Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART)

อุปกรณ์ประเมิณและรายงานการคลื่นสึนามิแบบติดตั้งในทะเลลึก

หลังจากที่ทั่วโลกได้ประสบความเลวร้ายจากคลื่นสึนามิมาหลายครั้ง ก็ได้มีการพัฒนาระบบเตือนภัยจากสึนามิขึ้นมาหลายรูปแบบ หนึ่งในนั้นคือระบบ DART หรืออุปกรณ์ประเมิณและรายงานการคลื่นสึนามิแบบติดตั้งในทะเลลึก โดยอาศัยหลักที่ว่า น้ำทะเลในโลกนี้จะเป็นน้ำขึ้นน้ำลงในรอบ 24 ชั่วโมง ซึ่งน้ำขึ้นน้ำลงแท้จริงแล้วก็เป็นคลื่นทะเลแบบหนึ่ง แต่เป็นคลื่่นที่มีความยาวคลื่นที่ยาวมาก (เกือบ 20,000 กิโลเมตร  หรือเกือบครึ่งของเส้นรอบวงของโลก) และมียอดคลื่นต่ำ ส่วนคลื่นสึนามิก็เป็นคลื่นยาวที่มียอดคลื่นต่ำเช่นเดียวกัน คลื่นสึนามินั้นบางครั้งมีความยาวคลื่นหลายร้อยกิโลเมตรเลยทีเดียวซึ่งยาวกว่าคลื่นทะเลที่เกิดจากลมพัดหลายเท่า และจากการที่คลื่นสึนามิมียอดคลื่นต่ำ มันจึงเคลื่อนผ่านใต้ท้องเรือที่วิ่งอยู่กลางทะเล โดยคนบนเรือนั้นอาจแทบไม่รู้สึกเลยว่าคลื่นสึนามิเคลื่อนผ่านใต้ท้องเรือไปแล้ว

ความยาวคลื่นของสึนามิแม้ยาวเป็นร้อยกิโลเมตร แต่ก็ยังคงสั้นกว่าความยาวคลื่นน้ำขึ้นน้ำลงอยู่ดี หากเราสามารถวัดความสูง (ความลึก) ของน้ำทะเล ณ พิกัดใดๆ ความลึกของน้ำทะเล ณ พิกัดนั้นจะเปลี่ยนแปลงขึ้นลงตามปกติวันละ 2-4 ครั้งๆละ 6-12 ชม ตามหลักของน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งนี่คือโหมดปกติ (Standard mode) ในความหมายของ DART แต่หากมีคลื่นสึนามิมาถึง ความสูง (ความลึก) ของน้ำทะเล ณ พิกัดนั้น จะเปลี่ยนแปลงทันที ในช่วงวินาที หรือ นาที ความแตกต่างตรงนี้เองที่ทำให้เรารู้ได้ว่า คลื่นสึนามิกำลังผ่านจุดที่ติตตั้ง DART ไป โดยจะทำให้ DART เข้าสู่โหมดเหตุการณ์ (Event mode)

ส่วนสำคัญที่สุดของระบบ DART ก็คือส่วนที่เรียกว่า BPR (ผลิตโดยบริษัท Paroscientific, Inc )  ตามภาพด้านล่างนี้

ตัว BPR ในภาพกำลังถูกนำใส่เรือเพื่อไปหย่อนไว้ที่ก้นทะเล ซึ่งอาจลึกหลายพันเมตร 

อุปกรณ์ที่เป็นหัวใจของ BPR คือตัว Transducer ซึ่งภายในมีส่วนประกอบเล็กๆอีกหลายส่วน ส่วนสำคัญคือแท่งคริสตัลเล็กๆที่ทำหน้าที่เป็นออสซิเลเตอร์กำเนิดสัญญาณ แท่งคริสตัลนี้ต่อไว้ด้านในตรงปลายด้านหนึ่งของท่อบูร์ดอง  ท่อที่ขดเป็นรูปเลข 6 โดยท่อเล็กๆนี้จะมีน้ำมันอยู่เต็ม และปลายท่ออีกด้านหนึ่งนั้น โผล่ออกไปในน้ำทะเลด้านนอก

