Oppgaver: Rigger og tidsserier

Vi reiser på tokt til Amundsenhavet annenhvert år og gjør masse målinger. Slik får vi et bilde av hva som skjer i det tidsrommet vi er der. Men vi vil selvsagt også vite hva som foregår når vi ikke er der. Derfor setter vi ut «rigger». En rigg er kort sagt et anker, en line som vi fester instrumenter på, og deretter flyteelementer som holder den oppe. Riggen plasseres på bunnen og måler (vanligvis hastighet, salt og temperatur, men vi skal også ha instrumenter som måler konsentrasjonen av oksygen i vannet) til vi kommer tilbake ett eller to år senere og plukker den opp igjen. Hvordan riggen ser ut og hvilke instrumenter som settes på er avhengig av hva man skal studere. I tabellen i oppgave 2 finner du informasjon om noen av instrumentene vi bruker og her ser du hvordan en av mine rigger ser ut:rigg

Oppgave 1

Nå kan du få designe din egen rigg! Hvordan skulle den sett ut om du ville…

a) studere hvordan vannets saltholdighet og temperatur forandrer seg i de øvre 200 m i løpet av ett år i et område som er 500 m dypt?

b) studere en bunnstrøm som når opp til 300 m over bunn?

c) finne ut hvor mye varmt vann som strømmer inn under en isbrem? Det er 800 m dypt. Tenk på at isbremmen kan være 300 m dyp.

Oppgave 2

Gjør beregninger for din egen rigg eller for en rigg som har:

1 x utløser (25 mob); 3 x  SBE37 (25, 150 og 300 mob), 1 x RCM (50 mob), 1 x ADCP (300 mob) og  5 x SBE56 (50, 75, 100, 200, 250 mob). Mob=meter over bunn.

Instrumentene har følgende dimensjoner (alle er omtrent sylinderformet):

a) Hvor mye veier instrumentene på riggen i luft? I vann?

Riggen må også ha flyteelementer (glasskuler) for å holde seg vertikal!

b) Hvor stor er oppdriften fra en glasskule? Glasskulenes diameter er 43 cm og har en masse på 22 kg.

c) Hvor mange glasskuler trenger vi for å holde riggen oppe?

Oppgave 3

Når det er sterk strøm så dras riggen ned mot bunn – det er ikke bra! For det første så får man ikke målinger fra det dypet man hadde tenkt, og for det andre så kan mange instrument ikke måle når de heller for mye. En ADCP kan for eksempel ikke måle strømmen om den heller mer enn 15\(^\circ\). Derfor setter vi på ekstra flyteelementer for å holde riggen vertikal også når det er sterk strøm. Kraften som det strømmende vannet utøver på riggen er proporsjonal med området (arealet) som vannet treffer.

a) Hvor stor andel av riggens areal utgjør linen?

b) Hvor mye minsker motstanden om vi bytter til en line som bare er 6 mm i diameter?

c) Et instrument har blitt dratt ned til 170 m over bunnen (mob) og dratt 218 meter nedstrøms. Et annet instrument har blitt dratt ned til 65 mob og 105 meter nedstrøms. Formen på linen kan beskrives med en (halv) parabel. Finn uttrykket for parabelen.

d) Trykksensoren på en ADCP viser at den nå sitter 40 mob. Hvor mye heller den da? Kan vi bruke målingene?

e) Hvor høyt opp måtte ADCP’en ha vært for at vi skulle kunne bruke målingene?

f) Hvorfor tror du vi heller setter en ADCP høyt oppe så den «ser» nedover enn en som sitter nær bunn og «ser» opp?

mooring2
En av mine rigger i sterk strøm. Vi bruker dataprogram for å beregne hvordan riggene kommer til å oppføre seg i sterk strøm. Programmet forteller oss også hvor tungt ankeret må være.

