Riggar på väg upp – och riggar på väg ned

Med CTD och LADCP (strömmätare som sitter på CTD:n) får vi reda på hur vattnet strömmar och vilken temperatur det har just nu, när vi är här – men vi vill så klart också veta vad som händer när vi rest hem igen. Därför sätter vi ut instrumenter på så kallade riggar som kan stå kvar och mäta när vi åkt hem, och så kan vi komma tillbaka och hämta dem senare. Jag har aldrig varit i Amundsenhavet tidigare, så jag har inga riggar att plocka upp jag ska bara sätta ut nya. Mina svenska, engelska och Koreanska kollegor har riggar i vattnet – och det var med stor spänning vi tidigare i veckan närmade oss platsen där en av dem för två år sen sattes ut. Karen skickade hydrofonen över relingen och ner i vattnet och knappade in utlösarens speciella kod. Långt under oss nere på botten stod den och väntade snällt på att få höra från oss – och när den efter två år nu äntligen gjorde det så svarar den glatt “jag är här!”. Karen knappade in en ny kod som betyder “släpp”, och snart fick hon ett nytt svar “jag har släppt, jag är på väg upp!”. Alla spejade ut i dimman – ivriga att vara den första som fick syn på de gula bojarna.
– Där är den! Där borta!
Besättningen är snabbt ut i en mindre båt för att börja arbetet med att plocka upp riggen – de vet vad de ska göra, det här har de gjort förr. Några timmar senare är alla instrument ombord och vi arbetar för fullt. All data ska lastas över från instrumenten till datorer och hårddiskar, sedan ska instrumenten gås över och få nya batterier och programmeras. Imorgon ska de ner i vattnet igen!
Koreanerna hade inte lika tur; deras första rigg hade gått av en bit ovanför botten och det var bara utlösare och ett par temperatursensorer som kom upp. Deras andra rigg var helt borta – troligtvis är det ett stort isberg som dragit den med sig. Men de sista tre kom upp som på beställing!

Första riggen är redo att gå i vattnet – dags att säga “Hej då” till mina “mikrokatter”. Förhoppningsvis ses vi igen om två år! (Foto: Nicole Waite)

I går hade vi möte med besättning och tekniker för att gå igenom hur mina riggar ser ut och för att bestämma hur vi bäst sätter ut dem. Besättningen talar dålig eller ingen engelska*, så mötet hölls på koreanska – och bara då och då kom det en fråga på engelska till mig. I en knapp timme lät det ungefär så här:

ㄻㅊ널촘ㅈ괴ㅓㄴ모거모 ㅏㄱ mooring ㅓ로ㅕ추마 ADCP ㅕ루 멍로 ㅏㅕ고러ㅏㅓ Shackleㄷ ㅣ찰머놀ㄹ러ㅏmooring 몬염ㅍ뒤곤?mooring름 ㅡㅐㅐA-frame 갸ㅜㅎ 멀촘너 .

Foto: Nicole Waite
… och där försvinner utlösaren över relingen! (Foto: Nicole Waite)

 

Jag har i lugn och ro förberett mina instrumenter och min utrustning – i tron om att det fortfarande var flera dagar kvar tills de skulle i vattnet. Koreanerna hade fyra riggar kvar att sätta ut först. Men så blåste det upp och helt plöstligt gick vågorna höga – och kaptenen gav order om att det var för farligt att arbeta på däck… så nu har de vänt hela arbetsschemat på huvudet och vi kör med full fart västerut, till västra delen av Getz shelfis. Där är det mer is och förhoppningsvis mindre vågor, och desutom kan vi då använda tiden med dåligt väder till att förflytta oss, istället för att ligga och vänta på att vi ska kunna sätta ut riggar. Så nu är det helt plöstligt min sista rigg som står överst på dagordningen …och jag har tyvärr inte tid att skriva mer till er just nu!

*Jag frågade La, en av oceanograferna som pratar bra engelska var han lärt sig språket. De andra som pratar bra engelska har alla gjort doktorgrad eller bott utomlands – men jag visste att han inte har gjort det. Efter en stund kom det fram att han under studietiden en gång i veckan pratat engelska med de enda i Korea som är villiga att prata engelska med dig helt gratis: Jehovas vittnen och mormoner! “Men jag är fortfarande Buddhist, jag ville bara lära mig prata engelska och hade inte råd med privat lärare…”

Oppgaver og øvelser

Norsk

Svenska

Mooring on the way up – and mooring on the way down.

