يُعدّ الاكتساب الدقيق للمعلمات الهيدرولوجية للمحيطات الأساسَ الرئيسي للكشف عن أنماط دوران المحيطات، ودراسة التغيرات في النظم البيئية، والقيام باستكشاف الموارد وتقييم المناخ. يُعتبر جهاز قياس درجة الحرارة وعمق الملوحة من سلسلة CTD (اختصارًا لـ Conductivity, Temperature, and Depth) الجهاز الأساسي في مجال مسح المحيطات. يتميز بفضل مزايا المراقبة المتزامنة متعددة المعايير، وإخراج البيانات ذات الدقة العالية، والقدرة على التكيف الكامل مع أعماق البحر، وهو يحلّ محل أدوات القياس التقليدية الموزعة، وأصبح الجهاز القياسي للسفن البحثية العلمية مثل «شوي لونغ 2» و«أوشن 6» ومنصات تحت الماء المختلفة، مما يوفّر دعمًا بياناتيًا موثوقًا للبحوث العلمية البحرية والممارسات الهندسية البحرية.
1. المبادئ التقنية الأساسية: منطق الكشف الهيدرولوجي التعاوني متعدد المستشعرات

يستخدم جهاز الكشف عن درجة الحرارة وعمق الملوحة من سلسلة CTD مبدأً أساسيًا للعمل يتمثل في «تكامل أجهزة استشعار متعددة + تحليل رقمي» لتحقيق التقاط متزامن ودقيق لبارامترات المياه البحرية الرئيسية. يحتوي جوهر الجهاز على أجهزة استشعار عالية الدقة لدرجة الحرارة، وأجهزة استشعار التوصيل الكهربائي، وأجهزة استشعار الضغط، ويضمن التصميم المتكامل تزامن القياسات. تعتمد عملية قياس درجة الحرارة على مقاومات البلاتين أو عناصر استشعار شبه موصلة، وتستفيد من خصائص المقاومة المادية التي تتغير مع درجة الحرارة لتحقيق استشعار دقيق. وتبلغ سرعة الاستجابة ما يصل إلى 150 ميلي ثانية، ويمكنها رصد التدرج الدقيق في درجة حرارة الماء. أما جهاز استشعار التوصيل الكهربائي فيقوم بقياس التوصيل الكهربائي للمياه البحرية لاستنتاج قيمة الملوحة، ويجمع بين خوارزمية تعويض درجة الحرارة لإزالة تأثير درجة حرارة الماء على نتائج القياسات، مما يتيح تحويلًا دقيقًا لقيم الملوحة. أما قياس العمق فيعتمد على جهاز استشعار الضغط لرصد التغيرات في الضغط السكوني للمياه البحرية، ويجمع مع معلمات كثافة المياه البحرية لاستنباط العمق الحقيقي للمياه، وهو قادر على تلبية احتياجات استكشاف أعماق المحيطات حتى عمق 6,000 متر.

النظام بأكمله مزود بوحدة لجمع البيانات ووحدة للإرسال في الوقت الحقيقي. أثناء عملية إنزال الكاشف، يمكنه إكمال أخذ عينات كاملة للبارامترات مرة واحدة أو أكثر في الثانية. يتم استلام البيانات وتحليلها وتخزينها في الوقت الحقيقي بواسطة نظام التحكم على سطح السفينة. وفي الوقت نفسه، يمكن تركيب المعدات بجهاز لأخذ عينات المياه (عادةً ما يتألف من 24 أو 36 خزانًا لأخذ العينات)، ويتم إيقاف تشغيل الجهاز تلقائيًا لجمع عينات المياه عند عمق محدد مسبقًا، مما يحقق الوظيفة المزدوجة المتمثلة في «المراقبة في الموقع + جمع العينات» وتوفير عينات فعليّة للتحليل المخبري اللاحق. كما تدعم بعض الطرازات الراقية توسيع نطاق المستشعرات مثل قياس العكارة والأكسجين المذاب والكلوروفيل والميثان لبناء نظام متعدد الأبعاد لمراقبة البيئة البحرية.

