Vandenynas dengia maždaug 71 % Žemės paviršiaus. Nuo taifūnų trajektorijų prognozavimo ir jūrų rančų plėtros iki saugios jūrų navigacijos užtikrinimo ir jūrų katastrofų padarinių mažinimo – ir net pasaulinių klimato kaitos tyrimų – beveik kiekvienas šiuolaikinis jūrų mokslo tyrimas remiasi vienu svarbiu ištekliumi: vandenynų duomenimis.

Tiems, kurie tik pradeda dirbti jūrų srityje, tikrasis iššūkis dažnai yra ne „duomenų trūkumas“, o „duomenų perteklius“. Iš tikrųjų vandenynų duomenys neegzistuoja atskirai; jie išsivystė į visapusišką ekosistemą, apimančią „stebėjimą, nuotolinį stebėjimą, modeliavimą, asimiliaciją ir intelektualią analizę“.

Kodėl jūrų mokslas vis labiau priklauso nuo duomenų?

Anksčiau žmonija daugiausia rėmėsi tyrimų laivais,plūdurų stotysir rankinius stebėjimus, siekiant suprasti vandenyną. Nors šis metodas pasižymėjo dideliu tikslumu, jam trūko ribotos erdvinės aprėpties ir ilgų stebėjimo ciklų.

Šiandien, tobulėjant palydoviniam nuotoliniam stebėjimui, automatizuotoms stebėjimo platformoms, „Argo“ plūdurams, skaitmeniniams modeliams ir duomenų asimiliacijos technologijoms, vandenynų stebėjimas įžengė į tikrą „didžiųjų duomenų“ erą. Jo išskirtines savybes galima apibendrinti taip: didžiulis mastas, plati aprėptis, didelis greitis ir daugiamačiai duomenys.

• Duomenų kiekis padidėjo nuo gigabaitų (GB) iki petabaitų (PB).
• Laiko aprėptis išsiplėtė nuo kelių dešimtmečių iki daugiau nei šimtmečio.
• Erdvinė aprėptis dabar apima visą pasaulinį vandenyną.
• Stebimi parametrai apima daug aspektų, įskaitant jūros paviršiaus temperatūrą, druskingumą, vandenynų sroves,bangos, vėjo laukai, chlorofilo koncentracija, jūros ledas ir kita.

Tuo pačiu metu duomenų skiriamoji geba toliau gerėja – nors istoriškai pasauliniai vandenynų modeliai pasižymėjo 1° skiriamąja geba, dabar jie artėja prie 1/12° skiriamosios gebos ar net mažesnių nei kilometras skalių. Mūsų gebėjimas tirti smulkiakampes vandenynų struktūras, tokias kaip mezoskalės sūkuriai, pakrančių frontai ir vidinės bangos, pasiekė lygį, gerokai viršijantį tai, kas buvo įmanoma anksčiau.

Tam tikra prasme šiuolaikinis jūrų mokslas šiuo metu pereina nuo „empiriškai pagrįstos“ paradigmos prie „duomenimis pagrįstos“.

Iš kur daugiausia gaunami vandenynų duomenys?

Pasaulinę vandenynų duomenų ekosistemą kartu sudaro tarptautinės jūrų organizacijos, meteorologijos centrai, palydovų sistemos ir nacionaliniai stebėjimo tinklai visame pasaulyje.

• NOAA (JAV): Vienas svarbiausių pasaulyje vandenynų duomenų šaltinių, teikiantis nemokamų, atviros prieigos ir ilgalaikių istorinių duomenų produktų rinkinį, įskaitant NCEP/NCAR pakartotinę analizę, ICOADS stebėjimo įrašus, AVHRR jūros paviršiaus temperatūros duomenis ir GFS pasaulinę prognozavimo sistemą.
• Europa (ECMWF ir ESA): ECMWF ERA5 pakartotinės analizės duomenys tapo svarbiausiu atmosferos veiksnių duomenų šaltiniu oro ir jūros sąveikos tyrimams; ESA „Sentinel“ palydovų serija demonstruoja didelius pranašumus SAR nuotolinio stebėjimo, didelio tikslumo jūros paviršiaus stebėjimo ir jūros ledo stebėjimo srityse.
• Azija (JMA): Japonijos meteorologijos agentūros (JMA) COBE-SST duomenys plačiai naudojami Šiaurės vakarų Ramiojo vandenyno, ENSO ir Rytų Azijos klimato tyrimuose.

Kokių tipų vandenynų duomenys egzistuoja?