With a CTD and LADCP (current meters mounted on the CTD) we can understand where the water is flowing and what its temperature is right now that we are here – but we will also be able to see what happens when we are back home already. We deploy the instruments on so-called “moorings” that stay in the ocean and measure while we are gone, and that we will come and pick up next year or the year after. I have never been in the Amundsen Sea before, so I don’t have moorings to recover right now, only new ones to deploy. But my Swedish, English and Korean colleagues do have moorings in the water – and we are getting more and more excited as we are coming closer to the position where those moorings were deployed two years ago! Karen holds a hydrophone over the railing and down into the water. Then she keys in the releaser’s special code. Far away, deep beneath us on the sea floor, the mooring waits to hear from us – and finally, now, after two years in the ocean, it can reply “here I am!”. Karen types in a second code which means “let go!”, and right away she gets the reply from the mooring: “I’ve let go, I am on my way up!”. All of us are excitedly watching the sea – keen to be the first person to spot the yellow buoy.

–       There it is! There it is!

The crew has deployed a small boat to go and fetch the mooring – they know exactly what to do, they have done it many times before.

A couple of hours later all instruments are on board and we are working hard. All data needs to be downloaded to our computers and stored to hard drives. Later, the instruments are turned over and get new batteries and software. Tomorrow they are going back into the sea!

The Koreans weren’t lucky this time round; their first mooring had broken off a bit above the sea floor and therefore they could only recover the releaser and a couple of thermometers. Their other mooring was completely gone – it was probably dragged away by a large iceberg. But the last three came up exactly as planned!

Photo: Nicole Waite
Photo: Nicole Waite

Yesterday we had a meeting with the crew and technicians to talk through what my mooring looks like and to decide how to best deploy it. The crew speaks little or no English*, therefore the meeting was held in Korean – only every now and then I was asked something in English. For almost an hour it sounded pretty much like this:

ㄻㅊ널촘ㅈ괴ㅓㄴ모거모 ㅏㄱ mooring ㅓ로ㅕ추마 ADCP ㅕ루  멍로 ㅏㅕ고러ㅏㅓ Shackleㄷ ㅣ찰머놀ㄹ러ㅏmooring 몬염ㅍ뒤곤?mooring름 ㅡㅐㅐA-frame 갸ㅜㅎ 멀촘너 .

Photo: Nicole Waite
Photo: Nicole Waite

I took my time and carefully prepared my instruments and tools – trusting that it would be several days before my moorings should go out into the water. The Koreans had four moorings that should go out first. But it got really windy and the waves got higher and higher – and the captain gave the order to stop working on deck because it was too dangerous… And this messed up the whole work schedule! We steamed westward at full speed, to the western part of Getz ice shelf. There is more ice there, and hopefully less waves, so we can use the time while the weather is bad to steam there instead of just waiting around for the weather to get better until we can deploy our moorings. So now it is all of a sudden my last mooring that shall go out right now… and therefore, I unfortunately don’t have time to write more right now!

*I asked La, one of the oceanographers who speaks excellent English, how he learned the language. All the others who speak English well did their PhDs or studies aboard – but I knew La hadn’t done that. After a while I found out that during his studies, he once a week talked in English with those people in Korea who want to talk to you in English for free: Jehova’s witness and Mormons! “But I am still a Buddhist, I just wanted to learn English and couldn’t afford a private teacher…”

Do the Math! Moorings and time series

Experiments:

Archimedes principle

What floats in the dead sea?

Oppgaver: Rigger og tidsserier

Vi reiser på tokt til Amundsenhavet annenhvert år og gjør masse målinger. Slik får vi et bilde av hva som skjer i det tidsrommet vi er der. Men vi vil selvsagt også vite hva som foregår når vi ikke er der. Derfor setter vi ut «rigger». En rigg er kort sagt et anker, en line som vi fester instrumenter på, og deretter flyteelementer som holder den oppe. Riggen plasseres på bunnen og måler (vanligvis hastighet, salt og temperatur, men vi skal også ha instrumenter som måler konsentrasjonen av oksygen i vannet) til vi kommer tilbake ett eller to år senere og plukker den opp igjen. Hvordan riggen ser ut og hvilke instrumenter som settes på er avhengig av hva man skal studere. I tabellen i oppgave 2 finner du informasjon om noen av instrumentene vi bruker og her ser du hvordan en av mine rigger ser ut:rigg