2. الميزات الأساسية للمنتج: ترقية شاملة للدقة والقدرة على التكيف

بعد عدة أجيال من تكرار التكنولوجيا، أصبحت أجهزة الكشف عن درجة الحرارة وعمق الملوحة من سلسلة CTD تتمتع بمزايا كبيرة في دقة القياس، والقدرة على التكيف مع البيئات المختلفة، وقابلية التوسع الوظيفي، ويمكنها تلبية الاحتياجات المتنوعة للاكتشاف بدءًا من البحار الضحلة وحتى البحار العميقة، ومن المناطق الساحلية إلى المناطق القطبية.

1. مزامنة عالية الدقة وبيانات موثوقة

يغطي نطاق قياس درجة الحرارة من -2°C إلى 36°C، مع دقة تبلغ ±0.005°C، ودقة تصل إلى 0.0006°C، مما يتيح التقاط التغيرات الدقيقة في طبقة الاحتباس الحراري للمحيط بدقة عالية؛ أما نطاق قياس التوصيلية فهو من 0 إلى 70 ميليسيمنس/سم، مع دقة تبلغ ±0.003 ميليسيمنس/سم، وبالاقتران مع نموذج تحويل الملوحة، يمكن تحقيق إخراج عالي الدقة للملوحة؛ ويعتمد قياس العمق على تقنية استشعار الضغط للحفاظ على استقرار ممتاز في نطاق من 0 إلى 6000 متر، مما يضمن دقة عالية في الكشف عن الملفات العميقية. كما أن تصميم أخذ العينات المتزامن متعدد المعلمات يتجنب خطأ فارق الزمن الناتج عن القياسات المتفرقة، ويضمن ملاءمة ودقة البيانات.

2. قابلية التكيف في البحر، حماية ممتازة

تتميز بقشرة عالية المتانة ومقاومة للتآكل، مع خيار استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أو مواد مركبة خاصة من الدرجة البحرية، والتي تتمتع بقدرة فعالة على مقاومة تآكل مياه البحر والضغط العالي والالتصاق البيولوجي، وتلبي أداء الحماية الخاص بها متطلبات الاستكشاف في أعماق البحار. يمكن للمعدات أن تتكيف مع بيئات درجة حرارة المياه التي تتراوح بين -2°C و35°C. بعض الطرازات الخاصة بالمناطق القطبية مجهزة بوحدات مضادة للتجمد، ويمكنها العمل بثبات في المناطق البحرية شديدة البرودة مثل القطب الجنوبي والقطب الشمالي. سواءً كان الأمر يتعلق بعمق 4,500 متر في جنوب شرق المحيط الهادئ أو بمنطقة البولينيا على الحافة الأمامية لجرف روس الجليدي، فإن عمليات الكشف الموثوقة يمكن إنجازها بنجاح.

3. توسع مرن وسيناريوهات متنوعة

تغطي سلسلة المنتجات أنواعًا مختلفة، منها المُركّب على السفن، والقابل للغمر، والقابل للتخلّي عنه، والمُثبَّت على منصات تحت الماء، وغيرها، بما يتناسب مع سيناريوهات الكشف المختلفة. النوع المُثبَّت على السفن يُنزل بواسطة رافعة ويمكنه إكمال عمليات الكشف عن الملف الشخصي الرأسي في محطات ثابتة؛ أما النوع القابل للتخلّي عنه فهو جهاز للاستخدام الواحد ينقل البيانات في الوقت الفعلي عبر الألياف البصرية، وهو مناسب لإجراء تعداد سريع لمساحات واسعة من البحر؛ والنوع القابل للغمر مصمم خصيصًا للمنصات تحت الماء مثل AUV وROV، ويستطيع تحقيق مراقبة طويلة الأمد في نقاط ثابتة أو كشف متحرك. وفي الوقت نفسه، يدعم التوسّع متعدد المستشعرات، ويمكن إضافة وظائف لمراقبة جودة المياه والبارامترات البيولوجية حسب الحاجة، مما يتيح بناء نظام متكامل للكشف عن البيئة البحرية.

