға мүмкіндік береді. Байланыстың үнемі қолжетімді және қауіпсіз болуын қамтамасыз ету үшін DART буялары екі байланыс жүйесімен жабдықталған: екі тәуелсіз және қосымша байланыс жүйесі. Осы жаңартылған және сенімді байланыс жүйелерінің арқасында деректерді әлемнің кез келген жеріне жіберуге болады.

Deep ocean Assessment and Reporting of Tsunami (DART) buoy systems are made up of three parts. There is a bottom pressure recorder (BPR) anchored to the bottom of the sea floor. A moored surface buoy connects to the bottom pressure recorder via an acoustic transmission link. The link sends data from the anchored pressure recorder to the surface buoy. The surface buoy sends the data by radio to satellites such as the Iridium system. From the satellites, the data travels by radio to the ground, then to the system office by conventional telecommunications. The surface buoy has a two and a half meter diameter fiberglass disk covered with foam and has a gross displacement of 4000 kg. The mooring line connecting the surface buoy and the pressure recorder is a nineteen millimeter nylon line that has a tensile strength of 7100 kg. A very stable, long lived, very high resolution pressure sensor is a critical enabling technology for DART's bottom pressure recorder. It is a resonant quartz crystal strain gauge with a bourdon tube force collector. When compensated for temperature, this sensor has a pressure resolution of approximately 1mm of water when measuring pressure at a depth of several kilometers. Once the data reaches the surface buoy, the pressure data is converted to an average height of the waves surrounding the buoy. The temperature of the surrounding sea water is important to the calculations because temperature affects the water's density, thus the pressure, and therefore the sea temperature is required to accurately measure the height of the ocean swells. Because the swell sizes of the ocean vary constantly, the system has two modes of reporting data, standard mode and event mode. Standard mode is the more common mode. Every 15 minutes, it sends the estimated sea surface height and the time of the measurement. The two way communications between Tsunami Warning Centers and the pressure recorder made it possible to manually set DART buoys in event mode in case of any suspicion of a possible in coming tsunamis. To make sure communications are always in contact and secure, the DART buoys have two communication systems; two independent and a redundant communication system. With these updated and reliable communicating systems, data can now be sent where it needs to be sent around the world.