使用光纤光缆和传感器来监测和追踪海冰

全球气候变化迅速，气温飙升，冰层正在退缩。科学家们正在转向光纤光缆和传感器来监测和追踪海冰。

新墨西哥大学（UNM；Albuquerque，NM）的研究人员正在使用在电信和石油天然气行业较为成熟的威廉希尔官方网站 。该团队已经利用阿拉斯加北部奥利克托克角海岸外（off the shore of Oliktok Point in northern Alaska海底的电信光缆来监测海冰。

光纤光缆不仅可以用于提供高速数据连接，还可以用于测量沿光缆的地面振动，”UNM的博士后研究员安德烈斯·费利佩·佩纳·卡斯特罗（Andres Felipe Peña Castro）说。

这项工作主要集中在一段37公里（23英里）的光纤光缆上，是在7月至11月之间的过渡性海冰覆盖期间进行的（见图2）。

图2：这张奥利克托克角（Oliktok Point，阿拉斯加）地图显示了海底光缆（灰线）的布局。分布式声学传感记录了光缆前37.4公里的数据。黑色菱形和灰色圆圈分别代表沿光缆5公里和1公里的间隔。插图显示了奥利克托克（红色方块）相对于阿拉斯加的位置。

Adjoining approaches

Peña Castro的团队将分布式声学传感（DAS）探测器连接到光纤光缆的一端，光纤光缆将光脉冲信号发送到各处。光脉冲沿光缆在多个点处反弹，反射光由探测器测量。Peña Castro解释道，它告诉研究人员整条光缆每隔几米会发生多少变形，并指出DAS会产生大量数据并记录多个过程。通过检查反射脉冲时间的变化，他们可以更好地了解由此产生的地震波。

Peña Castro说：“我们使用光纤光缆来识别海洋、地球甚至大气相互作用中可能出现的不同信号。其中一些信号可能是当地的海况和风暴潮、海冰断裂和浅滩。我们希望客观地识别数据中的主要信号类型。”

该威廉希尔官方网站 记录了周围地震噪声和海冰覆盖的精细时空细节变化——这是研究人员没有预料到的。他们也没有预料到这些变化发生的速度有多快，在不到24小时内，突然变化观测到高达约10公里。

研究人员使用分布式声学传感威廉希尔官方网站 ，以更高的分辨率（分钟和米）记录了海冰范围的变化。Peña Castro（佩尼亚·卡斯特罗）指出：“我们证明了光纤光缆具有这种能力。而且，其记录范围仅受限于光纤光缆的安装位置，即局部范围。”

通过机器学习，研究团队在其数据中识别出了潜在的模式，以及数据中的主要信号类型，而无需预先假设信号的数量或主导类型。

该团队还在探索其他现象，包括由冰震、船只和海洋哺乳动物产生的信号。“海冰的变化是气候变化的指示器之一。通常，海冰范围的测量主要依赖于卫星观测。然而，研究表明，在北极地区部署的光纤光缆将能够以更详细程度来限制海冰的测量。”

此研究为光纤光缆在气候和地球科学领域的应用开辟了新的可能性。除了海冰监测，这种威廉希尔官方网站 还可应用于其他环境现象的长期、高分辨率监测，如地震活动、火山喷发、海洋环流等。

作者：Justine Murphy







审核编辑：刘清