Океанът покрива приблизително 71% от земната повърхност. От прогнозирането на пътищата на тайфуните и развитието на морски ранчота до осигуряването на безопасна морска навигация и смекчаването на морски бедствия – и дори до изследванията на глобалното изменение на климата – почти всяко съвременно морско научно изследване разчита на един критичен ресурс: данните за океана.

За тези, които тепърва навлизат в морската област, истинското предизвикателство често не е „липса на данни“, а по-скоро „излишък от данни“. В действителност, океанските данни не съществуват изолирано; вместо това те са се развили в цялостна екосистема, обхващаща „наблюдение — дистанционно наблюдение — моделиране — асимилация — интелигентен анализ“.

Защо морската наука става все по-зависима от данните?

В миналото човечеството е разчитало предимно на изследователски кораби,станции за буйовеи ръчни наблюдения за разбиране на океана. Въпреки че този подход предлага висока точност, той страда от ограничено пространствено покритие и дълги цикли на наблюдение.

Днес, с напредъка в дистанционното наблюдение чрез спътници, автоматизираните платформи за наблюдение, плаващите апарати Argo, числените модели и технологиите за асимилация на данни, наблюдението на океана навлезе в истинска ера на „големите данни“. Неговите определящи характеристики могат да бъдат обобщени като: масивен мащаб, широко покритие, висока скорост и многоизмерно богатство.

• Обемът на данните се е увеличил от ниво гигабайт (GB) до ниво петабайт (PB).
• Времевият обхват се е разширил от едва десетилетия до периоди, надхвърлящи век.
• Пространственото покритие сега обхваща целия световен океан.
• Наблюдаваните параметри обхващат множество измерения, включително температура на морската повърхност, соленост, океански течения,вълни, вятърни полета, концентрации на хлорофил, морски лед и други.

Едновременно с това, разделителната способност на данните продължава да се подобрява – докато глобалните океански модели исторически са имали обща разделителна способност от 1°, сега те се движат към разделителна способност от 1/12° или дори подкилометрови мащаби. Способността ни да изучаваме финомащабни океански структури – като мезомащабни водовъртежи, крайбрежни фронтове и вътрешни вълни – е достигнала ниво, далеч надхвърлящо възможностите преди.

В известен смисъл, съвременната морска наука в момента се измества от „емпирично обусловена“ парадигма към „обоснована от данни“.

Откъде идват предимно данните за океана?

Глобалната екосистема от океански данни се състои колективно от международни морски организации, метеорологични центрове, сателитни системи и национални мрежи за наблюдение по целия свят.

• NOAA (САЩ): Един от най-важните източници на данни за океана в света, предоставящ набор от безплатни, отворени и дългосрочни исторически данни, включително NCEP/NCAR Reanalysis, записи от наблюдения ICOADS, данни за температурата на морската повърхност AVHRR и глобалната система за прогнозиране GFS.
• Европа (ECMWF и ESA): Данните от повторния анализ на ERA5 на ECMWF се превърнаха в най-важния източник на данни за атмосферното въздействие за изследвания на взаимодействието въздух-море; серията спътници Sentinel на ESA демонстрира значителни предимства в дистанционното наблюдение SAR, високопрецизното наблюдение на морската повърхност и мониторинга на морския лед.
• Азия (JMA): Данните от COBE-SST на Японската метеорологична агенция (JMA) се използват широко в изследвания, свързани с климата на северозападната част на Тихия океан, ENSO и Източна Азия.

Какви видове океански данни съществуват?

Съвременните океански данни се категоризират предимно в четири основни типа:батиметрични данни, данни от дистанционно наблюдение, данни от наблюдения на място и данни от повторен анализ.

Батиметрични данни за морското дъно

Това представлява основата за всички океанографски изследвания. Ако човек оприличи численото моделиране на океана на „строителство на сграда“, тогава батиметрията – дълбочината и топографията на океанското дъно – би служила като „основа“. Най-класическите глобални батиметрични набори от данни включват ETOPO и GEBCO; последният се е превърнал в международно призната стандартна базова карта за топография на морското дъно.

Данни от дистанционно наблюдение от сателит

Това служи като „основна сила“ в съвременното наблюдение на океана. Ключовите му предимства се крият в широкото пространствено покритие, бързата честота на актуализиране и капацитета за едновременно глобално наблюдение.

• Температура на морската повърхност (SST): Набори от данни като MODIS, AVHRR и OISST се използват широко в изследвания, включващи ENSO, морски топлинни вълни, течението Курошио и прогнозиране на рибарството.
• Полета на вятъра на морската повърхност: Получени предимно от спътници за разсейване (напр. ASCAT, SeaWinds и китайската серия HY-2), тези данни са от решаващо значение за изследвания на тайфуни, генерирани от вятъра вълни и взаимодействия между въздух и море.
• Височина на морската повърхност (SSH): Спътници алтиметър – като TOPEX/Poseidon, Jason и HY-2A – наблюдават вариациите на морското равнище, мезомащабните водовъртежи и траекторията на течението Курошио.
• Радар със синтезирана апертура (SAR): Характеризиращ се с възможности за наблюдение при всякакви метеорологични условия, през целия ден и с висока резолюция, SAR може да придобива информация за морската повърхност дори през нощта или под облачна покривка. Той се прилага широко при наблюдение на морски лед, нефтени разливи, вътрешни вълни, океански вълни и морски плавателни съдове.

Данни от наблюдения на място

Въпреки че пространственото покритие е ограничено в сравнение с дистанционното наблюдение, тези данни предлагат най-високо ниво на точност и служат като жизненоважен ориентир за всички океанографски изследвания.

• Буйове Арго: Функционирайки като „автоматизирани CTD-и“, дрейфиращи из световния океан, тези поплавъци периодично се спускат и издигат, за да измерват автоматично температурата, солеността и налягането, предавайки данните обратно в реално време. Хилядите поплавъци Арго, разположени в момента по целия свят, заедно представляват най-мащабната мрежа за наблюдение на океана в човешката история.
• CTD наблюдения: Те остават „стандартното оборудване“ в океанографските проучвания, предоставяйки високоточни профили на температурата и солеността.

Накъде се насочва бъдещето на океанските данни?

Бъдещата траектория на развитието на океанските данни е ясна и решителна:

• По-висока резолюция: Преминаване от километрична към стометрова резолюция.
• Подобрени възможности в реално време: Постепенно създаване на всеобхватна система за „океан в реално време“.
• Многоизточников синтез: Интегриране на сателити, буйове, числени модели, безпилотни платформи и изкуствен интелект за съгласувана работа.
• Интелигентизация: Изкуственият интелект е дълбоко вкоренен в морската наука – обхващайки базирани на изкуствен интелект океански прогнози, реконструкция на липсващи данни, откриване на вихрушки, дистанционно наблюдение и други.

Морската наука навлиза в съвсем нова ера:

| Големите океански данни + изкуствен интелект = основният двигател на бъдещите океански изследвания

Твърдо вярваме, че истинската стойност на данните се крие в тяхното ефективно събиране, задълбочена интерпретация и интелигентно приложение.

Очаквам с нетърпение да се свържем с вас за по-задълбочен разговор.