Введение

Компонент усовершенствованной системы предупреждения о цунами. Система оценки и сообщения о цунами в глубоком океане (DART) является компонентом усовершенствованной системы предупреждения о цунами. Регистрируя изменения температуры и давления на дне океана и передавая данные через надводный буй на наземную станцию по спутниковой связи, DART обеспечивает мгновенный и точный прогноз цунами. В обычном режиме система записывает данные с интервалом в 15 минут, а в режиме регистрации событий – каждые 15 секунд. Двусторонняя система связи позволяет наземной станции переключать DART в режим регистрации событий при необходимости получения подробных отчетов.

Станции

Каждая станция DART состоит из поверхностного буя и пакета для регистрации давления на морском дне (BPR), который обнаруживает изменения давления воды, вызванные цунами. Поверхностный буй принимает информацию, передаваемую от BPR по акустическому каналу, а затем передает данные на спутник, который ретранслирует их на наземные станции для немедленного распространения в Центры предупреждения о цунами NOAA, Национальный центр данных буев NOAA и Тихоокеанскую морскую экологическую лабораторию NOAA (PMEL). Для связи с 31 буем используется коммерческая спутниковая телефонная сеть Iridium. Когда встроенное программное обеспечение идентифицирует возможное цунами, станция переходит из стандартного режима в режим регистрации события и начинает передачу данных в этом режиме. В стандартном режиме станция сообщает о температуре и давлении воды (которые преобразуются в высоту уровня моря, подобно показаниям глубиномера или датчика уровня прилива) каждые 15 минут. При переходе в режим регистрации события буй передает измерения каждые 15 секунд в течение нескольких минут, а затем средние значения за 1 минуту в течение 4 часов. Станции первого поколения DART I имели возможность односторонней связи и полагались исключительно на способность программного обеспечения обнаруживать цунами для запуска режима регистрации события и быстрой передачи данных. Чтобы избежать ложных срабатываний, порог обнаружения был установлен относительно высоким, что могло привести к тому, что цунами с малой амплитудой не активирует станцию. Станции второго поколения DART II оснащены возможностью двусторонней связи, позволяющей специалистам по прогнозированию цунами переводить станцию в режим регистрации события в ожидании прибытия цунами. Система оценки и оповещения о цунами в глубоком океане официально сокращается и является зарегистрированным товарным знаком DART.

Предыстория

Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) разместило станции глубоководного мониторинга и оповещения о цунами в определенных районах, имеющих историю генерации крупных цунами, чтобы обеспечить максимально быстрое обнаружение цунами. В 2001 году были завершены работы по установке первых шести буев обнаружения цунами вдоль северного побережья Тихого океана. В 2005 году президент США Джордж Буш объявил о двухлетнем плане стоимостью 3,5 миллиона долларов по установке буев для обнаружения цунами в Атлантическом и Карибском океанах с целью расширения национальных возможностей по обнаружению цунами. Поскольку Тихий океан является источником 85% мировых цунами, основная часть нового оборудования для обнаружения цунами будет установлена в районе Тихоокеанского кольца, в то время как вдоль Атлантического и Карибского побережья будет размещено только семь буев, поскольку, несмотря на редкость цунами в Атлантике, зафиксированы случаи смертоносных цунами в этом регионе. Около 13,8 миллиона долларов государственных средств было использовано для закупки и установки ровно 32 датчиков давления на дне океана для обнаружения цунами и сбора данных об их высоте и скорости. Эта предлагаемая система, по заявлению Джона Х. Марбургера из Управления науки и технологий Белого дома, должна обеспечить Центрам предупреждения о цунами в США почти стопроцентное покрытие при приближении цунами, а также свести к минимуму количество ложных тревог. Первый прототип был развернут у побережья штата Орегон в 1995 году. В 2004 году станции DART® были переведены из исследовательского режима в PMEL в режим оперативного обслуживания в Национальном центре данных буев (NDBC), и PMEL и NDBC получили Золотую медаль Министерства торговли «за создание и использование новой системы закрепленных буев для предоставления точной и своевременной информации о цунами». В связи с землетрясением в Индийском океане в 2004 году и последовавшими за ним цунами были объявлены планы по развертыванию дополнительных 32 буев DART II по всему миру, включая впервые станции в Карибском и Атлантическом океанах. Американская сеть была завершена в 2008 году и насчитывает в общей сложности 39 станций в Тихом океане, Атлантическом океане и Карибском море. Международное сообщество также проявило интерес к буям DART, и по состоянию на 2009 год Австралия, Чили, Индонезия и Таиланд развернули буи DART в качестве компонента своих национальных систем предупреждения о цунами. В бюджетном обосновании NOAA на 2018 год администрация Трампа предложила упразднить систему DART в рамках сокращения программы предупреждения о цунами на 56%.

Обзор

Системы буев для глубоководной оценки и отчетности о цунами (DART) состоят из трех частей. На дне моря установлен датчик давления на дне (BPR). Поверхностный буй, закрепленный на якоре, соединяется с датчиком давления через акустическую линию связи. Эта линия передает данные от закрепленного датчика давления на поверхностный буй. Поверхностный буй передает данные по радио на спутники, такие как система Iridium. Из спутников данные передаются по радио на землю, а затем в офис системы по обычным линиям связи. Поверхностный буй представляет собой диск из стекловолокна диаметром два с половиной метра, покрытый пеной, с общей массой 4000 кг. Линия крепления, соединяющая поверхностный буй и датчик давления, – это нейлоновая линия диаметром девятнадцать миллиметров с пределом прочности на разрыв 7100 кг. Высокостабильный, долговечный датчик давления с очень высоким разрешением является ключевой технологией для датчика давления на дне DART. Это тензодатчик на основе резонансного кварцевого кристалла с коллектором силы в виде трубки Бурдона. При температурной компенсации разрешение этого датчика составляет примерно 1 мм водяного столба при измерении давления на глубине в несколько километров. Когда данные достигают поверхностного буя, данные о давлении преобразуются в среднюю высоту волн вокруг буя. Температура окружающей морской воды важна для расчетов, поскольку она влияет на плотность воды, а следовательно, и на давление, поэтому для точного измерения высоты океанских волн необходимо знать температуру моря. Поскольку размеры океанских волн постоянно меняются, система имеет два режима передачи данных: стандартный и режим событий. Стандартный режим используется чаще. Каждые 15 минут он передает оценку высоты морской поверхности и время измерения. Двусторонняя связь между центрами предупреждения о цунами и датчиком давления позволяет вручную переводить буи DART в режим событий при возникновении подозрения на приближение цунами. Для обеспечения постоянной и надежной связи буи DART оснащены двумя системами связи: двумя независимыми и резервной системой. Благодаря этим обновленным и надежным системам связи данные теперь могут быть отправлены в любую точку мира.