Oppgave 1

Nå kan du få designe din egen rigg! Hvordan skulle den sett ut om du ville…

a) studere hvordan vannets saltholdighet og temperatur forandrer seg i de øvre 200 m i løpet av ett år i et område som er 500 m dypt?

b) studere en bunnstrøm som når opp til 300 m over bunn?

c) finne ut hvor mye varmt vann som strømmer inn under en isbrem? Det er 800 m dypt. Tenk på at isbremmen kan være 300 m dyp.

Oppgave 2

Gjør beregninger for din egen rigg eller for en rigg som har:

1 x utløser (25 mob); 3 x  SBE37 (25, 150 og 300 mob), 1 x RCM (50 mob), 1 x ADCP (300 mob) og  5 x SBE56 (50, 75, 100, 200, 250 mob). Mob=meter over bunn.

Instrumentene har følgende dimensjoner (alle er omtrent sylinderformet):

a) Hvor mye veier instrumentene på riggen i luft? I vann?

Riggen må også ha flyteelementer (glasskuler) for å holde seg vertikal!

b) Hvor stor er oppdriften fra en glasskule? Glasskulenes diameter er 43 cm og har en masse på 22 kg.

c) Hvor mange glasskuler trenger vi for å holde riggen oppe?

Oppgave 3

Når det er sterk strøm så dras riggen ned mot bunn – det er ikke bra! For det første så får man ikke målinger fra det dypet man hadde tenkt, og for det andre så kan mange instrument ikke måle når de heller for mye. En ADCP kan for eksempel ikke måle strømmen om den heller mer enn 15\(^\circ\). Derfor setter vi på ekstra flyteelementer for å holde riggen vertikal også når det er sterk strøm. Kraften som det strømmende vannet utøver på riggen er proporsjonal med området (arealet) som vannet treffer.

a) Hvor stor andel av riggens areal utgjør linen?

b) Hvor mye minsker motstanden om vi bytter til en line som bare er 6 mm i diameter?

c) Et instrument har blitt dratt ned til 170 m over bunnen (mob) og dratt 218 meter nedstrøms. Et annet instrument har blitt dratt ned til 65 mob og 105 meter nedstrøms. Formen på linen kan beskrives med en (halv) parabel. Finn uttrykket for parabelen.

d) Trykksensoren på en ADCP viser at den nå sitter 40 mob. Hvor mye heller den da? Kan vi bruke målingene?

e) Hvor høyt opp måtte ADCP’en ha vært for at vi skulle kunne bruke målingene?

f) Hvorfor tror du vi heller setter en ADCP høyt oppe så den «ser» nedover enn en som sitter nær bunn og «ser» opp?

mooring2
En av mine rigger i sterk strøm. Vi bruker dataprogram for å beregne hvordan riggene kommer til å oppføre seg i sterk strøm. Programmet forteller oss også hvor tungt ankeret må være.

Oppgave 4

Når vi henter opp riggen igjen og laster ned dataene fra instrumentene får vi tidsserier av strøm (hastighet), temperatur, og saltholdighet. Nå skal vi kikke på data fra rigger som stod ute i Amundsenhavet i 2012

a) Les inn og plot strømmålingene fra rigg S4 mellom 17-24 juni, 2012. (Riggdata_S4_1).  Strømmålingene er i cm/s. Hva er det vi ser?

b) Hva er middelstrømmen? I hvilken retning går den? (\(u\) gir strømstyrken i \(x\)-retning (mot øst) og \(v\) gir strømmen i \(y\)– retning (mot nord)).

c) Om du skal tilpasse eller beskrive observasjonene med en funksjon , hvilken velger du da?

d) Bestem konstantene ved hjelp av regresjon.

e) Et isfjell flyter med strømmen i nærheten av S4 – sett opp et utrykk (på vektorform) for hvordan isfjellet kommer til å forflytte seg og plott trajektorien i en ny figur. Beskriv bevegelsen.

f) Plott strømmen en uke fram i tid ved hjelp av din funksjon fra (d).

g) Les inn data fra S4 24/6 – 1/7 og plott den i samme figur – stemmer det med din modell? Hvorfor/hvorfor ikke? (Filen heter: Riggdata_S4_2).