4. ذكي، مريح وفعال في التشغيل

مزوّد بنظام تحكم في السطح وواجهة تشغيل صينية، يمكن ضبط المعلمات مسبقًا مثل عمق أخذ العينات وشروط تشغيل استخراج المياه. أثناء عملية الإنزال، تُعرض بيانات مثل العمق ودرجة الحرارة والملوحة في الوقت الحقيقي، بالإضافة إلى منحنيات التغيير، مما يسهّل على الباحثين العلميين تقييم تركيب المياه في الوقت الحقيقي. يستطيع جامع المياه تحقيق أخذ عينات دقيقة عن طريق التحكم عن بُعد، ويمكن تصدير البيانات المسترجعة مباشرةً إلى برامج التحليل، مع دعم الاتصال السلس بقاعدة بيانات المسح البحري، مما يحسّن بشكل كبير كفاءة العمليات. يمكن لشخص واحد فقط، باستخدام رافعة، تشغيل المجموعة الكاملة من المعدات، بدءًا من النشر والكشف وحتى الاسترداد، بما يتناسب مع بيئة التشغيل البحرية المعقدة.

3. المعلمات التقنية الرئيسية: مطابقة دقيقة لاحتياجات الكشف عن المحيطات

تغطي تكوين معلمات جهاز الكشف عن درجة الحرارة وعمق الملوحة من سلسلة CTD حالاتً متعددة. وتتمثل المعلمات التقنية الأساسية فيما يلي (مع أخذ النماذج السائدة المركبة على السفن كمثال):

- نطاق القياس: درجة الحرارة -2℃~+36℃، التوصيلية 0~70mS/cm، العمق 0~6000م (قابل للتوسيع)، نطاق اشتقاق الملوحة 0~42psu؛

- الدقة والدقة في التحليل: دقة درجة الحرارة ±0.005℃، دقة التحليل 0.0006℃؛ دقة التوصيل ±0.003mS/cm، دقة التحليل 0.001mS/cm؛ دقة العمق ±0.1%FS؛

- أداء أخذ العينات: تردد أخذ عينات أقصى 1 هرتز وما فوق، زمن استجابة ≤150 مللي ثانية، يدعم التحكم في استخراج المياه متعدد الأعماق بنقطة ثابتة؛

- الحماية والتكيف: غلاف مضاد للتآكل، مناسب لبيئة ضغط مياه البحر، يدعم مصدر طاقة بجهد واسع للتيار المستمر، ويدعم نقل البيانات عبر الألياف البصرية السلكية أو الاتصالات اللاسلكية؛

- وظائف موسعة: يمكن تركيب أجهزة جمع مياه الخزانات بسعة 24/36، ويدعم توسيع نطاق مستشعرات الأكسجين المذاب والتعكر والكلوروفيل وغيرها، وهو مناسب لمختلف المنصات مثل السفن والعوامات الغاطسة.

4. تطبيقات متعددة المجالات: من البحث العلمي إلى تحقيق القيمة الهندسية

باعتبارها «أداة أساسية» للمسوحات البحرية، تم تطبيق أجهزة قياس درجة الحرارة وعمق الملوحة من سلسلة CTD بعمق في العديد من المجالات مثل البحث العلمي والاستكشاف وتنمية الموارد ومراقبة المناخ، وأصبحت الدعامة الأساسية لتطوير الأعمال البحرية.

1. الرحلات العلمية القطبية والمحيطية

في الرحلات العلمية إلى القطب الشمالي والقطب الجنوبي، تُعدّ أجهزة الكشف CTD الوسيلة الأساسية لاستقصاء بيئة المياه. خلال الرحلة في المحيط المتجمد الشمالي، رصدت سفينة «شوي لونغ 2» ذروات عالية جدًا من الكلوروفيل باستخدام تقنية CTD، وصلت إلى 200 ملليغرام لكل متر مكعب، مما قدّم بيانات حيوية لدراسة آلية تكوّن «الثلج البحري» ومضخة الكربون البيولوجية في القطب الشمالي. أما خلال الرحلة إلى بحر أموندسن وبحر روس في القارة القطبية الجنوبية، فقد استُخدمت أجهزة CTD للحصول على بيانات خاصة بدرجة الحرارة والملوحة على أعماق مختلفة من المياه، ما أسهم في دعم تحليل تأثير ذوبان الأنهار الجليدية على النظام البيئي البحري.