อาศัยหลักที่ว่า แรงกดของน้ำทะเลจะเพิ่มขึ้น 1 psi ทุกๆความลึกของน้ำ 670 มม. เมื่อมีสึนามิเกิดขึ้น แรงกดของน้ำทะเลจากช่วงที่ยอดคลื่นผ่านเข้ามา จะดันตัวท่อให้โค้งงอ แรงกดของท่อจะกระทำต่อปลายด้านที่ติดตั้งออสซิเลเตอร์คริสตัลไว้ เจ้าออสซิเลเตอร์ก็จะกำเนิดสัญญาณไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่าปกติ และเมื่อยอดคลื่นผ่านพ้นไป ท้องคลื่นเคลื่อนเข้ามา แรงกดของท่อบูร์ดองที่ลดลงกว่าปกติก็จะทำให้งออสซิเลเตอร์กำเนิดสัญญาณไฟฟ้าที่มีความถี่ต่ำลง ความถี่จะถูกนำไปแปลงเป็นระดับสัญญาณที่แม่นยำ สามารถแสดงถึงความลึกของน้ำทะเลเป็นมิลลิเมตรแม้ตัวเครื่องจะติดตั้งไว้ที่ความลึกถึง 5,000 เมตรจากผิวน้ำ

ลำดับต่อมา คือส่วนทุ่นที่ลอยอยู่ที่ผิวทะเล ทุ่นนี้ทำหน้าที่เชื่อมต่อสัญญาณระหว่าง BPR ที่ก้นทะเล กับดาวเทียมอิริเดียมที่โคจรอยู่รอบโลก และดาวเทียมอิริเดียมก็ส่งต่อสัญญาณให้สถานีภาคพื้นดินต่อไป

ระบบปัจจุบันที่ใช้งานอยู่ของ NDBC คือ DART-II (เริ่มจากปี 2005) ซึ่งเป็นระบบที่พัฒนามาจาก DART-I ในข้อแตกต่างหลักๆคือการเปลี่ยนวิธีการสื่อสารระหว่างทุ่นผิวน้ำกับ BPR จากการสื่อสารทางเดียว ไปเป็นแบบการสื่อสาร 2 ทาง โดยนอกจากสถานีภาคพื้นจะเป็นฝ่ายรับข้อมูลจาก DART แล้วยังสามารถสั่งงาน DART ให้ทำงานใน Event mode ได้ในกรณีสงสัยว่าจะมีคลื่นสึนามิผ่านไปในพิกัดของ DART ตัวนั้นด้วย ในขณะที่เข้า Event mode นั้น ระบบจะส่งข้อมูลรัวๆในระดับ 15 วินาที/ครั้ง ซึ่งจะสามารถตรวจจับความเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำทะเลได้ทันท่วงที หากเหตุการณ์ผ่านพ้นไปก็จะกลับไปจับระดับน้ำขึ้นน้ำลงต่อไปตามปกติในโหมด Standard ซึ่งในโหมดนี้จะส่งข้อมูลเพียงชั่วโมงละ 4 ครั้งเท่านั้น (15 นาที/ครั้ง) การที่สถานีภาคพื้นหรือ TWCs สามารถสั่งให้ DART-II เข้าสู่ Event mode นั้น นอกจากประโยชน์ในการตรวจจับคลื่นที่น่าสงสัยแล้วยังใช้ในการวินิจฉัยปัญหาหรือทดสอบระบบได้อีกด้วย

ทุ่น DART-II จะส่งข้อมูลออกมาแบบอิสระจากกัน 2 ชุด ทาง NDBC จะรับข้อมูลแล้วแปลงให้อยู่ในรูปรายงานแยกกลุ่มตามเขตพื้นที่ของมหาสมุทรต่างๆ ที่จัดช่องตามแบบนี้ จากนั้นส่งต่อให้ NWSTG ซึ่งจะกระจายข้อมูลให้กับ TWCs (ศูนย์เฝ้าระวังสึนามิ) ของประเทศต่างๆต่อไป