Oppgave 5

Les inn i plott trykkmålingene fra rigg C2. Her var strømmen mye sterkere enn vi trodde, og vi hadde ikke satt på tilstrekkelig med flyteelementer 🙁  (Filen heter: Riggdata_C2).

a) Hva er det vi ser? (hint: se oppgave 2)

b) Hvor dypt sitter instrumentet når det er svak strøm? (1 m \(\approx\) 1 dbar)

c) Hvor dypt dras det ned maksimalt?

d) Hvor stor del av tiden har det blitt dratt ned mer enn 40 m? 80 m?

e) \(u\) gir strømstyrken i \(x\)-retning (mot øst) og \(v\) gir strømmen i \(y\)– retning (mot nord). Bruk Pythagoras og sett opp et uttrykk for strømstyrken. Regn ut strømmen! Hvor sterk er den sterkeste strømmen? Middelstrømmen? Hvor mange kilometer per time er det?

f) Er det noen sammenheng mellom strømstyrke og trykk (dvs neddragning)? Hvordan ser det ut? Beskriv sammenhengen matematisk og forklar med ord.

Oppgave 6

Instrumentene går på batteri – og hver gang de gjør en måling brukes det litt (eller mye om det er en ADCP) energi. Vi vil selvsagt at instrumentene skal gjøre målinger helt til vi kommer tilbake og henter riggen, så vi regner ut på forhånd hvor ofte vi kan gjøre målinger uten at batteriet tar slutt. Men vi må også ta hensyn til for eksempel tidevann når vi bestemmer hvor ofte vi skal måle.

a) Det daglige tidevannet (en av komponentene) har en periode på 25.8 timer. Tidevannet kan beskrives med en sinus kurve. Amplituden (og fasen) avhenger av hvor vi er, men anta at amplituden er 10 cm/s og fasen er 0. Sett opp et uttrykk som beskriver tidevannet og plott det tretti dager fram i tiden.

b) Om vi hadde gjort målinger bare en gang om dagen (dvs hver 24 h), hvordan hadde vår tidsserie sett ut da?

c) Hvilken periode har «svingningen» som vi da observerer?

d) Tidevannet som vi observerer er en sum av mange tidevannskomponenter med ulike perioder. En annen heldaglig tidevannskomponent har en periode på 23,93 timer. Sett opp uttrykket for den tidevannskomponenten dersom amplituden er 9 cm/s (fasen kan du sette til null) og plott summen av de to komponetene. Hva ser du? Hvordan endres amplituden? Kan du forklare hva som skjer? (tips – plott både de ulike komponentene og summen av dem). Sammenlign resultatet med resultatene dine fra oppgave 3g.

Uppgifter: Riggar och tidsserier

Vi reser på tokt till Amundsenhavet vartannat år då gör vi en massa mätningar och får en bild av vad som händer just då, när vi är där. Men vi vill ju såklart också veta vad som händer när vi inte är där. Därför sätter vi ut “riggar”. Riggar är kort och gott ett ankare, en lina som vi sätter fast instrumenter på och så flytelementer som håller den uppe. Riggen får stå kvar på botten och mäta (vanligtvis ström, salt och temperatur men jag ska också ha instrumenter som mäter koncentrationen av syre i vattnet) tills vi kommer tillbaka ett år eller två senare för att hämta upp den. Hur riggen ser ut och vilka instrumenter man sätter på den beror så klart på vad man ska studera! I tabellen i uppgift 2 ser du några av instrumenten vi använder och her ser du hur en av mina riggar ska se ut:

rigg

Uppgift 1

Nu kan du få designa din! Hur skulle din rigg sett ut om du vill

  1. studera hur vattnets salthalt och temperatur förändrar sig i de övre 200 m under ett år i ett område som är 500 m djupt?
  2. studera en bottenström som når upp till 300 m över botten?
  3. ta reda på hur mycket varmt vatten som strömmar in under in shelfis? Det är 800 m djupt. Tänk på att isbergen kan nå ner till 300 m djup!

