يغطي المحيط ما يقرب من 71% من سطح الأرض. من التنبؤ بمسارات الأعاصير وتطوير المزارع البحرية إلى ضمان الملاحة البحرية الآمنة والتخفيف من آثار الكوارث البحرية - وحتى أبحاث تغير المناخ العالمي - يعتمد كل بحث علمي بحري حديث تقريبًا على مورد بالغ الأهمية: بيانات المحيط.

بالنسبة للمبتدئين في مجال علوم البحار، لا يكمن التحدي الحقيقي في "نقص البيانات"، بل في "وفرة البيانات". في الواقع، لا توجد بيانات المحيطات بمعزل عن غيرها؛ بل تطورت إلى نظام بيئي شامل يضم "الملاحظة - الاستشعار عن بعد - النمذجة - الاستيعاب - التحليل الذكي".

لماذا أصبح علم البحار يعتمد بشكل متزايد على البيانات؟

في الماضي، اعتمدت البشرية بشكل أساسي على سفن الأبحاث،محطات العواماتوالملاحظات اليدوية لفهم المحيط. ورغم أن هذا النهج وفر دقة عالية، إلا أنه عانى من تغطية مكانية محدودة ودورات رصد طويلة.

اليوم، ومع التقدم في الاستشعار عن بعد بالأقمار الصناعية، ومنصات الرصد الآلية، وعوامات أرغو، والنماذج العددية، وتقنيات استيعاب البيانات، دخل رصد المحيطات عصر "البيانات الضخمة" الحقيقي. ويمكن تلخيص خصائصه المميزة في: النطاق الهائل، والتغطية الواسعة، والسرعة العالية، والثراء متعدد الأبعاد.

• ارتفع حجم البيانات من مستوى الجيجابايت (GB) إلى مستوى البيتابايت (PB).
• لقد اتسع النطاق الزمني من مجرد عقود إلى فترات تتجاوز قرنًا من الزمان.
• تغطي التغطية المكانية الآن المحيط العالمي بأكمله.
• تشمل المعايير المرصودة أبعادًا متعددة، بما في ذلك درجة حرارة سطح البحر، والملوحة، والتيارات المحيطية.الأمواجحقول الرياح، وتركيزات الكلوروفيل، والجليد البحري، وغير ذلك.

في الوقت نفسه، يستمر تحسن دقة البيانات؛ فبينما كانت نماذج المحيطات العالمية تتميز تاريخياً بدقة شائعة تبلغ درجة واحدة، فإنها تتقدم الآن نحو دقة تصل إلى 1/12 درجة، أو حتى مقاييس دون الكيلومتر. وقد وصلت قدرتنا على دراسة هياكل المحيطات الدقيقة - مثل الدوامات متوسطة الحجم، والجبهات الساحلية، والأمواج الداخلية - إلى مستوى يتجاوز بكثير ما كان ممكناً في السابق.

بمعنى ما، فإن علم البحار الحديث يتحول حاليًا من نموذج "مدفوع تجريبيًا" إلى نموذج "مدفوع بالبيانات".

من أين تأتي بيانات المحيطات بشكل أساسي؟

يتكون النظام البيئي العالمي لبيانات المحيطات بشكل جماعي من المنظمات البحرية الدولية، والمراكز الأرصادية، وأنظمة الأقمار الصناعية، وشبكات الرصد الوطنية في جميع أنحاء العالم.

• الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (الولايات المتحدة الأمريكية): أحد أهم مصادر بيانات المحيطات في العالم، حيث توفر مجموعة من منتجات البيانات التاريخية المجانية والمفتوحة الوصول وطويلة الأجل - بما في ذلك إعادة تحليل NCEP/NCAR، وسجلات الرصد ICOADS، وبيانات درجة حرارة سطح البحر AVHRR، ونظام التنبؤ العالمي GFS.
• أوروبا (ECMWF و ESA): أصبحت بيانات إعادة تحليل ERA5 التابعة للمركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى المصدر الأكثر أهمية لبيانات التأثير الجوي لأبحاث التفاعل بين الهواء والبحر؛ وتُظهر سلسلة أقمار Sentinel التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية مزايا كبيرة في الاستشعار عن بعد بتقنية SAR، ومراقبة سطح البحر عالية الدقة، ومراقبة الجليد البحري.
• آسيا (وكالة الأرصاد الجوية اليابانية): تُستخدم بيانات COBE-SST التابعة لوكالة الأرصاد الجوية اليابانية (JMA) على نطاق واسع في الأبحاث المتعلقة بمناخ شمال غرب المحيط الهادئ، وظاهرة النينيو، ومناخ شرق آسيا.

ما هي أنواع البيانات الموجودة عن المحيطات؟

تُصنف بيانات المحيطات الحديثة بشكل أساسي إلى أربعة أنواع رئيسية:بيانات قياس الأعماق، وبيانات الاستشعار عن بعد، وبيانات الرصد الميداني، وبيانات إعادة التحليل.

