Wave Glider surfer over den stormfulde Drake Passage i Antarktis

Det sydlige Ocean er nøglen til Jordens klima, men de samme vindstød, store bølger og stærke strømme, der er vigtige for havets fysik, gør det farligt for oceanografer.

I stedet bliver deres job i stigende grad givet til havdroner, de autonome flydende køretøjer, der indsamler data fra verdenshavene. Med et presserende behov for bedre at forstå klimaet for at forudsige, hvordan det vil skifte med flere varmefangende gasser, forskere er ved at udvikle nye værktøjer til at måle vand under, hvor satellitter kan trænge igennem, og på steder, der er for farlige eller dyre at nå regelmæssigt med forskningsskib. De sender også disse instrumenter på stadig mere ambitiøse missioner.

Mange af disse nye værktøjer ligner robotfisk, men University of Washington sendte et robotsurfbræt for at ride på bølgerne og indsamle data fra Antarktis til Sydamerika. Bølgesvæveflyet, en langvarig havrobot designet til at fungere under stormfulde forhold og høje breddegrader, kan blive på havet i flere måneder og patruljere for ulovligt fiskeri, lytte efter seismiske begivenheder, indsamling af vejr- eller havdata og overvågning af miljøet. december sidste år, UW-forskere sendte det ud på et første forsøg nogensinde på at krydse det forrygende turbulente vand i Drake Passage.

Strømmene, der kredser om Antarktis, og som udgør en udfordring for søfolk, blander også betydelig varmeenergi fra alle verdenshavene. Det meste af den blanding sker i de øverste få hundrede fod, hvor vind og bølger dybest set sætter overfladelaget på en spin-cyklus.

"Det sydlige Ocean, og Drake Passage i særdeleshed, er nøglesteder, der historisk set er undersamplet, " sagde første forfatter Jim Thomson, en oceanograf ved UW's Applied Physics Laboratory. "Ved at bruge en autonom platform fik vi vedholdenhed i regionen, samt spore eller målrette de fronter og gradienter, der gør stedet så interessant."

Det seneste papir i Oceanografi fortæller om pilotens brug af Wave Glider til at krydse Drake Passage, en cirka 500-mile kanal ud for spidsen af ​​Sydamerika.

UW oceanograferne brugte en kommerciel Wave Glider lavet af Liquid Robotics, et Californien-baseret datterselskab af Boeing Co., at surfe langs vandoverfladen og samle observationer. Forskerne tilføjede ekstra sensorer til temperatur, saltholdighed, lufttryk, fugt og vind til den kommercielle model.

Efter et testløb i sommeren 2016 ud for Washingtons kyst, instrumentet blev indsat ud for den antarktiske halvø i december. Den brugte omkring tre måneder på at zigzagge sig over den sagnomspundne Drake Passage, mens forskerne lejlighedsvis styrede instrumentet på afstand fra land.

Som undersøgelsens forfattere skrev, det er her, den stærke antarktiske strøm bliver "et rod af hvirvlende hvirvler" og bugter sig rundt om dens centrale vej. "Zig-zag-mønsteret i midten af ​​Drake Passage blev designet til at overskue de stærke fronter og bugter af den antarktiske cirkumpolære strøm, der er fælles for denne region, " skrev Thomson og medforfatter James Girton, også med UW's Applied Physics Laboratory.

En Wave Glider udnytter energien fra bølgerne, bruge formen af ​​vandbevægelsen under overfladen til at køre køretøjet fremad med minimal kraft. Med bølgeenergi til bevægelse og solpaneler, der oplader batterier for at drive sine sensorer, tavlen kan fungere i måneder uden vedligeholdelse. Ikke desto mindre, sensommersolen så langt sydpå gav ikke nok energi til at genoplade batterierne sent i ekspeditionen, og et forskningsskib hentede instrumentet og dets data nær Argentina i slutningen af ​​marts. Selvom bestyrelsen ikke nåede Sydamerika, det egentlige mål var de data, den indsamlede.

"Missionen, der netop er afsluttet, ville have kostet mange millioner dollars at gennemføre med et skib, " sagde Thomson. "En autonom tilgang gjorde det muligt for os at indsamle data, der aldrig - og aldrig ville være - blevet indsamlet i denne fjerntliggende region."

Forfatterne behandler stadig de observationer, der er indsamlet under rejsen, som blev finansieret af National Science Foundation, at forstå blanding på forskellige rumlige skalaer. De håber, at fremtidig finansiering vil give endnu en chance for at indsamle flere data og overføre dette program til regelmæssig årlig overvågning af Drake Passage.

"Det handler ikke kun om at have gjort det med succes én gang, det handler om at lære at lave denne rutine. Det gør vi, og vi ændrer spillet om dataindsamling i denne vigtige region." sagde Thomson.