 

Uppgift 2

Gör beräkningarna för din egen rigg eller för en rigg som har:

1 x Utlösare (25 möb); 3 x  SBE37 (25, 150 och 300 möb), 1 x RCM (50 möb), 1 x ADCP (300 möb) och  5 x SBE56 (50, 75, 100, 200, 250 möb). Möb=meter över botten.

Instrumenterna har följande dimensioner (alla har omtrent sylinderform):

a) Hur mycket väger instrumenterna på riggen i luft? i vatten?

Riggen måste också ha flytelementer (glaskulor) för att stå vertikalt!

b) Hur stor är uppdriften från en glaskula? Glaskulornas diameter är 43 cm och de väger 22 kg (i luft).

c) Hur många glaskulor behöver vi för att hålla riggen uppe?

Uppgift 3

När det är stark ström så dras riggen ner mot botten – det är inte bra. För det första får man inte mätningar från de djup man hade tänkt och för det andra så kan många instrument inte mäta när de lutar för mycket. En ADCP kan till exempel inte mäta strömmen om den lutar mer än 15\(^\circ\). Därför sätter vi på extra flytelementer för att hålla riggen upprätt också när det är stark ström. Kraften som det strömmande vattnet utövar på riggen är proportional mot arean som vattnet träffar.

a) Hur stor andel av riggens “area” utgör linan?

b) Hur mycket minskar motståndet om vi bytar till en lina som bara är 6 mm i diameter?

c) Ett instrument har dragits ned till 170 m över botten (möb) och dragits 218 meter nedströms, ett annat instrument har dragits ned till 65 mab och dragits 105 meter nedströms. Formen på linan kan beskrivas med en (halv) parabel. Finn uttrycket för parabeln!

d) Trycksensorn på en ADCP visar att den nu sitter 40 m över botten. Hur mycket lutar den då? Kan vi använda mätningarna?

e) Hur högt upp måste ADCP ha suttit för att vi skulle kunnat använda mätningarna?

f) Varför tror du vi hellre sätter en ADCP högt uppe så att den tittar ner, hellre än att den sitter närma botten och tittar upp?

mooring2
En av mina riggar i stark ström. Vi använder datorprogram för att räkna ut hur riggarna kommer uppföra sig i starkt ström. Programmet talar också om till exempel hur tungt ankaret måste vara!

 

Uppgift 4

När vi hämtar upp riggen igen och lastar ner datan från instrumenterna så får vi tidserier av ström, temperatur och salthalt. Nu ska vi titta på data från riggar som stod ute i Amundsenhavet 2012.

a) Läs in och plotta strömmätningarna från rigg S4 i 17-24 juni, 2012. (Riggdata_S4_1).  Strömmätningarna är i cm/s. Vad är det vi ser?

b) Hur stor är medelströmmen? i vilken riktning går den? (\(u\) ger strömstyrkan i \(x\)-riktning (mot öst) och \(v\) ger strömmen i \(y\)-riktning (mot norr))

c) Om du ska tillpassa eller beskriva observationerna med en funktion, vilken väljer du då?

d) Bestäm konstanterna med hjälp av regression.

e) Ett isberg flyter med strömmen i närheten av S4 – sätt upp ett uttryck (på vektorform) för hur isberget kommer att förflytta sig och plotta trajektorien i en ny figur. Beskriv rörelsen!

f) Plotta strömmen en vecka fram i tiden med hjälp av din funktion från (d).

g) Läs in datan från S4 24/6 – 1/7 och plotta den i samma figur – stämmer din model? Varför/varför inte? (Filen heter: Riggdata_S4_2)

Uppgift 5

Läs in och plotta tryckmätningarna från rigg C2. Här var strömmen mycket starkare än vad vi trodde, och vi hade inte satt på tillräckligt med flytelementer 🙁 (Filen heter: Riggdata_C2)

a) Vad är det vi ser? (hint: se uppgift 2)

b) Hur djupt sitter instrumentet när det är svag ström? (1 m \(\approx\) 1 dbar)

c) Hur djupt dras det ned maximalt?

d) Hur stor del av tiden har det dragits ner mer än 40 m? 80 m?

e) \(u\) ger strömstyrkan i \(x\)-riktning (mot öst) och \(v\) ger strömmen i \(y\)-riktning (mot norr). Använd Pythagoras sats och sätt upp ett uttryck för strömstyrkan. Räkna så ut den! Hur stark är den starkaste strömmen? medelströmmen? Hur många kilometer/timme är det?

f) Är det något samband mellan strömstyrka och tryck (dv neddragning)? Hur ser det ut? Beskriv sambandet matematiskt och förklara med ord!

