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流速計は、機械的、傾斜、音響的、または電気的手段によって流れを測定する海洋学装置です。
異なる参照フレーム
物理学では、観測者がどこに位置しているかに応じて異なる参照フレームを区別します。これは、流体力学における流れ場のラグランジュおよびオイラー指定の基本です。観測者は、移動フレーム（ラグランジュドリフトの場合）または静止フレームのいずれかにいることができます。
- ラグランジュ流速計は、海洋 漂流物、係留されていないブイ、または停泊していない船舶の実際の位置と推測航法によって予測された位置との変位を測定します。
- オイラー電流計は静止電流計を通過する電流を測定します
種類
機械
機械式流速計は、主にプロペラの回転数を数えることに基づいており、したがってローター流速計です。20 世紀半ばに実現されたエクマン流速計は、容器にボールを落として回転数を数えます。ロバーツ無線流速計は、係留ブイに取り付けられた装置で、その測定結果を無線でサービス船に送信します。サボニウス流速計は、垂直方向の動きによって生じる誤差を最小限に抑えるために、垂直軸を中心に回転します。[1]
音響
音響流速計には、ドップラー式と移動時間式の 2 つの基本的なタイプがあります。どちらの方法でも、セラミック トランスデューサーを使用して水中に音を発します。
ドップラー計測器の方が一般的です。このタイプの計測器の 1 つに音響ドップラー流速計(ADCP) があります。これは、水柱内の粒子から散乱する音波のドップラー効果を利用して、水深範囲にわたって水流 速度を測定します。ADCP は、音の移動時間を利用して、移動する粒子の位置を判断します。シングル ポイント デバイスは、やはりドップラー シフトを利用しますが、移動時間は無視します。このようなシングル ポイント ドップラー流速センサー (DCS) の標準的な速度範囲は 0 ～ 300 cm/s です。デバイスには通常、追加のオプション センサーが装備されています。
移動時間計測器は、上流と下流の少なくとも 2 つの音響信号によって水流速度を計測します。発信器から受信器までの移動時間を両方向で正確に計測することで、2 点間の平均水流速度を計測できます。複数の経路を使用することで、水流速度を 3 次元で計測できます。
移動時間計は一般にドップラー計よりも正確ですが、トランスデューサー間の速度のみを記録します。ドップラー計には、かなりの範囲で水の速度を測定できるという利点があり、ADCP の場合は複数の範囲で測定できます。
電磁誘導
この新しいアプローチは、例えばフロリダ海峡で採用されており、海底に沈めた電話ケーブルの電磁誘導を利用してゲートウェイを通過する流量を推定しており[2]、完全なセットアップは 1 つの巨大な流速計とみなすことができます。背後にある物理学: 荷電粒子 (海水中のイオン) は、海流とともに、その動きに垂直な地球の磁場内を移動しています。ファラデーの電磁誘導の法則(マクスウェル方程式の 3 番目) を使用すると、誘導された電流を測定することで、平均水平流の変動性を評価することができます。この方法では、異なる深さでの導電率がわずかに変化するため、垂直方向の重み付け効果がわずかにあります。[3]
傾き
傾斜流速計は、抗力傾斜原理に基づいて動作し、タイプに応じて浮いたり沈んだりするように設計されています。浮遊式傾斜流速計は通常、柔軟なラインまたはテザーで海底に固定された水面下の浮力ハウジングで構成されています。沈降式傾斜流速計も同様ですが、ハウジングはメーターが取り付け点から垂れ下がるように設計されています。どちらの場合も、ハウジングはその形状、浮力（負または正）、および水流速度に応じて傾きます。ハウジングの特性がわかれば、ハウジングの角度と傾斜方向を測定することで速度を判断できます。[4]ハウジングには、傾斜流速計の向き（垂直からの角度とコンパス方位）を記録するデータロガーが含まれています。浮遊式傾斜流速計は通常、鉛またはコンクリートのアンカーを使用して海底に設置されますが、ロブスタートラップやその他の便利なアンカーに設置することもできます。[5]沈降式傾斜流速計は、海洋係留装置、浮きドック、または魚のいる囲いに取り付けることができます。傾斜流速計は、一般的に比較的低コストで設計と操作が比較的簡単であるという点で、他の電流測定方法に比べて利点があります。[6] 機器の低コストにより、研究者はより多くのメーターを使用（したがって空間密度が増加）したり、機器の紛失の危険がある場所で使用したりすることができます。[7]
深度補正
流速計は通常、地上のアンカーウェイト、計測機器が接続された係留索、および係留索をほぼ垂直に保つ浮遊装置で構成される海洋係留装置内に配置されます。風に揺れる凧のように、係留索の実際の形状は完全に直線ではなく、いわゆる（半）懸垂線に沿っています。水流（および上部ブイが海面より上にある場合は風）の影響下で、係留索の形状を決定し、これによって計測機器の実際の深度を決定することができます。 [8] [9] 流速が強く（0.1 m/s以上）、係留索が長い（1 km以上）場合、計測機器の位置は最大50 m変化する可能性があります。
参照
参考文献
- ^ C. Reid Nichols、Robert G. Williams、『Encyclopedia of Marine Science』（2008年）、Infobase Publishing、 ISBN 0-8160-5022-8。関連箇所はGoogle Booksでオンラインで参照可能。2012年1月26日にオンラインでアクセス。
- ^ Duchez, Aurélie. 「26.5°NでのMOCの監視」。国立海洋学センター、サウサンプトン。2012年9月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年9月18日閲覧。
- ^ Meinen, Christopher S. 「フロリダの海流輸送 - プロジェクトの背景」。NOAA 大西洋海洋気象研究所。 2012年9月26日閲覧。
- ^ 水産省、NOAA (2021 年 9 月 1 日)。 「ニューイングランド/中部大西洋 | NOAA 漁業」。NOAA。
- ^ 「新しい電流計がロブスター業界、カキ養殖業者、科学者に答えを提供する」ScienceDaily。
- ^ ローウェル、ニコラス S.、ウォルシュ、デビッド R.、ポールマン、ジョン W. (2015)。「マサチューセッツ州のブドウ園の音における傾斜流速計と音響ドップラー流速計の比較」。2015 IEEE/OES 第 11 回流速、波動、乱流測定 (CWTM) 。pp . 1–7。doi :10.1109/ CWTM.2015.7098135。ISBN 978-1-4799-8419-0. S2CID 32839642。
- ^ ロス・マーチャント;スティーブンス、トーマス。チョクローン、セヴェリン。クームズ、ギャビン。サンタロッサ、マイケル。ホイニー、ジェームス。リッド、ピーター (2014)。 「海流推定のための浮力拘束球体」。IEEE 海洋工学ジャーナル。39 (1): 2. Bibcode :2014IJOE...39....2M。土井：10.1109/JOE.2012.2236151。S2CID 2832210。
- ^ Dewey, Richard K. 「Mooring Design & Dynamics - A Matlab Package for Designing and Testing Oceanographic Moorings And Towed Bodies」。ビクトリア大学地球海洋研究センター。2013年10月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年9月25日閲覧。
- ^ Dewey, Richard K. (1999 年 12 月 1 日). 「Mooring Design & Dynamics - 海洋学的係留装置の設計と解析のための Matlab® パッケージ」. Marine Models . 1 (1–4): 103–157. doi :10.1016/S1369-9350(00)00002-X.