novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.20.143-151novtexmech-593Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGНовые уравнения для расчета плотности морской воды на основе измерений скорости звукаNew Equations for Sea Water Density Calculation Based on Measurements of the Sound SpeedГрековА. Н.GrekovA. N.

Кандидат технических наук, заведующий лабораторией полигонных систем мониторинга окружающей среды.

Севастополь.

Grekov Aleksandr N. - PhD, Laboratory Head, Laboratory of field monitoring systems.

grekov@protonmail.comГрековН. А.GrekovN. A.

Доктор технических наук, руководитель центра, Специальное научно-конструкторское и технологическое бюро.

Севастополь.

Special Scientific Design and Technology Bureau.

Sevastopol, 299011.

ngrekov1@ya.ruСычевЕ. Н.SychovE. N.

Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория полигонных систем мониторинга окружающей среды.

Севастополь.

Laboratory of field monitoring systems.

Sevastopol, 299011.

sychov-e@rambler.ruИнститут природно-технических системРоссияInstitute of Natural and Technical SystemsRussian Federation201906032019203143151Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20192019Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/593

Плотность  является  одним  из  важнейших свойств  морской  воды и используется в различных  морских  исследованиях  и  технологиях.  Традиционно  в  практике  океанографических исследований принято  рассматривать  плотность как  зависимый  параметр, который  является  функцией  нескольких других  параметров, принятых  в качестве независимых. Обычно следующие  три параметра  используются в качестве  независимых параметров:  температура, гидростатическое давление  и соленость.  Вопросы измерения температуры  и гидростатического давления insitu технологически  хорошо разработаны, в то время как  при измерении  солености  все еще остаются  нерешенные  проблемы. Это связано  с тем, что соленость  является  таким  свойством, которое  просто невозможно  прямо измерять  insitu. Для  устранения  проблем, связанных   с измерениями  солености, авторы  разработали  специальное  уравнение  нового вида.  Это уравнение  нового вида выражает  плотность  морской  воды через независимые  и измеренные  insitu параметры: температуру, гидростатическое давление  и скорость  звука.  Новизна  этого  подхода  заключается в том, что использование скорости  звука  в качестве  одного из аргументов  позволяет обойтись без измерения солености  морской воды при определении  плотности  морской  воды. Авторы  разработали два таких  уравнения для двух  случаев  использования. Первое  уравнение  предназначено  для использования в технических приложениях и воспроизводит плотность морской  воды  в  широком  диапазоне  параметров   водной  среды  со  среднеквадратическим отклонением 0,062  кг/м3. Второе  более точное  уравнение  предназначено  для научных  применений  и воспроизводит плотность  морской  воды в более узком  океанографическом диапазоне  параметров  со среднеквадратическим отклонением 0,0018 кг/м3.

Density is one of the most important properties of seawater and is used in various marine research and technology. Traditionally, in the practice of oceanographic research, it is customary to consider density as a dependent  parameter, which is a function of several other parameters taken  as independent.  Usually the following three parameters are used as the independent  parameters: temperature, hydrostatic  pressure  and  salinity.  The  issues  of  temperature  and  hydrostatic  pressure  measuring  in  situ  are  technologically  well developed,  while in the salinity measuring there are still unsolved problems. This is due to the fact that salinity is such a property that it is simply impossible to determine  directly in situ. To  eliminate  the problems associated  with measurements  of salinity, the authors developed  the special new kind  equation.  That  equation  of the new kind  express the density  of sea water through independent  and in situ measured  parameters:  temperature, hydrostatic  pressure and  sound  speed.  The  novelty  of this approach  is that  using of the sound speed as the independent  parameter makes  it possible to exclude measurements  of salinity. The authors developed two such new equations  for the different cases of using. The  first new equation  is intended  for use in technical  applications and reproduces the sea water density in a wide range of the aquatic environment  parameters with a root mean square deviation  of 0.062  kg/m3. The  second more precise new equation  is intended  for scientific applications  and  reproduces the sea water density  in a narrower oceanographic range of parameters with a root mean  square deviation  of 0.0018  kg/m3.

