Flotador RAFOS

El mundo submarino sigue siendo en gran parte desconocido. La principal razón es la dificultad para recopilar información in situ, realizar experimentos e incluso acceder a ciertos lugares. Sin embargo, el océano es de vital importancia para los científicos, ya que cubre aproximadamente el 71% del planeta.

El conocimiento de las corrientes oceánicas es de vital importancia. En aspectos científicos importantes, como el estudio del calentamiento global, se ha demostrado que las corrientes oceánicas influyen enormemente en el clima de la Tierra, ya que son el principal mecanismo de transferencia de calor. Son la causa del flujo de calor entre regiones cálidas y frías y, en un sentido más amplio, impulsan casi todas las circulaciones conocidas. Estas corrientes también afectan a los desechos marinos , y viceversa. Desde un punto de vista económico, una mejor comprensión puede ayudar a reducir los costos de transporte marítimo, ya que las corrientes contribuirían a que los barcos renuncien al consumo de combustible. En la era de la navegación a vela, este conocimiento era aún más esencial. Incluso hoy en día, los competidores de regatas alrededor del mundo utilizan las corrientes superficiales en su beneficio. Las corrientes oceánicas también son muy importantes para la dispersión de muchas formas de vida. Un ejemplo es el ciclo de vida de la anguila europea.

The SOFAR channel (short for Sound Fixing and Ranging channel), or deep sound channel (DSC), is a horizontal layer of water in the ocean at which depth the speed of sound is minimal, in average around 1200 m deep.^[2] It acts as a wave-guide for sound, and low frequency sound waves within the channel may travel thousands of miles before dissipating.

The SOFAR channel is centred on the depth where the cumulative effect of temperature and water pressure (and, to a smaller extent, salinity) combine to create the region of minimum sound speed in the water column. Near the surface, the rapidly falling temperature causes a decrease in sound speed, or a negative sound speed gradient. With increasing depth, the increasing pressure causes an increase in sound speed, or a positive sound speed gradient.

The depth where the sound speed is at a minimum is the sound channel axis. This is a characteristic that can be found in optical guides. If a sound wave propagates away from this horizontal channel, the part of the wave furthest from the channel axis travels faster, so the wave turns back toward the channel axis. As a result, the sound waves trace a path that oscillates across the SOFAR channel axis. This principle is similar to long distance transmission of light in an optical fiber. In this channel, a sound has a range of over 2000 km.

To use a RAFOS float, one has to submerge it in the specified location, so that it will get carried by the current. Then, every so often (usually every 6 or 8 hours) an 80-second sound signal is sent^[1] from moored emitters. Using the fact that a signal transmitted in the ocean preserves its phase structure (or pattern) for several minutes, it has been thought to use signals in which the frequency increases linearly of 1.523 Hz from start to end centered around 250 Hz.^[3] Then receivers would listen for specific phase structures, by comparing the incoming data with a reference 80-second signal. This permits to get rid of any noise appearing during the travel of the wave by floating particles or fish.

El esquema de detección se puede simplificar conservando únicamente la información de la señal positiva o negativa, lo que permite trabajar con un solo bit de información nueva en cada paso de tiempo. Este método funciona muy bien y permite el uso de pequeños microprocesadores, lo que posibilita que la propia boya realice la escucha y el cálculo, junto con una fuente de sonido amarrada. A partir del tiempo de llegada de las señales de dos o más fuentes de sonido y la ubicación previa de la boya, se puede determinar fácilmente su ubicación actual con una  precisión considerable (<1 km). Por ejemplo, la boya escuchará tres fuentes y almacenará el tiempo de llegada de las dos señales más fuertes detectadas de cada fuente. La ubicación de la boya se calculará en tierra.

Una vez finalizada la misión de la boya y recopilados los datos por los satélites, un paso fundamental es calcular su trayectoria a lo largo del tiempo. Esto se logra analizando el tiempo de viaje de las señales desde los altavoces anclados hasta la boya, calculado a partir del tiempo de emisión (conocido con precisión) y el tiempo de recepción (conocido a partir del reloj de la boya y corregido si este se ha movido). Dado que la velocidad del sonido en el mar se conoce con una precisión del 0,3 %, la posición de la boya se puede determinar con una precisión de aproximadamente 1  km mediante un procedimiento iterativo de seguimiento circular. ^{[ 5 ]} También se puede tener en cuenta el efecto Doppler. Como se desconoce la velocidad de la boya, se determina una primera velocidad de aproximación midiendo el desfase en el tiempo de llegada entre dos transmisiones, considerando que la boya no se ha movido. ^{[ 1 ]}

El proyecto Argo ^{[ 6 ]} es una colaboración internacional entre 50 agencias de investigación y operativas de 26 países que tiene como objetivo medir la temperatura, la salinidad y la presión de los primeros 2000 m del océano a nivel global. Utiliza más de 3000 boyas, algunas de las cuales emplean RAFOS para la geolocalización submarina; la mayoría simplemente utiliza el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) para obtener su posición al emerger cada 10 días. Este proyecto ha contribuido enormemente a la comunidad científica y ha generado gran cantidad de datos que se han utilizado para la cartografía de parámetros oceánicos y el análisis del cambio global.

Se han logrado muchos resultados gracias a estas boyas, en el mapeo global de las características del océano, o por ejemplo cómo las boyas se vuelven sistemáticamente menos profundas (afloramiento) al acercarse a meandros anticiclónicos y se profundizan (hundimiento) al acercarse a meandros ciclónicos. ^{[ 7 ]} A la izquierda se muestra un conjunto típico de datos de una boya RAFOS. Hoy en día, estas boyas siguen siendo la mejor manera de sondear sistemáticamente el interior del océano, ya que es automático y autosuficiente. En desarrollos recientes, las boyas han podido medir diferentes cantidades de gases disueltos e incluso realizar pequeños experimentos in situ.