Automatiska mätinstrument ger information om havets och vattnets egenskaper

Automatiska mätinstrument är mycket praktiska. De ger resultat oavbrutet utan att någon behöver ge sig ut till havs. Med hjälp av automatiserade mätsystem kan vi följa upp vissa egenskaper i havet, till exempel vattenströmmar, mängden växtplankton, vattentemperaturen eller salthalten. Också vattenprov kan tas automatiskt.


Vissa automatiska mätsystem monteras på fasta underlag, till exempel stränder eller havsbotten. Andra fästs vid bojar som antingen kan vara förankrade eller driva med strömmarna. Vissa mobila mätsystem kan styras från land. Idag bär också vissa handelsfartyg på apparatur för automatiserade mätningar.

Mätapparaturen kan fästas på olika underlag

Vissa automatiska mätsystem monteras på fasta underlag, till exempel stränder eller havsbotten. Andra fästs vid bojar som antingen kan vara förankrade eller driva med strömmarna. Vissa mobila mätsystem kan styras från land. Idag bär också vissa handelsfartyg på apparatur för automatiserade mätningar.

Oberoende av var apparaturen befinner sig måste resultaten på något sätt överföras till land. Detta kan ske via kabel, satellit eller via mobiltelefonnätet. Nära kusten används också HF-dataöverföring som bygger på radiovågor med hög frekvens.

Alla automatiska mätapparater sänder inte resultat i realtid. Många samlar data i ett minne som nedladdas först i land efter att mätapparaten tagits upp ur vattnet.

CTD-mätaren observerar vattenmassans egenskaper

Vattenmassans egenskaper observeras vanligtvis med hjälp av en så kallad CTD-mätanordning (Conductivity, temperature, depth). CTD-sensorerna registrerar vattnets temperatur, salthalt och djup och kan fästas på många olika underlag. Om CTD-mätaren förses med extra sensorer kan den också registrera vattnets syrehalt och grumlighet, samt halten a-klorofyll som berättar om mängden växtplankton.

CTD-mätaren är ett grundläggande instrument för marina forskningsfartyg och mäter vattenmassan från ytan till botten. Nyare användningsområden för CTD är bojar på ytan eller på botten. Bojarna förses med vinschar som lyfter upp CTD-mätaren till ytan enligt ett förprogrammerat intervall. På så sätt får man regelbundna data från olika vattendjup.

 CTD-sond
CTD-mätningen börjar på Aranda. Instrumenten är i nederdelen och de gråa tuberna är vattenprovtagare.

Gliders och Argo-bojar representerar ny robotteknologi

CTD-mätaren är också den grundläggande mätanordningen på så kallade Argo-bojar och gliders under vattnet. Dessa mätplattformar ger också observationer från olika djup. Glidern får sin rutt inprogrammerad på förhand och stiger med jämna mellanrum upp till ytan och sänder CTD-data vidare med hjälp av en satellit. På ytan får glidern också nya uppdragskommandon.

Glidern påbörjar sin dykning. Video: Kimmo Tikka.
 

Också Argo-bojarna sänder sina observationer via satellit och får nya uppdrag på samma sätt. Bojarna driver fritt med strömmarna och stiger då och då upp till ytan. Samtidigt mäter de hela vattenmassans egenskaper. Drivdjupet och tidpunkterna för uppstigning styrs från land.

Bojarna kan också förses med enklare mätanordningar. Vissa bojar mäter till exempel endast vattentemperaturen och lufttrycket.

 Bojen som mäter ytvattentemperaturen är orangefärgad med gula reflekterande dekaler.
Boj för ytvattentemperatur

En ”Imaging FlowCytobot” tar foton av växtplankton

Planktonforskningen har stor nytta av en typ av kamera som kallas Imaging FlowCytobot som kan fästas på olika underlag. Cytoboten producerar automatiskt upp till 30 000 skarpa svartvita bilder av växtplanktonceller varje timme. Således kan den användas för att övervaka utvecklingen av växtplanktonsamhället med mer frekventa intervall än med traditionella metoder.

Imaging FlowCytobot fungerar kontinuerligt och kan användas både på forskningsstationer och -fartyg. Metoden producerar så väldiga mängder material att analysen kräver formidentifierande algoritmer och andra maskininlärningsmetoder.

Strömmar och våghöjd kan mätas på många sätt

Ett enkelt sätt att mäta ytströmmar är att lägga ut en fritt flytande ytboj. Ytbojen kan också utnyttjas för att mäta djupare strömmar om de förses med ett strömsegel som för den till önskat djup.

Oftast mäter man ändå strömmar med hjälp av akustiska strömningsmätare som installeras på botten eller på högre djup. Den akustiska mätarens funktion är baserad på förändringen i frekvensen av ultraljudet, eftersom ljudet reflekteras från de små partiklarna i vattnet. Mätaren ger flödesinformation antingen från ett specifikt djup eller från hela vattenpelaren.

Våghöjd kan också mätas med akustiska strömningsmätare, men oftare med speciella vågbojar. Mätningarna bygger på tre accelerometrar och en kompass. Mätresultaten används för att beräkna vågornas riktning och den så kallade signifikanta våghöjden.

De flesta bojar kan endast användas då vattnet är isfritt eftersom de inte tål isens rörelser. Vågbojarnas känsliga apparatur tål inte heller frysning. Därför måste de lyftas i land i god tid innan havet fryser till.

 Havet har slitit på vågbojens färgyta.
Forskningsfartyget Aranda bärgar en vågboj innan vintern börjar. Antennen är redan nedisad.

Havsvattenståndet har mätts av mareografer sedan 1800-talet

Havsvattenståndet har traditionellt mätts från en brunn som är ansluten med ett rör till havet. Röret dämpar vågornas effekt och en flottör i brunnen registrerar variationerna i vattenståndet. Sådana mätstationer för vattennivån kallas mareografer. I Finland finns 14 mareografer. Den äldsta finns i Hangö och byggdes 1887.

Vattenståndet kan också mätas med hjälp av trycksensorer, akustisk teknik och radar. Alla metoder bygger på att den uppmätta höjden jämförs med en bestämd referenspunkt på torra land. Eftersom landhöjningen är kraftigare i vissa kustområden än i andra måste också referenspunkterna regelbundet kontrolleras.

Hydrofonen upptäcker undervattensbuller

I de finländska havsområdena har man också installerat fasta undervattensmikrofoner som kallas hydrofoner. Sammanlagt nio hydrofoner förankrade vid havsbotten registrerar ljud av olika frekvens. Mätresultaten visar både det kontinuerliga lågfrekventa bullret och korta bullertoppar med låg eller medelfrekvens.

Hydrofoner finns också i Sveriges och Estlands havsområden och deras data gynnar tillika den finska kartläggningen av undervattensbullret.