Den hurtige smeltning og udtynding af den arktiske is har skabt alvorlige bekymringer i det videnskabelige samfund. Derudover er havisykkelsen også faldet, hvilket gør is til at dække mere sårbar over for opvarmning af luft- og havtemperaturer.
At forstå den økologiske rolle af havis i Arktis er afgørende, især fordi omfanget af havis i regionen er faldet med en hidtil uset hastighed. Hvad ville der ske med det arktiske marine økosystem, hvis havisen smeltede endnu hurtigere? For at besvare disse spørgsmål er et langsigtet overvågnings- og dataindsamlingssystem nødvendigt i det hårde arktiske miljø.
Imidlertid er direkte observation udfordrende, da satellitsensorer har en grov rumlig opløsning og kan ikke detektere isens fine fraktale struktur. Det er også vanskeligt at implementere menneskelige-besætningsskibe til området på grund af ekstreme vejrforhold og forhindringer, der er udpeget ved flydende brudt is. Desuden tilbyder traditionelle havobservationsmetoder begrænset tidsmæssig og rumlig dækning, mens droner og autonome undervandsbiler (AUV’er) er hindret af energibegrænsninger, der begrænser deres forskningspotentiale.
For at overvinde disse udfordringer har forskere fra College of Engineering and Computer Science ved Florida Atlantic University foreslået et design af en alternativ, autonom observationsmetode, der giver løfte om at forbedre autonomien for marine køretøjer, hjælpe med maritime missioner og få en dybere Forståelse af, hvordan smeltende arktisk havis påvirker marine økosystemer.
Deres konceptuelle design har et lille vandflyområde Twin Hull (Swath) fartøj, der fungerer som en docking- og ladestation for AUV’er og ubemandede luftkøretøjer (UAV’er). Skibskibet er konstrueret til enestående stabilitet, så det kan navigere gennem smeltende is og operere i en lang række havforhold. Det er designet til at være selvforsynende ved at bruge automatiserede sejlads, solcellepaneler og en undervands turbin placeret mellem dets tvillingskrog til at generere og opbevare energi, hvilket sikrer kontinuerlig missionstøtte, selv når man sejler mod havstrømme.
I modsætning til tidligere platforme vil systemet designet af FAU -forskerne bruge avanceret teknologi til at overvåge det arktiske hav fra luften, vandoverfladen og undervandet. Det nye ubemandede overfladekøretøj (USV) -design er specifikt skræddersyet til projektet for at sikre stabilitet under arktiske forhold og håndtere høje vindhastigheder. Observationsplatformsystemets hovedmål er at undersøge det smeltende havisområde. Vindenergi udnyttes for at lette sejlads i det arktiske vand, mens en undervandsturbin vil generere tilstrækkelig energi til at opretholde systemets operationer.
Resultaterne af undersøgelsen, der blev offentliggjort i tidsskriftet Anvendt havforskningVis, at brug af bevægelsen af en vinddrevet sejlbåd til at generere strøm fra turbinen under skåren er en gennemførlig måde at støtte langsigtede arktiske havovervågningsmissioner. Designet integreres med det miljø, det overvåger, og tilbyder nye data om arktisk havis smelter ud over, hvad satellitter og bemandede skibe kan give.
“Vores foreslåede autonome observationsplatformsystem tilbyder en omfattende tilgang til at studere det arktiske miljø og overvåge virkningen af smeltende havis,” sagde Tsung-Chow Su, SC.D., seniorforfatter og professor i Faus Department of Ocean and Mechanical Engineering .
“Dens design og kapaciteter gør det velegnet til at overvinde udfordringerne i Arctics unikke forhold. Ved at tilvejebringe en selvbærende platform til kontinuerlig dataindsamling understøtter dette design videnskabelig forskning, miljøbeskyttelse og ressourcestyring, der lægger grundlaget for året- Rund overvågning af Arktis. “
Det FAU-designede fartøj er vigtigt for samling af havdata, der integrerer UAV’er og AUV’er til realtidsovervågning, ressourceudforskning og forskning. UAV’erne bruger kameraer og sensorer i høj opløsning til kortlægning og navigation, mens AUV’er samler undervandsdata.
DJI Dock 2 -systemet gør det muligt for UAV’er at autonomt lande, genoplade og omdisponere, mens et avanceret docking -system under vand giver AUV’er mulighed for at tanke og overføre data, der udvider deres rækkevidde. Undersøgelsesinstrumenter i undervandskrogene indsamler missionsspecifikke data, der behandles ombord og transmitteres via satellit, hvilket muliggør langsigtede, ubemandede havovervågning.
Som en selvbærende platform vil vindenergi og marin strøm energi blive anvendt i dette design for at opnå formålet med langvarig overvågning i det arktiske hav. Der er udviklet en dimensionsfri formel til at estimere det minimale sejlområde, der kræves til forskellige størrelser af skår i kombination med et vinddrevet kraftsystem.
“Vores forskere har udviklet et innovativt observationssystem, der er skræddersyet til det arktiske miljø, der tilbyder kritiske data om havis smelter, at satellitter og bemandede fartøjer ikke er i stand til at fange. Langsigtet overvågning er vigtig, da det giver dybere indsigt i de varige virkninger af Arktiske Sea Ice -tab, som kan vejlede informerede beslutninger om politik og ledelsesbeslutning, “sagde Stella Batalama, Ph.D., dekan ved FAU College of Engineering and Computer Science.
“Derudover er der stadig meget at afdække om arktisk fytoplankton og alger, der spiller en afgørende rolle i fødevareberettet og påvirker ocean-atmosfærens interaktioner. Dette nye system kunne forbedre vores videnskabelige forståelse af deres økologiske betydning, mens Alaskas oprindelige samfund støtter til at tilpasse sig Fremtidige ændringer i dyreliv og madressourcer. “
Den første forfatter af undersøgelsen er Wenqiang Xu, Ph.D., en doktorgrad kandidat fra FAUs Department of Ocean and Mechanical Engineering.