 

Uppgift 6

Instrumenten går på batteri – och varje gång de gör en mätning går det åt lite (eller mycket om det är en ADCP) energi. Vi vill såklart att instrumenten ska göra mätningar helt tills vi kommer tillbaka och hämtar dem – så vi räknar i förväg ut hur ofta vi kan göra mätningarna utan att batteriet tar slut. Men vi måste också ta hänsyn till e.g. tidvatten när vi bestämmer hur ofta vi ska mäta.

a)Det dagliga tidvattnet (en av komponenterna) har en period på 25.8h. Tidvattnet kan beskrivas med en sinus kurva. Amplituden (och fasen) beror på var vi är – men anta att  amplituden är 10 cm/s och fasen 0. Sätt upp ett uttryck som beskriver tidvattnet och plotta det trettio dagar fram i tiden.

b) Om vi gjort mätningar bara en gång om dagen (i.e. var 24 h), hur hade vår tidserie sett ut då?

c) Vilken period har «svängningen» som vi då observerat?

d)Tidvattnet som vi observerar är en summa av många tidvattenskomponenter med olika perioder. En annan heldaglig tidvattenskomponent har en period på 23.93h.  Sätt upp uttrycket för den tidvattenskomponenten om amplituden är 9 cm/s (fasen kan du sätta till noll) och plotta summan av de två komponenterna. Vad är det du ser? Hur ändras amplituden? Hur långt är det mellan två «amplitudmaximum»? Kan du förklara vad som sker? (tips – plotta både de enskilda komponenterna och summan av dem). Jämför resultatet med dina resultat från uppgift 3g!

 

Exercise: Moorings and time series

 

We go on scientific expeditions to the Amundsen Sea every other year or so, and then we do a lot of measurements and learn what things are like right then, when we are there. But we’d off course want to know also what happens when we are not around. To do so we deploy “moorings”. A mooring is and anchor, a line on which we attach instruments and floating elements to keep it upright in the water. The moorings are standing on the bottom and measures (normally currents, salinity and temperature but I’ll also have sensors to measure the concentration of oxygen) until we return a year or two later. What the mooring looks like and what instrument we put on it will depend on what we want to measure. At the bottom of the page there is a drawing of one of my moorings!

ENG_Rig_table

Exercise 1

Now you can design you mooring! What would it look like if you’d want to:

a) Study the evolution (salinity and temperature) of the surface layer (let’s say the upper 200 m) over a year in a area where the water is 500 m deep?

b) Study a bottom current that extends 300 m above the bottom

c) Find out how much warm water is entering the cavity below an ice shelf. The depth is 800 m and the draft of the ice shelf is 300 m deep (which means that ice bergs can reach just as deep!!)

 

Exercise 2

Do the following calculations for you mooring from above or for a mooring which has

1 x acoustic release (25 mab); 3 X SBE37 (25, 150 and 300 mab), 1 x RCM (50 mab) 1 x ADCP (300 mab) and 5 x SBE56 (50, 75, 100, 200, 250 mab). Mab = meters above bottom.

The instrument has the following dimensions (they are all roughly equal to cylinders)

a) What is the weight of all the instruments in air? In water?

The mooring also needs floating elements to stand up in the water.

b) How much can one glass sphere lift? Their diameter is 43 cm and the weigh 22 kg in air.

c) How many spheres do we need to keep the mooring up right?

Exercise 3

When the current is strong it will tend to pull the mooring down towards the bottom – that is not good. Firstly, you don’t get measurements from the depth you wanted and secondly, many of the instrument cannot measure when they tilt too much, An ADCP, for example, cannot measure correctly if the tilt is above 15 \(^\circ\). So we need to add extra floating elements to make sure that the mooring is not pulled down if the current is strong. The force from the water pulling the mooring down is proportional to the area that the water hits (i.e. the cross sectional area of the mooring).

a) What percentage of the mooring cross sectional area is made up by the rope?

b) By how much is the area reduced if we change for a line that is 6 mm in diameter?

c) An instrument was pulled down to 170 mab and 218 m downstream, another instrument was pulled down to 65 mab and 105 m downstream. The shape of the line can be decribed by (half) a parable. Find the expression for the parable!

d) The pressure sensor on the ADCP shows that it now is 40 mab. How much is it tilting? Can we use the measurements?

e) How high up must it be (at least) for the measurements to be good?

f) Why do you think we prefer to have the ADCP high up looking down, rather than deep down looking up?

mooring2
One of my moorings during an event with strong current. we use a special program to calculate how the moorings will perform in a current. The program will also tell us how heavy the anchor needs to be!

