湍流仪表组
在规划边缘冰区实验(MIZEX)在格陵兰海弗拉姆海峡以北(McPhee 1983)，我们意识到这一点湍流热通量来自海洋的冰将是海冰遇到近表面温度远高于冰点的开放海洋时的质量平衡和生存能力的一个主要因素。当时，还没有在海洋中通过垂直速度与偏离温度(即湍流偏离平均流体温度)的协方差来直接测量湍流热通量。我们找到了海鸟电子公司(SBE)的创始人Art Pedersen，他最近将一种新的周期计数方案与市上可用的温度(SBE 3)和电导率(SBE 4)传感器中的温桥电路结合起来，并将史密斯的转子(当时使用霍尔效应磁采集代替早期的光学系统)的一个版本整合到一个高度改进的SBE电导率/温度/深度(CTD)仪器中。彼得森积极响应，并在他位于华盛顿州默瑟岛的车库里组装了SBE-35系统，及时用于1984年在格陵兰海边缘冰带进行的MIZEX主要实验。SBE 35可容纳多达7个湍流仪表组(tic)，每个仪表组由3个沿正交轴定向的史密斯转子组成，z轴与垂直方向为45°，与附近的SBE温度和电导率传感器安装在同一水平面上。每个TIC的5个频率信号(3个来自电流表的低频输出和2个来自温湿度传感器的高频输出)通过同轴电缆传输到SBE-35甲板单元的背板，并通过计算机记录。新系统提供了可信的估计数海洋热通量在MIZEX实验期间(McPhee et al. 1987)，并在很大程度上改变了我们对冰/海洋界面上热量和盐如何传递的看法，如第6章所述。
在20世纪80年代和90年代，对基本的TIC结构进行了轻微修改，以减小直径(孔尺寸)，并在几次实验中使用，最终在1997-1998年进行了为期一年的SHEBA项目。对于CEAREX 1989，开发了一种新的部署方案，将tic安装在桅杆上，可以通过绞车降低到地面以下100米的地方。这需要开发高度改进的SBE 9水下单元，输入4-6个tic，通过一条海底电缆复用到水面甲板单元。在这种配置中，桅杆被定向成一个最佳的攻角，为当前仪表三位一体使用叶片。
在1992年的LeadEX项目中，对史密斯转子TIC进行了进一步的修饰，增加了SBE-7快速响应微结构电导率传感器。标准SBE 4电导率仪采用导管设计来提高精度并保持校准，但由此产生的流量收缩降低了对小湍流波动的响应。LeadEX和SHEBA的TIC配置如图3.1所示。暴露电极微观结构电导率C)仪器有时会受到严重的校准漂移和电导率峰值的影响，但当与附近的标准SBE 4结合使用时，可以提供可靠的盐度通量直接估计(WS1)，并允许我们计算总湍流浮力通量从协方差测量LeadEX (McPhee 1994;McPhee and Stanton 1996)。
机械式电流计受到一些限制，包括生物污染(在短暂的夏季，当水母出现时，偶尔会出现严重的问题)。可能更重要的是，尽管个人
图3.1“史密斯转子”湍流仪表组的照片，该仪表组由三个带有霍尔效应磁传感器的导管转子组成，以及SBE温度(SBE 3)、电导率(SBE 4)和微结构电导率(SBE 7)仪表。请注意，在此视图中，上部的电流表是水平的，而其他两个则倾斜45°c
图3.1“史密斯转子”湍流仪表组的照片，该仪表组由三个带有霍尔效应磁传感器的导管转子组成，以及SBE温度(SBE 3)、电导率(SBE 4)和微结构电导率(SBE 7)仪表。请注意，在此视图中，上部的电流表是水平的，而其他两个则倾斜45°c
图3.2 2005年maaudness项目期间，在R/V Nathaniel B. Palmer的波罗的海房间部署期间，配备SonTek 5mhz ADVOcean current meter的两个tic的桅杆
当它们沿正交轴排列时，转子将在电流下降到约1cm s-1时，我们发现它需要a意思是现在的大约5厘米，以保持所有三个转子旋转，因此这强加了一个实用的最小阈值三维速度测量。在几次实验中，我们尝试了各种其他现有的测量技术，包括激光多普勒测速仪(LDV)和高频(10 MHz)背散射声多普勒测速仪(ADV)。对于LDV和10 mhz ADV仪器，我们发现在非常清晰的极性混合层中缺乏光学和声学散射体导致低信噪比，这严重限制了它们的实用性。然而，在SHEBA期间，我们测试了一个更大的5 mhz版本的ADV (SonTek ADVOcean)，在很大程度上保持了足够的信噪比。ADV的优点包括非常低的电流阈值(同样由信噪比决定)，并且它采样的体积(一个长轴约为1 x 2cm的椭球)与电流计设备相隔约15 cm，显着减少了流动干扰。2001年，我们利用5 mhz ADV的低电流阈值，对斯瓦尔巴群岛Van Mijen峡湾快冰下的温和潮汐流的动量、热量和盐通量进行了可靠的估计(McPhee等人，2008年出版)，并在此后的几个项目中，包括在maaudness期间从R/V Nathaniel B. Palmer的波罗的海房间部署(图3.2)。
继续阅读:平均时间和谱隙
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