Исследование взаимозависимости скорости звука и солености морской воды в уравнении состояния

А.Н. Греков, Н.А. Греков, Е.Н. Сычев 

Институт природно-технических систем, РФ, г. Севастополь, ул. Ленина, 28

Email: oceanmhi@ya.ru

DOI: 10.33075/2220-5861-2018-3-29-36

УДК 551.46.08

Реферат:

   Работа посвящена исследованию характера взаимозависимости скорости звука и солености морской воды. Следует отметить, что соленость является одним из параметров морской воды, которые прямо измерить in situ пока невозможно. В течение последних десятилетий для косвенного определения (измерения) солености морской воды широко применяется удобный для автоматизации и, обладающий высокой чувствительностью, метод определения солености через измерения относительной электропроводности с учетом температуры и давления. Однако этот метод имеет известные существенные и, строго говоря, неустранимые недостатки, поэтому не прекращаются попытки поиска и внедрения иных (альтернативных) методов косвенного измерения солености морской воды, в частности по данным измерений скорости звука или показателя преломления.

   В настоящее время благодаря значительному прогрессу в повышении точности измерений скорости звука SVP профилографами появились возможности для использования альтернативного метода косвенного определения (измерения) солености по измерениям скорости звука in situ. При этом в качестве методик для косвенного измерения солености может быть использовано уравнение состояния морской воды в одном из двух видов, из которых один является явным относительно скорости звука с = fс(S, Т, Р) (1) – прямая зависимость, другой является явным относительно солености  S = fS(c, Т, Р)  (2) – обратная зависимость. Здесь соленость может быть использована в форме либо практической (SР), либо абсолютной (SА) солености. Уравнения обоих видов (1) и (2) являются аппроксимационными и, как правило, имеют полиномиальную форму.

   Проведенные в работе исследования показали, что полиномиальная форма хорошо подходит для аппроксимации прямой функциональной зависимости скорости звука от солености (1) и может быть использована без ограничений в широком диапазоне значений температуры и давления. В тоже время в результате анализа нами установлено, что полиномиальная форма аппроксимации является мало пригодной для аппроксимации обратной функциональной зависимости солености от скорости звука (2) в широком диапазоне значений температуры и давления за исключением лишь небольшой области низких температур и давлений. Этот результат является весьма важным, поскольку на основании его можно сделать существенный вывод о том, что разработка полиномиальных уравнений в форме (2) явных относительно солености, как это делается некоторыми исследователями, является нецелесообразной вследствие невысокой точности таких уравнений.

   В качестве методики для косвенного определения (измерения) солености целесообразно разрабатывать и использовать полиномиальные уравнения в форме (1) явные относительно скорости звука как более точные. Требуемые значения солености по известным значениям скорости звука могут быть легко определены решением уравнений в форме (1) неявных относительно солености с помощью известных математических методов.

   При проведении исследований использовано международное термодинамическое уравнение состояния морской воды TEOS-10.

Ключевые слова: морская вода, скорость звука, соленость, уравнение состояния, TEOS-10.

Полный текст в формате PDF

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Chen C.-T., Millero F.J. Precise equation of state of seawater for oceanic ranges of salinity, temperature and pressure. Deep-Sea Res. 1977. V. 24: 365–369. doi:10.1016/0146-6291(77)96000-3
  2. Allen J.T., Keen P.W. et al. A new salinity equation for sound speed instruments. Limnology and oceanography: Methods. 06, 2017. P. 1–11. doi: 10.1002/lom3.10203
  3. IOC, SCOR and IAPSO, 2010: The international thermodynamic equation of seawater – 2010: Calculation and use of thermodynamic properties. Intergovernmental Oceanographic Commission, Manuals and Guides No. 56, UNESCO (English), 196 pp. (Available from http://www.TEOS-10.org).
  4. Греков А.Н., Греков Н.А., Сычев Е.Н. Оценка неопределенности измерений практической солености морской воды в океанографических исследованиях // Системы контроля окружающей среды. Севастополь: ИПТС. 2018. Вып. 11 (31). С. 13–22.

Loading