Exercise 4

When we retrieve the mooring and download the data from the instruments we get time series of current, temperature and salinity. We will now do some calciulations based on data from a mooring that was deployed in the Amundsen Sea in 2012.

a) Import and plot the current measurements from mooring S4, 17-24 June 2012 (ENG_Riggdata_S4_1). Describe what you see!

b) What is the mean current? In what direction was the water flowing? (\(u\) is the current in the \(x\)-direction (towards the east) and \(v\) is the current in the \(y\)-direction (towards the north))

c) If you were to describe the observations with a mathematical function, which one would you chose?

d) Determine the coefficient of your function!

e) An iceberg is floating with the current in the vicinity of S4. Set up an expression for it movement (using vectors) and plot its trajectory. How would you describe its movement?

f) Plot the current a week forward in time using your function from (d).

g) Import the data from S4 24/6-1/7 and plot it in the same figure. Is your model doing a good job predicting the currents? Why? Why not? (The file is named ENG_Riggdata_S4_2)

 

Exercise 5

Import and plot the measurements of pressure from mooring C2. The file is named ENG_Riggdata_C2. In this location the currents were much stronger than we expected and we had put on too little flotation 🙁

a) How would you interpret the record? (hint – look at exercise 2 above)

b) At what depth is the instrument located when the current is weak? (1 m \(\approx\) 1 dbar)

c) How deep is it pulled down?

d) What percentage of time is it pulled down more than 40 m? 80 m?

e) \(u\) gives the current in the \(x\)-direction (towards the east) and \(v\) gives the current in the \(y\)-direction (towards the north). Set up an expression for the current strength the calculate and plot it! How strong is the strongest current? The mean current? How many km/h is that?

f) Is there a relation between current strength and pressure (that is, the instrument pull- down?) Describe the relation mathematically and with words.

Exercise 6

The instruments are powered by batteries, and every time we make measurements we use a small amount – or a lot if it is an ADCP – energy. We want the instruments to keep measuring until we get back to pick them up – so we have to calculate beforehand how often we can make measurements without emptying the battery. But we also have to think about e.g. tides when determining how often to sample.

a) One of the components of the daily tides has a period of 25.8 h. The tidal current can be described by a sinus curve. The amplitude (and the phase) depends on where we are, but let’s assume the amplitude is 10 cm/s and the phase is 0. Set up an expression for the tidal current and plot it for 30 days.

b) If we made measurements only once a day, what would or time series look like?

c) What is the period of the “oscillation” that we would then observe?

d) The tidal current tha we observe is the sum of many components with different periods, amplitudes and phases. Another component has a period of 23.93h. Set up an expression for that tidal component if the amplitude is 9 cm/s. (You can set the phase to 0) and plot the sum of the two components. What do you see? How is the amplitude changing? How far is it between to “amplitude maximum”? Can you explain what you see? (hint: plot the components as well as the sum of them). Compare the results with the results from exercise 3!

ENG_mooring3

Eksperiment: Arkimedes prinsipp

Alle vet at Arkimedes satt i badekaret sitt og ropte «Aureka!» – men vet du hvorfor?

Til dette eksperimentet trenger du:

  • Et stort glass eller for eksempel en høy (og ikke altfor brei) skål eller karaffel (gjennomsiktig)
  • En liten plastkopp (som får plass i glasset/skålen/karaffelen)
  • Et par mynter eller steiner (eller noe annet «tungt»)
  • Et eple (eller noe annet som flyter)

Fyll glasset med vann og sett nedi plastkoppen. Fyll den deretter med så mange mynter som mulig uten at den synker. Marker (med en penn som det går an å fjerne, eller med å holde fingen) hvor høyt vannet går.

Om vi nå legger myntene i glasset, hva skjer da? Tror du at vannivået endres? Opp eller ned?