Šiuolaikiniai vandenynų duomenys daugiausia skirstomi į keturis pagrindinius tipus:batimetriniai duomenys, nuotolinio stebėjimo duomenys, vietoje atliktų stebėjimų duomenys ir pakartotinės analizės duomenys.

Jūros dugno batimetriniai duomenys

Tai sudaro visų okeanografinių tyrimų pagrindą. Jei vandenynų skaitmeninį modeliavimą palygintume su „pastato statyba“, tai batimetrija – vandenyno dugno gylis ir topografija – būtų „pagrindas“. Klasikiškiausi pasauliniai batimetrinių duomenų rinkiniai yra ETOPO ir GEBCO; pastarasis tapo tarptautiniu mastu pripažintu standartiniu jūros dugno topografijos baziniu žemėlapiu.

Palydovinio nuotolinio stebėjimo duomenys

Tai yra „pagrindinė jėga“ šiuolaikiniame vandenynų stebėjime. Pagrindiniai jos privalumai yra plati erdvinė aprėptis, greitas atnaujinimo dažnis ir galimybė vienu metu stebėti pasaulį.

• Jūros paviršiaus temperatūra (SST): tokie duomenų rinkiniai kaip MODIS, AVHRR ir OISST yra plačiai naudojami tyrimuose, susijusiuose su ENSO, jūrų karščio bangomis, Kurošio srove ir žuvininkystės prognozėmis.
• Jūros paviršiaus vėjo laukai: šie duomenys, daugiausia gauti iš sklaidos matavimo palydovų (pvz., ASCAT, „SeaWinds“ ir Kinijos HY-2 serijos), yra labai svarbūs taifūnų, vėjo sukeltų bangų ir oro bei jūros sąveikos tyrimams.
• Jūros paviršiaus aukštis (SSH): aukščio matavimo palydovai, tokie kaip TOPEX/Poseidon, Jason ir HY-2A, stebi jūros lygio svyravimus, mezoskalės sūkurius ir Kurošio srovės trajektoriją.
• Sintetinės apertūros radaras (SAR): SAR, pasižymintis visomis oro sąlygomis, visą parą ir didelės skiriamosios gebos galimybėmis, gali gauti jūros paviršiaus informaciją net naktį arba po debesimis. Jis plačiai taikomas jūros ledo, naftos išsiliejimų, vidinių bangų, vandenyno bangų ir jūrų laivų stebėjimui.

In situ stebėjimo duomenys

Nors erdvinė aprėptis, palyginti su nuotoliniu stebėjimu, yra ribota, šie duomenys pasižymi aukščiausiu tikslumo lygiu ir yra gyvybiškai svarbus visų okeanografinių tyrimų etalonas.

• „Argo“ plūdurai: šie plūdurai, veikiantys kaip „automatiniai CTD“, dreifuojantys visame vandenyne, periodiškai leidžiasi ir kyla, kad automatiškai matuotų temperatūrą, druskingumą ir slėgį, ir realiuoju laiku perduotų duomenis. Tūkstančiai „Argo“ plūdurų, šiuo metu dislokuotų visame pasaulyje, kartu sudaro didžiausią vandenynų stebėjimo tinklą žmonijos istorijoje.
• CTD stebėjimai: jie išlieka „standartine įranga“ okeanografiniuose tyrimuose, teikiančiais didelio tikslumo temperatūros ir druskingumo profilius.

Kur link juda vandenynų duomenų ateitis?

Vandenynų duomenų plėtros ateities trajektorija aiški ir ryžtinga:

• Didesnė skiriamoji geba: perėjimas nuo kilometrų mastelio prie šimtų metrų mastelio skiriamosios gebos.
• Patobulintos realaus laiko galimybės: palaipsniui kurti visapusišką „realaus laiko vandenyno“ sistemą.
• Kelių šaltinių sintezė: palydovų, plūdurų, skaitmeninių modelių, nepilotuojamų platformų ir dirbtinio intelekto integravimas, siekiant užtikrinti darnų veikimą.
• Intelektualizacijos didinimas: dirbtinis intelektas tapo giliai įsitvirtinęs jūrų moksle – apima dirbtiniu intelektu pagrįstą vandenynų prognozavimą, trūkstamų duomenų rekonstrukciją, sūkurinių dujų aptikimą, nuotolinio stebėjimo duomenų paiešką ir kt.

Jūrų mokslas žengia į visiškai naują erą:

| Dideli vandenyno duomenys + dirbtinis intelektas = pagrindinis ateities vandenynų tyrimų variklis

Tvirtai tikime, kad tikroji duomenų vertė slypi jų efektyviame gavime, giliame interpretavime ir sumaniame taikyme.

Laukiu galimybės su jumis susisiekti gilesniam pokalbiui.