уравнение состоянияморская водаплотностьскорость звукаTEOS-10среднеквадратическое отклонениеequation of statesea waterdensitysound velocityTEOS-10root mean square deviationReferencesLe Menn M. Measurements at Sea, Instrumentation and Metrology in Oceanography, pp. 295—351.Le Menn M. Measurements at Sea, Instrumentation and Metrology in Oceanography, pp. 295—351.Le Menn M. et al. Advances in measuring ocean salinity with an optical sensor, Measurement Science and Technology, 2011, vol. 22, no. 11, pp. 1—8.Le Menn M. et al. Advances in measuring ocean salinity with an optical sensor, Measurement Science and Technology, 2011, vol. 22, no. 11, pp. 1—8.Grekov A. N., Grekov N. A., Sychov E. N. Metody i sredstva opredeleniya solenosti shel’fovykh zon okeanov i morey (Methods and means of determining the salinity of the shelf zones of the oceans and seas), Sistemy kontrolya okruzhayushchey sredy, Sevastopol’, IPTS, 2015, iss. 2 (22), pp. 29—34 (in Russian)Grekov A. N., Grekov N. A., Sychov E. N. Metody i sredstva opredeleniya solenosti shel’fovykh zon okeanov i morey (Methods and means of determining the salinity of the shelf zones of the oceans and seas), Sistemy kontrolya okruzhayushchey sredy, Sevastopol’, IPTS, 2015, iss. 2 (22), pp. 29—34 (in Russian)IOC, SCOR and I A PSO, 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 p., available at: http://www.TEOS-10.orgIOC, SCOR and I A PSO, 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 p., available at: http://www.TEOS-10.orgPawlowicz R. et al. Metrological challenges for measurements of key climatological observables, Part 2: oceanic salinity, Metrologia, 2015, vol. 53. no. 1, pp. R12—R25.Pawlowicz R. et al. Metrological challenges for measurements of key climatological observables, Part 2: oceanic salinity, Metrologia, 2015, vol. 53. no. 1, pp. R12—R25.Pawlowicz R., Wright D. G., Millero F. J. The effects of biogeochemical processes on oceanic conductivity/salinity/density relationships and the characterization of real seawater, Ocean Sci., 2011, 7, pp. 363—387, doi:10.5194/os-7-363-2011Pawlowicz R., Wright D. G., Millero F. J. The effects of biogeochemical processes on oceanic conductivity/salinity/density relationships and the characterization of real seawater, Ocean Sci., 2011, 7, pp. 363—387, doi:10.5194/os-7-363-2011McDougall T. J. et al. A global algorithm for estimating Absolute Salinity, Ocean Science, 2012, vol. 8, no. 6, pp. 1123—1134.McDougall T. J. et al. A global algorithm for estimating Absolute Salinity, Ocean Science, 2012, vol. 8, no. 6, pp. 1123—1134.Schmidt H. et al. The density—salinity relation of standard seawater, Ocean Science, 2018, vol. 14, no. 1, pp. 15—40.Schmidt H. et al. The density—salinity relation of standard seawater, Ocean Science, 2018, vol. 14, no. 1, pp. 15—40.Allen J. T. et al. A new salinity equation for sound speed instruments, Limnology and Oceanography: Methods, 2017, vol. 15, no. 9, pp. 810—820.Allen J. T. et al. A new salinity equation for sound speed instruments, Limnology and Oceanography: Methods, 2017, vol. 15, no. 9, pp. 810—820.Millero F. J. Physico-chemical controls on seawater, Treatise on Geochemistry: Second Edition, Elsevier Inc., 2013.Millero F. J. Physico-chemical controls on seawater, Treatise on Geochemistry: Second Edition, Elsevier Inc., 2013.Dittmar W. Report on the scientific results of the exploring voyage of HMS Challenger, In Physics and Chemistry, 1884, vol. 1, pp. 1—251. London, HJMSO.Dittmar W. Report on the scientific results of the exploring voyage of HMS Challenger, In Physics and Chemistry, 1884, vol. 1, pp. 1—251. London, HJMSO.Pawlowicz R. The absolute salinity of seawater diluted by riverwater, Deep Sea Research. Part I: Oceanographic Research Papers, 2015, vol. 101, pp. 71—79.Pawlowicz R. The absolute salinity of seawater diluted by riverwater, Deep Sea Research. Part I: Oceanographic Research Papers, 2015, vol. 101, pp. 71—79.Grekov A. N., Grekov N. A., Sychov E. N. Uravneniye skorosti zvuka dlya anomal’nykh zon okeanov i morey (Equation of sound speed for anomalous zones of oceans and seas), Sistemy kontrolya okruzhayushchey sredy, Sevastopol’, IPTS, 2016, iss. 4 (24), pp. 27—31 (in Russian).Grekov A. N., Grekov N. A., Sychov E. N. Uravneniye skorosti zvuka dlya anomal’nykh zon okeanov i morey (Equation of sound speed for anomalous zones of oceans and seas), Sistemy kontrolya okruzhayushchey sredy, Sevastopol’, IPTS, 2016, iss. 4 (24), pp. 27—31 (in Russian).Grekov A. N., Grekov N. A., Sychov E. N. Solevaya chast’ uravneniya skorosti zvuka dlya anomal’nykh zon okeanov (Salt part of sound velocity equation for anomalous zones of oceans and seas), Sistemy kontrolya okruzhayushchey sredy, Sevastopol’, IPTS, 2016, iss. 5 (25), pp. 12—16 (in Russian).Grekov A. N., Grekov N. A., Sychov E. N. Solevaya chast’ uravneniya skorosti zvuka dlya anomal’nykh zon okeanov (Salt part of sound velocity equation for anomalous zones of oceans and seas), Sistemy kontrolya okruzhayushchey sredy, Sevastopol’, IPTS, 2016, iss. 5 (25), pp. 12—16 (in Russian).Babii V. I. On the metrology of the speed of sound in liquids, Acoustical Physics, 2017, vol. 63, no. 3, pp. 275—287.Babii V. I. On the metrology of the speed of sound in liquids, Acoustical Physics, 2017, vol. 63, no. 3, pp. 275—287.Levashov D. Ye. Tekhnika ekspeditsionnykh issledovaniy: Instrumental’nyye metody i tekhnicheskiye sredst va otsenki promyslovo-znachimykh faktorov sredy (Technique of expeditionary research: Instrumental methods and technical means for assessing commercially signif icant environmental factors), Moscow, Publishing house of V NIRO, 2003 (in Russian).Levashov D. Ye. Tekhnika ekspeditsionnykh issledovaniy: Instrumental’nyye metody i tekhnicheskiye sredst va otsenki promyslovo-znachimykh faktorov sredy (Technique of expeditionary research: Instrumental methods and technical means for assessing commercially signif icant environmental factors), Moscow, Publishing house of V NIRO, 2003 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.