Сеизмичка океанографија

Сеизмичката океанографија припаѓа во таканаречената акустична океанографија, во која звучните бранови се користат за проучување на физичките својства и динамиката на океанот. За разлика од повеќето океанографски методи на акустична слика, кои користат звучни бранови со честоти поголеми од 10.000 Hz, сеизмичката океанографија користи звучни бранови со честоти помали од 500 Hz. Употребата на звук со ниска честота значи дека сеизмичката океанографија е единствена во нејзината способност да обезбеди високо детални слики од океанографската структура што опфаќа хоризонтални растојанија од стотици километри и кои се протегаат од површината на морето до морското дно. Од своето основање во 2003 година, сеизмичката океанографија се користи за сликање на широк спектар на океанографски поајви, вклучувајќи предници, витли, термохалински скали, матни слоеви и ладен извор. Покрај обезбедувањето спектакуларни слики, сеизмичките океанографски податоци дадоа квантитативен увид во процесите како што се движењето на внатрешните бранови и турбулентното мешање на морската вода.
1 Метод
1.1 Стекнување податоци
Сеизмичката океанографија се заснова на профилирање на морска сеизмичка рефлексија, во која бродот влече специјализирана опрема за генерирање подводен звук. Оваа опрема уште се нарекува акустичен избор. Бродот влече и еден или повеќе кабли по кои се наредени стотици хидрофони, кои се инструменти за снимање подводен звук. Овие кабли се нарекуваат стримери и се од неколку стотици метри до 10 километри во должина. И акустичниот извор и стримерите лежат неколку метри под површината на морето.
Акустичниот извор генерира звучни бранови еднаш на секои неколку секунди со ослободување или компримиран воздух или електрично полнење во морето. Повеќето од овие звучни бранови патуваат надолу кон морското дно, а мал дел од звукот се рефлектира од границите на кои се менува температурата или соленоста на морската вода (овие граници се познати како термохалински граници). Хидрофоните ги детектираат овие рефлектирани звучни бранови. Како што бродот се движи напред, позициите на акустичниот извор и хидрофоните се менуваат во однос на рефлектирачките граници. Во период од 30 минути или помалку, повеќе различни конфигурации на акустичен извор и хидрофони земаат примерок од истата точка на границата.
1.2 Создавање слика
1.2.1 Идеализиран случај
Сеизмичките податоци снимаат како интензитетот на звукот на секој хидрофон се менува со текот на времето. Времето во кое рефлектираниот звук пристигнува до одреден хидрофон зависи од хоризонталното растојание помеѓу хидрофонот и акустичниот извор, од длабочината и обликот на рефлектирачката граница и од брзината на звукот во морската вода. Длабочината и обликот на границата и локалната брзина на звукот, која може да варира помеѓу приближно 1450 м/с и 1540 година m/s, првично се непознати. Со анализа на записите од повеќе различни конфигурации на акустични извори и хидрофони, може да се процени брзината на звукот. Користејќи ја оваа проценета брзина, длабочината на границата се одредува под претпоставка дека границата е хоризонтална. Ефектите од рефлексијата од границите кои не се хоризонтални може да се земат предвид со користење на методи кои колективно се познати како сеизмичка миграција. По миграцијата, се додаваат различни записи со примерок од истата точка на граница за да се зголеми односот сигнал-шум (овој процес е познат како натрупување). Миграцијата и редење се вршат на секоја длабочина и во секоја хоризонтална положба за да се направи просторно точна сеизмичка слика.
1.2.2 Компликации
Интензитетот на звукот снимен од хидрофоните може да се промени поради други причини освен одразот на звукот од термохалинските граници. На пример, акустичниот извор произведува некои звучни бранови кои се движат хоризонтално долж стримерот, наместо надолу кон морското дно. Освен звукот произведен од акустичниот извор, хидрофоните снимаат позадински шум предизвикан од природни процеси како што се кршењето на брановите на ветерот на површината на океанот. Овие други, несакани звуци често се многу погласни од звукот што се рефлектира од термохалинските граници. Употребата на филтри за обработка на сигналот ги смирува несаканите звуци и го зголемува односот сигнал-шум на рефлексиите од термохалинските граници.
1.3 Анализа
Клучната предност на сеизмичката океанографија е тоа што обезбедува слики со висока резолуција (до 10 м) од океанската структура, кои можат да се комбинираат со квантитативни информации за океанот. Сликите може да се користат за да се идентификуваат должината, ширината и висината на океанските структури низ низа размери. Ако сеизмичките податоци се исто така 3Д, тогаш може да се анализира и еволуцијата на структурите со текот на времето.
1.3.1 Превртување за температура и соленост
Во комбинација со неговите слики, обработените сеизмички податоци може да се користат за извлекување други квантитативни информации за океанот. Досега, сеизмичката океанографија се користела за извлекување на распределбата на температурата и соленоста, а со тоа и густината и други важни својства. Постои низа пристапи кои можат да се користат за да се извлечат овие информации. На пример, Парамо и Холбрук (2005) извлекле температурни градиенти во Норвешкото Море користејќи ги методите Амплитуда наспроти Офсет. Сепак, распределбата на физичките својства била ограничена на еднодимензионална. Во поново време, имало чекор кон дводимензионална техника. Корд Папенберг и сор. (2010) ги претставила дводимензионалните распределби на температурата и соленоста со висока резолуција. Овие полиња се изведени со помош на итеративна инверзија која комбинира сеизмички и физички океанографски податоци. Оттогаш, претставени се посложени инверзии кои се базираат на техниките на инверзија на Монте Карло, меѓу другото.
1.3.2 Спектрална анализа за вертикални стапки на мешање
Освен распределбата на температурата и соленоста, сеизмичките податоци од океанот може да се користат и за извлекување на стапките на мешање преку спектрална анализа. Овој процес се заснова на претпоставката дека рефлексиите, кои покажуваат бранувања на голем број размери, го следат внатрешното браново поле. Затоа, вертикалното поместување на овие бранови може да даде мерка за вертикалните стапки на мешање на океанот. Оваа техника за прв пат била развиена со помош на податоци од Норвешкото Море и покажала подобрување на енергијата на внатрешните бранови блиску до континенталната падина. Од 2005 година, техниките се дополнително развиени, адаптирани и автоматизирани така што секој сеизмички дел може да се претвори во дводимензионална распределба на стапките на мешање