Nieuwsbericht

Temperatuurverandering oceaanwater meten met geluid

24 februari 2017

Oceanen zijn een belangrijke buffer voor temperatuurveranderingen op aarde. Ze kunnen enorme hoeveelheden warmte opslaan als de temperatuur van de lucht stijgt en veel warmte afgeven als het kouder wordt. De temperatuur in de (diepe) oceaan is een belangrijke indicator voor klimaatverandering op aarde. Het KNMI heeft in samenwerking met de TU Delft een methode ontwikkeld waarmee deze temperatuur met sensoren, op basis van omgevingsruis van geluidsgolven, gemeten kan worden.

In oceanen zijn microfoons (hydrofoons) geplaatst in het kader van het kernstopverdrag. Deze microfoons houden de oceanen in de gaten op het voorkomen van nucleaire test explosies. Nabij Ascension Island in de Atlantische Oceaan staan een tweetal meetopstellingen, een serie instrumenten met hydrofoons, op een diepte van 850 meter in de oceaan. Iedere meetopstelling bestaat uit drie hydrofoons. Zowel ten noorden als ten zuiden van Ascension Island is een meetopstelling geplaatst, met een onderlinge afstand van 126  kilometer.

De snelheid waarmee geluidsgolven door water en lucht reizen is afhankelijk van de temperatuur

De toegepaste methode wordt interferometrie genoemd, hierbij worden continue metingen van achtergrondruis op de twee meetopstellingen vergeleken. Als de metingen van beide meetpunten overeenkomsten vertoont kan de geluidssnelheid, en dus de temperatuur, bepaald worden. De snelheid waarmee geluidsgolven door water en lucht reizen is afhankelijk van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur van het zeewater, hoe sneller de geluidsgolven gaan. Het ruisveld in de oceanen bestaat onder andere stormen die tot golven leiden. Deze golven, die op elkaar botsen, wekken geluid in de oceaan op. 

Als voorbeeld, op een hete zomerdag bereiken woorden de luisteraar eerder dan op koude winterdag. Door de tijd te meten tussen het moment van spreken en de waarneming door het oor van de luisteraar kan de temperatuur bepaald worden. In het dagelijks leven gebruiken we hier een thermometer voor en zijn de verschillen op basis van geluidsgolven klein. Maar er zijn delen van de aarde waar niet zo maar een thermometer geplaatst kan worden, zoals in het diepste van de oceanen, de hoge atmosfeer en diep in de aarde. Hier zijn andere methoden nodig om informatie over bijvoorbeeld de temperatuur en samenstelling te verkrijgen. 

Hydro-akoestiek station H10 nabij Ascension Island in de Atlantische Oceaan. H10 bestaat uit twee meetopstellingen (H10N en H10S), 126 kilometer uit elkaar, op 850 meter diepte. ©KNMI
Vergelijk van de ruis, vanaf 2005 tot halverwege 2014, zoals gemeten door een hydrofoon in de noordelijke (H10N) en zuidelijke meetopstelling (H10S). ©KNMI
In de oceaan zijn microfoons (hydrofoons) geplaatst in het kader van het kernstopverdrag. ©CTBTO

Het middelste plaatje geeft de vergelijk van de ruis weer, vanaf 2005 tot halverwege 2014, zoals gemeten door een hydrofoon in de noordelijke (H10N) en zuidelijke meetopstellng (H10S). Lichte kleuren geven aan dat de ruis op de twee hydrofoons op elkaar lijkt. Een donkere kleur betekent dat de ruis op de ene hydrofoon juist niet op de andere lijkt. Als de ruis gelijkenissen vertoont kan de reistijd, de tijd die het duurt om van H10N naar H10S te reizen, bepaald worden. Gemiddeld over de jaren is dit zo'n 85,5 seconden, wat overeenkomt met een temperatuur van 5 graden Celsius of een geluidssnelheid van 1481 m/s op 850 meter diepte.

Metingen van achtergrondruis op de twee meetopstellingen worden vergeleken, bij overeenkomsten kan geluidssnelheid en dus temperatuur bepaald worden

Verdere studies zullen zich richten op trends in de mogelijke temperatuurverandering van de diepe oceaan op dieptes waar weinig metingen beschikbaar zijn. Dit onderzoek is begonnen als project in het Meerjarig Strategisch Onderzoek (MSO) van het KNMI. Momenteel wordt het verdere onderzoek mogelijk gemaakt door een vernieuwingsimpuls  van NWO (Vidi-beurs). De komende tijd zullen nieuwe resultaten beschikbaar komen.

De publicatie Deep ocean sound speed characteristics passively derived from the ambient acoustic noise field is recent verschenen in Geophysical Journal International, auteur Läslo Evers (KNMI) en co-auteurs Prof. Wapenaar (TU Delft), dr. Snellen (TU Delft) en een Amerikaanse collega, dr. Heaney.

Recente nieuwsberichten

  1. Trillingen gemeten in Noord-Korea

    Zaterdagochtend, 23 september, is er een seismische gebeurtenis waargenomen in Noord-Korea. Om 10...

    23 september 2017 - Nieuwsbericht
  2. Arctisch zee-ijs heeft minimale omvang bereikt

    Op 13 september bereikte het Arctisch zee-ijs zijn minimum met een oppervlakte van 4,64 miljoen v...

    22 september 2017 - Nieuwsbericht
  3. Veel neerslag in de kustgebieden

    Waar veel mensen vorig jaar rond deze tijd nog genoten van heerlijk nazomerweer, begint de herfst...

    20 september 2017 - Nieuwsbericht
  4. Orkaan Maria nabij Bovenwindse Eilanden

    Anderhalve week nadat Sint Maarten en de andere Bovenwindse Eilanden getroffen zijn door de orkaa...

    19 september 2017 - Nieuwsbericht
Toon alle pers- & nieuwsberichten