Gjett før du prøver!

Gjør forsøket på ny, denne gangen med eplet. Hva skjer da?

Experiment: Arkimedes princip

Alla vet att Arkimedes satt i sitt badkar och ropade “Heureka” – men vet du varför?

För det här experimenten behöver du

  • Ett stort glas eller t.ex. en hög (och inte alltför vid) skål eller karaff (genomsiktlig)
  • En lien plastkopp (som får plast i glaset/skålen/karaffen)
  • ett par mynt eller stenar (eller något annat “tungt”)
  • ett äpple (eller något annat som flyter)

Fyll glaset med vatten och sätt i plastkoppen. Fyll den sedan med så många mynter som det går utan att den sjunker. Markera (med en penna som går att torka bort, eller genom att hålla fingret) hur högt vattnet går.

Om vi nu i stället lägger mynten i vattnet, vad sker då? Tror du  vattennivån ändras? åt vilket håll? upp eller ner?

Gissa innan du försöker!

Gör om försöket med äpplet. Vad händer då?

 

 

 

Experiment: Archimedes’ principle

Everybody knows that once upon a time, Archimedes sat in his bath tub and all of a sudden shouted “Eureka!”. But do you know why he did that?

For this experiment you’ll need:

  • A large glass / jar / jug (which has to be see-through)
  • A small plastic mug (which fits inside your glass / jar / jug)
  • A couple of coins, small pebbles or something else “heavy”
  • An apple (or something else that floats)
  • A non-permanent pen

Fill the large glass with water and mark the water level on the outside of the glass. Then put the little plastic mug inside. Fill as many coins (or other “heavy” things) into the small plastic mug until it sinks. As you are filling coins into the small plastic mug, the water lever rises. Mark  how high the water level is right when there are so many coins inside the plastic mug that it sinks!

Now take all the stuff out of the large glass again. The water level goes back to where it was before.

What do you think would happen if we added all the coins to the large glass directly, without putting them inside the floating plastic cup? Do you think the water level would change? And if it changed, where would it end up relative to the two marks you already made on the glass?

Now try and check whether you guessed correctly!

Then do the experiment again, this time with the apple. What happens?

Eksperiment: Hva flyter i Dødehavet?

Du har sikkert sett bilder av folk som ligger og flyter i Dødehavet mens de leser avisen eller en bok… Men hva mer er det som flyter der?

Du trenger:

  • 2 store skåler eller plastbokser
  • Vann og (mye) salt
  • Diverse grønsaker (eller andre gjenstander som du vil teste)

Bland veldig salt vann i den ene skålen og fyll den andre med vanlig springvann. Saltholdigheten i Dødehavet er 33,7 %, men det holder med ca. 1 kg salt til 4 liter vann. Saltet løser seg lettere opp om vannet er varmt. Sett opp en hypotese (gjett) før du tester om hvilke grønsaker som flyter i ferskvann og hvilke som flyter i «Dødehavet». Er det noe som flyter i det ene men ikke i det andre? Er det noe som synker i Dødehavet?

Flyter kokosnøtten? Fra Forskningsdagene i Bergen. Foto: UNI research
Flyter kokosnøtten? Fra Forskningsdagene i Bergen. Foto: UNI research

Experiment: Vad flyter i Döda havet?

Du har säkert sett bilder på folk som ligger och flyter i Döda havet med en tidning eller en bok… men vad är det mer som flyter där?

Du behöver:

  • 2 stora skålar eller plastburkar
  • vatten och (mycket) salt
  • diverse grönsaker (eller andra saker som du vill testa)

Blanda väldigt salt vatten i den ena skålen (Salthalten i Döda havet är 33.7%, men ta ca 1 kg salt till 4 liter vatten, det räcker fint! Saltet löser sig lättare om vattnet är varmt.) och fyll den andra med vanligt kranvatten. Sätt upp en hypotes (gissa) vilka grönsaker som flyter i färskvatten och vilka som flyter i “Döda havet” innan du testar!. Är det någon som flyter i det ena men inte i det andra? är det något som sjunker i Döda havet?

Flyter kokosnöten? Från Forskningdagarna i Bergen. Foto: UNI research
Flyter kokosnöten? Från Forskningdagarna i Bergen. Foto: UNI research