2. استكشاف الموارد البحرية

في مجال موارد النفط والغاز واستكشاف المعادن في أعماق البحار، تُستخدم أجهزة الكشف CTD لتحليل البيئة الهيدروديناميكية للمنطقة البحرية وتوفير بيانات مرجعية لاختيار مواقع منصات الحفر ومدّ الأنابيب. ومن خلال مراقبة درجة حرارة مياه البحر وتوزيع الملوحة، يمكن استنتاج اتجاه التيارات البحرية وتقييم تأثير البيئة على المرافق الهندسية؛ وفي مجال كشف المناطق الحرارية المائية، وبالتكامل مع الوظائف الموسعة لأجهزة استشعار العكارة والميثان، يمكن تحديد منطقة النشاط الحراري المائي بسرعة وتوفير أدلة لاستكشاف الموارد المعدنية.

3. الرصد المناخي والبيئي

في بحوث تغير المناخ العالمي، يمكن استخدام بيانات المراقبة طويلة الأجل لجهاز CTD لتحليل التغيرات في درجة حرارة المحيط وبنية الملوحة، وكشف التأثير التنظيمي لدوران المحيطات على المناخ. وفي المياه الساحلية، يمكن استخدام جهاز CTD لمراقبة درجة حرارة المسطح المائي وتدرجات الملوحة ومحتوى الأكسجين المذاب لتقييم مخاطر الكوارث البيئية مثل المد الأحمر والمد الأخضر، مما يوفر أساسًا علميًا لحماية البيئة البحرية وإدارة الموارد السمكية.

4. الهندسة البحرية وأمن الدفاع الوطني

في مجال بناء الموانئ والمشاريع العابرة للبحار، تُستخدم أجهزة الكشف CTD لمراقبة المعايير الهيدرولوجية في المياه البحرية لضمان سلامة التصميم الهندسي والبناء. وفي مجال الدفاع الوطني، يمكن استخدام أجهزة CTD ذات الاستخدام الواحد للحصول بسرعة على بيانات درجة الحرارة وملف الملوحة في مناطق واسعة من البحر، مما يوفر دعماً بالمعالم البيئية لعمليات الملاحة تحت الماء والعمليات المضادة للغواصات، ويعزز القدرة على إدراك البيئة القتالية تحت الماء.

5. القيمة الصناعية وآفاق التطوير

في الوقت الحالي، تمكّنت أجهزة الكشف عن درجة الحرارة وعمق الملوحة من سلسلة CTD المحلية تدريجيًا من تقليص الفجوة مع المنتجات العالمية من حيث الدقة العالية والتصغير والموثوقية وغيرها. وقد حققت بعض الطرازات طفرات في تقنيات رئيسية مثل مقاومة التلوث والتصحيح الديناميكي، مما سدّ الفجوة في مجال المراقبة البيئية البحرية العميقة محليًا. وباعتبارها المعدّات الأساسية لنظام المراقبة البحرية الدقيقة، فإن انتشار استخدامها لا يعزز فقط التطوير المتعمق للبحوث العلمية البحرية، بل يساعد أيضًا بلادنا على إحكام السيطرة على البيانات الأساسية في الرحلات العلمية القطبية واستكشاف أعماق البحار ومجالات أخرى، بما يتماشى مع التوجه السياسي لبناء قوة بحرية وتطوير أرصادي عالي الجودة.

في المستقبل، ومع دمج تقنيتي الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، سيتم تطوير كواشف سلسلة CTD بشكل أكبر: بدمج خوارزميات التعلم الآلي لتحسين دقة تحليل البيانات وتحقيق التنبؤ والإنذار المبكر بالظواهر البحرية؛ وتطوير نماذج مصغرة منخفضة الطاقة لتتوافق مع المزيد من المنصات البحرية المتنقلة؛ وبناء نظام مراقبة متعدد الأجهزة لتحقيق مراقبة ثلاثية الأبعاد وموحدة للمناطق البحرية. وفي الوقت نفسه، وبفضل الدفع نحو هدف «الكربون المزدوج»، ستلعب دورًا أكبر في مجالات ناشئة مثل قياس مصارف الكربون البحرية وتقييم تنظيم المناخ، وستواصل إضافة قوة علمية وتقنية لفك طلاسم المحيطات وحماية البيئة البحرية وتطوير الموارد البحرية.