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Atividade Financiada

Monitorização dos Oceanos com Sensores Acústicos Distribuídos

Monitoring the Oceans with Distributed Acoustic Sensing

Referência
2022.02359.PTDC
Data de Início do Projeto
2023-03-01
Data de Fim do Projeto
2026-08-31
Investigador Principal
Coinvestigador Principal
Área Científica
Ciências naturais
Programa de Financiamento
Concurso de Projetos de I&D em Todos os Domínios Científicos - 2022 - ICDT

Resumo

O DAS (Distributed Acoustic Sensing) é uma tecnologia emergente que permite transformar cabos de fibra ótica em redes densas de sensores acústicos. Esta tecnologia baseia-se na técnica simples de reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR) e é atrativa para a observação de ambientes marinhos onde a instrumentação é difícil de implementar. Neste projeto, usamos as diferenças de fase medidas na luz retrofundida de Rayleigh para quantificar a deformação sofrida pela fibra numa escala espacial de 10 m ou inferior. A fibra é o sensor e também o meio de comunicação. A validação da tecnologia DAS está atualmente sendo testada em diferentes partes do mundo, da Europa à América. O MODAS contribuirá para este esforço demonstrando a sua utilidade no Oceano Atlântico. A tecnologia atual limita o alcance do DAS a ca. 100 km mas a sua utilidade é muito relevante em áreas, como nos Açores onde as estações sísmicas nas ilhas têm um forte alinhamento E-W. Aqui  o ganho na qualidade dos parâmetros sísmicos foi demonstrado por Matias et al. (2021) para o domínio entre a Terceira e S. Miguel, ligados por um cabo submarino de telecomunicações. O MODAS usará o mesmo cabo utilizando desta vez a informação que pode ser fornecida a partir da grande densidade de sensores do DAS. O primeiro desafio que o MODAS irá enfrentar consiste no desenvolvimento de rotinas de processamento que permitam o uso em tempo real de ferramentas avançadas de análise, como análise f-k, cálculos de velocidade de fase aparente, densidade espectral de potência, beamforming e a sua assimilação às rotinas de localização sísmica. Até agora não temos conhecimento de que ondas de tsunami tenham sido detetadas por um DAS em cabos submarinos. No MODAS usaremos ondas infragravíticas como proxy para ondas de tsunami e avaliaremos se elas podem ser detetadas e caracterizadas por DAS, sendo essa informação fornecidas em tempo real para a sala de operações. Ondas extremas são uma das principais causas de inundações em áreas costeiras e o seu perigo está a aumentar devido às alterações climáticas. No MODAS iremos usar o ruído registado no DAS para inferir a altura e o período das ondas e para medir as correntes de superfície. O som é o sinal sensorial que viaja mais longe através do oceano e é usado por animais marinhos, desde invertebrados a grandes baleias. A paisagem sonora dos Oceanos está a mudar rapidamente, principalmente devido ao aumento do ruído gerado pela navegação. No MODAS, avaliaremos continuamente o nível de ruído de fundo registado pelo DAS e tentaremos distinguir entre fontes naturais, como interações oceano-sólido, e fontes antropogénicas. Os oceanos estão a sofrer profundas mudanças nas propriedades físicas e químicas. As populações de baleias são especialmente vulneráveis ??a variações na base dos ecossistemas marinhos. As vocalizações de baleias já foram identificadas em dados de DAS e no MODAS usaremos um período de observação de um ano para identificar as espécies vocalizadoras, a sua taxa de vocalização e sua variação ao longo do tempo. Um último desafio abordado pelo MODAS é a calibração. Está bem demonstrado que a deformação ou a taxa de deformação medida pelo DAS pode ser convertida em movimento do solo ao longo da direção da seção do cabo submarino, se a velocidade de fase aparente for conhecida. A semelhança entre os sinais convertidos do DAS e os sismogramas co-localizados é bem demonstrada, mas é natural que o valor absoluto varie com o acoplamento do cabo ao fundo do mar. O MODAS abordará esse problema comparando registos de DAS com estações terrestres sísmicas próximas do cabo submarino e também com os dados recolhidos por dois sismómetros de fundo oceânico (OBS) a serem implantados pelo MODAS. O OBS será equipado com hidrofones de baixa frequência que permitirão o cálculo da função de escala para converter a deformação em pressão oceânica gerada por grandes ondas infragravíticas ou de tsunami. As correntes de superfície e o estado do mar (altura e período de onda) calculados a partir de dados DAS serão validados e calibrados usando dados de boias perto do cabo submarino na Ilha Terceira e modelos de ondas e correntes de superfície que são corridos operacionalmente no IPMA. O projeto MODAS irá fornecer pela 1ª vez um ano contínuo de registos no oceano com a tecnologia DAS, demonstrando a sua utilidade para a monitorização em tempo real de sismos e possivelmente tsunamis e para monitorização em tempo quase real do ambiente oceânico em algumas de suas variáveis ??críticas, estado do mar, corrente de superfície, som, ruído de navios e vocalizações de baleias. Como as experiências anteriores com DAS têm mostrado, MODAS irá esperar o inesperado e estará atento a sinais que não possam ser imediatamente interpretados, mas que o denso conjunto de sensores do DAS pode ajudar a caracterizar. Nos Açores, o fluxo de fluidos nos sedimentos ou a atividade vulcânica pode estar na origem desses sinais inesperados.

Instituições

Instituições Principais

  • FCiênciasID Associação para a Investigação e Desenvolvimento de Ciências (Fciências.ID)

Outras Instituições

  • Instituto de Telecomunicações Lisboa (IT)
  • Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores Tecnologia e Ciência (INESC TEC)
  • Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA)

Financiamento 248.639,17 €

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Portugal

248.639,17 €