بيانات قياس أعماق قاع البحر

يشكل هذا الأساس لجميع الأبحاث الأوقيانوغرافية. فإذا ما شبهنا النمذجة العددية للمحيطات بـ"بناء مبنى"، فإن قياس الأعماق - أي عمق قاع المحيط وتضاريسه - سيمثل "الأساس". ومن أشهر مجموعات بيانات قياس الأعماق العالمية ETOPO وGEBCO؛ وقد أصبحت الأخيرة الخريطة الأساسية المعيارية المعترف بها دوليًا لتضاريس قاع البحر.

بيانات الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية

يُعد هذا بمثابة "القوة الرئيسية" في رصد المحيطات الحديث. وتكمن مزاياه الرئيسية في تغطيته المكانية الواسعة، وسرعة تحديثه، وقدرته على الرصد العالمي المتزامن.

• درجة حرارة سطح البحر (SST): يتم استخدام مجموعات البيانات مثل MODIS وAVHRR وOISST على نطاق واسع في الأبحاث التي تتناول ظاهرة النينيو، وموجات الحر البحرية، وتيار كوروشيو، والتنبؤ بمصايد الأسماك.
• حقول الرياح السطحية للبحر: تستمد هذه البيانات بشكل أساسي من أقمار قياس التشتت (مثل ASCAT و SeaWinds وسلسلة HY-2 الصينية)، وهي بيانات بالغة الأهمية للدراسات المتعلقة بالأعاصير والأمواج الناتجة عن الرياح والتفاعلات بين الهواء والبحر.
• ارتفاع سطح البحر (SSH): تقوم الأقمار الصناعية لقياس الارتفاع - مثل TOPEX/Poseidon و Jason و HY-2A - برصد تغيرات مستوى سطح البحر والدوامات متوسطة الحجم ومسار تيار كوروشيو.
• الرادار ذو الفتحة التركيبية (SAR): يتميز بقدرته على العمل في جميع الأحوال الجوية وعلى مدار اليوم وبدقة عالية، حيث يمكنه الحصول على معلومات عن سطح البحر حتى في الليل أو تحت غطاء السحب. ويُستخدم على نطاق واسع في رصد الجليد البحري، والتسربات النفطية، والأمواج الداخلية، وأمواج المحيط، والسفن البحرية.

بيانات الرصد الميداني

على الرغم من أن التغطية المكانية محدودة مقارنة بالاستشعار عن بعد، إلا أن هذه البيانات توفر أعلى مستوى من الدقة وتُعد بمثابة معيار حيوي لجميع الأبحاث المتعلقة بعلم المحيطات.

• عوامات أرغو: تعمل هذه العوامات كأجهزة قياس درجة الحرارة والملوحة والضغط الآلية، حيث تطفو في المحيطات العالمية، وتهبط وتصعد دوريًا لقياس درجة الحرارة والملوحة والضغط تلقائيًا، وترسل البيانات في الوقت الفعلي. وتشكل آلاف عوامات أرغو المنتشرة حاليًا في جميع أنحاء العالم مجتمعةً أكبر شبكة لرصد المحيطات في تاريخ البشرية.
• ملاحظات CTD: لا تزال هذه "المعدات القياسية" في المسوحات الأوقيانوغرافية، حيث توفر بيانات عالية الدقة عن درجة الحرارة والملوحة.

إلى أين يتجه مستقبل بيانات المحيطات؟

إن المسار المستقبلي لتطوير بيانات المحيطات واضح وحازم:

• دقة أعلى: الانتقال من دقة الكيلومتر إلى دقة مئات الأمتار.
• قدرات محسّنة في الوقت الحقيقي: إنشاء نظام "محيط في الوقت الحقيقي" شامل تدريجياً.
• دمج مصادر متعددة: دمج الأقمار الصناعية والعوامات والنماذج العددية والمنصات غير المأهولة والذكاء الاصطناعي للعمل بتناغم.
• الذكاء الاصطناعي: أصبح الذكاء الاصطناعي متأصلاً بعمق في علوم البحار - ويشمل التنبؤ بالمحيطات المدفوع بالذكاء الاصطناعي، وإعادة بناء البيانات المفقودة، والكشف عن الدوامات، واسترجاع الاستشعار عن بعد، وغير ذلك الكثير.

يدخل علم البحار حقبة جديدة تماماً:

| البيانات الضخمة للمحيطات + الذكاء الاصطناعي = المحرك الأساسي لأبحاث المحيطات المستقبلية

نحن نؤمن إيماناً راسخاً بأن القيمة الحقيقية للبيانات تكمن في الحصول عليها بكفاءة، وتفسيرها بعمق، وتطبيقها بذكاء.

أتطلع إلى التواصل معك لإجراء محادثة أعمق.