Oppgave 4

Når vi henter opp riggen igjen og laster ned dataene fra instrumentene får vi tidsserier av strøm (hastighet), temperatur, og saltholdighet. Nå skal vi kikke på data fra rigger som stod ute i Amundsenhavet i 2012

a) Les inn og plot strømmålingene fra rigg S4 mellom 17-24 juni, 2012. (Riggdata_S4_1).  Strømmålingene er i cm/s. Hva er det vi ser?

b) Hva er middelstrømmen? I hvilken retning går den? (\(u\) gir strømstyrken i \(x\)-retning (mot øst) og \(v\) gir strømmen i \(y\)– retning (mot nord)).

c) Om du skal tilpasse eller beskrive observasjonene med en funksjon , hvilken velger du da?

d) Bestem konstantene ved hjelp av regresjon.

e) Et isfjell flyter med strømmen i nærheten av S4 – sett opp et utrykk (på vektorform) for hvordan isfjellet kommer til å forflytte seg og plott trajektorien i en ny figur. Beskriv bevegelsen.

f) Plott strømmen en uke fram i tid ved hjelp av din funksjon fra (d).

g) Les inn data fra S4 24/6 – 1/7 og plott den i samme figur – stemmer det med din modell? Hvorfor/hvorfor ikke? (Filen heter: Riggdata_S4_2).

Oppgave 5

Les inn i plott trykkmålingene fra rigg C2. Her var strømmen mye sterkere enn vi trodde, og vi hadde ikke satt på tilstrekkelig med flyteelementer 🙁  (Filen heter: Riggdata_C2).

a) Hva er det vi ser? (hint: se oppgave 2)

b) Hvor dypt sitter instrumentet når det er svak strøm? (1 m \(\approx\) 1 dbar)

c) Hvor dypt dras det ned maksimalt?

d) Hvor stor del av tiden har det blitt dratt ned mer enn 40 m? 80 m?

e) \(u\) gir strømstyrken i \(x\)-retning (mot øst) og \(v\) gir strømmen i \(y\)– retning (mot nord). Bruk Pythagoras og sett opp et uttrykk for strømstyrken. Regn ut strømmen! Hvor sterk er den sterkeste strømmen? Middelstrømmen? Hvor mange kilometer per time er det?

f) Er det noen sammenheng mellom strømstyrke og trykk (dvs neddragning)? Hvordan ser det ut? Beskriv sammenhengen matematisk og forklar med ord.

Oppgave 6

Instrumentene går på batteri – og hver gang de gjør en måling brukes det litt (eller mye om det er en ADCP) energi. Vi vil selvsagt at instrumentene skal gjøre målinger helt til vi kommer tilbake og henter riggen, så vi regner ut på forhånd hvor ofte vi kan gjøre målinger uten at batteriet tar slutt. Men vi må også ta hensyn til for eksempel tidevann når vi bestemmer hvor ofte vi skal måle.

a) Det daglige tidevannet (en av komponentene) har en periode på 25.8 timer. Tidevannet kan beskrives med en sinus kurve. Amplituden (og fasen) avhenger av hvor vi er, men anta at amplituden er 10 cm/s og fasen er 0. Sett opp et uttrykk som beskriver tidevannet og plott det tretti dager fram i tiden.

b) Om vi hadde gjort målinger bare en gang om dagen (dvs hver 24 h), hvordan hadde vår tidsserie sett ut da?

c) Hvilken periode har «svingningen» som vi da observerer?

d) Tidevannet som vi observerer er en sum av mange tidevannskomponenter med ulike perioder. En annen heldaglig tidevannskomponent har en periode på 23,93 timer. Sett opp uttrykket for den tidevannskomponenten dersom amplituden er 9 cm/s (fasen kan du sette til null) og plott summen av de to komponetene. Hva ser du? Hvordan endres amplituden? Kan du forklare hva som skjer? (tips – plott både de ulike komponentene og summen av dem). Sammenlign resultatet med resultatene dine fra oppgave 3g.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *