Новые уравнения для расчета плотности морской воды на основе измерений скорости звука

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.

1. Le Menn M. Measurements at Sea, Instrumentation and Metrology in Oceanography, pp. 295—351.

2. 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.

3. 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)

4. 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.org

5. 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.

6. 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-7-363-2011

7. McDougall T. J. et al. A global algorithm for estimating Absolute Salinity, Ocean Science, 2012, vol. 8, no. 6, pp. 1123—1134.

8. Schmidt H. et al. The density—salinity relation of standard seawater, Ocean Science, 2018, vol. 14, no. 1, pp. 15—40.

9. 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.

10. Millero F. J. Physico-chemical controls on seawater, Treatise on Geochemistry: Second Edition, Elsevier Inc., 2013.

11. 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.

12. Pawlowicz R. The absolute salinity of seawater diluted by riverwater, Deep Sea Research. Part I: Oceanographic Research Papers, 2015, vol. 101, pp. 71—79.

13. 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).

14. 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).

15. Babii V. I. On the metrology of the speed of sound in liquids, Acoustical Physics, 2017, vol. 63, no. 3, pp. 275—287.

16. 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).