Okeāns klāj aptuveni 71% no Zemes virsmas. Sākot ar taifūnu trajektoriju prognozēšanu un jūras rančo izveidi un beidzot ar drošas jūras navigācijas nodrošināšanu un jūras katastrofu mazināšanu — un pat globāliem klimata pārmaiņu pētījumiem —, praktiski katrs mūsdienu jūras zinātnes pētījums balstās uz vienu svarīgu resursu: okeāna datiem.

Tiem, kas tikko sāk darboties jūras jomā, patiesais izaicinājums bieži vien nav “datu trūkums”, bet gan “datu pārpilnība”. Patiesībā okeāna dati nepastāv atsevišķi; tā vietā tie ir attīstījušies par visaptverošu ekosistēmu, kas aptver “novērošanu—tālizpēti—modelēšanu—asimilāciju—intelektuālo analīzi”.

Kāpēc jūras zinātne kļūst arvien atkarīgāka no datiem?

Agrāk cilvēce galvenokārt paļāvās uz pētniecības kuģiem,boju stacijasun manuālus novērojumus, lai izprastu okeānu. Lai gan šī pieeja piedāvāja augstu precizitāti, tai bija ierobežots telpiskais pārklājums un ilgi novērošanas cikli.

Mūsdienās, pateicoties sasniegumiem satelītu tālizpētē, automatizētās novērošanas platformās, Argo pludiņos, skaitliskajos modeļos un datu asimilācijas tehnoloģijās, okeāna novērošana ir nonākusi īstā “lielo datu” laikmetā. Tās raksturīgās iezīmes var apkopot šādi: milzīgs mērogs, plašs pārklājums, liels ātrums un daudzdimensionāla bagātība.

• Datu apjoms ir palielinājies no gigabaitu (GB) līmeņa līdz petabaitu (PB) līmenim.
• Laika tvērums ir paplašinājies no dažām desmitgadēm līdz laikposmam, kas pārsniedz gadsimtu.
• Telpiskais pārklājums tagad aptver visu pasaules okeānu.
• Novērotie parametri aptver vairākus aspektus, tostarp jūras virsmas temperatūru, sāļumu, okeāna straumes,viļņi, vēja lauki, hlorofila koncentrācija, jūras ledus un citi.

Vienlaikus datu izšķirtspēja turpina uzlaboties — lai gan vēsturiski globālajiem okeāna modeļiem bija raksturīga 1° izšķirtspēja, tagad tie virzās uz 1/12° izšķirtspēju vai pat mazāk nekā kilometru mērogā. Mūsu spēja pētīt smalka mēroga okeāna struktūras, piemēram, mezoskalas virpuļus, piekrastes frontes un iekšējos viļņus, ir sasniegusi līmeni, kas krietni pārsniedz iepriekš iespējamo.

Savā ziņā mūsdienu jūras zinātne pašlaik pāriet no “empīriski vadītas” paradigmas uz “datu vadītu” paradigmu.

No kurienes galvenokārt nāk dati par okeānu?

Globālo okeāna datu ekosistēmu kopā veido starptautiskās jūras organizācijas, meteoroloģiskie centri, satelītu sistēmas un nacionālie novērošanas tīkli visā pasaulē.

• NOAA (ASV): Viens no pasaulē svarīgākajiem okeāna datu avotiem, kas nodrošina bezmaksas, brīvi pieejamu un ilgtermiņa vēsturisko datu produktu komplektu, tostarp NCEP/NCAR atkārtoto analīzi, ICOADS novērojumu ierakstus, AVHRR jūras virsmas temperatūras datus un GFS globālo prognozēšanas sistēmu.
• Eiropa (ECMWF un ESA): ECMWF ERA5 atkārtotās analīzes dati ir kļuvuši par vissvarīgāko atmosfēras piespiešanas datu avotu gaisa un jūras mijiedarbības pētījumiem; ESA Sentinel satelītu sērija demonstrē ievērojamas priekšrocības SAR tālizpētē, augstas precizitātes jūras virsmas novērošanā un jūras ledus uzraudzībā.
• Āzija (JMA): Japānas Meteoroloģijas aģentūras (JMA) COBE-SST dati tiek plaši izmantoti pētījumos par Klusā okeāna ziemeļrietumu daļas, ENSO un Austrumāzijas klimatu.

Kādi okeāna datu veidi pastāv?

Mūsdienu okeāna dati galvenokārt tiek iedalīti četros galvenajos veidos:batimetriskie dati, tālizpētes dati, in situ novērojumu dati un atkārtotas analīzes dati.

Jūras dibena batimetriskie dati

Tas veido visu okeanogrāfisko pētījumu pamatu. Ja okeāna skaitlisko modelēšanu salīdzinātu ar “ēkas būvniecību”, tad batimetrija — okeāna gultnes dziļums un topogrāfija — kalpotu par “pamatu”. Klasiskākie globālie batimetriskie datu kopumi ir ETOPO un GEBCO; pēdējā ir kļuvusi par starptautiski atzītu jūras gultnes topogrāfijas standarta pamatkarti.

Satelītu tālizpētes dati

Tas kalpo par “galveno spēku” mūsdienu okeāna novērošanā. Tā galvenās priekšrocības ir plašais telpiskais pārklājums, ātra atjaunināšanas biežums un vienlaicīgas globālas novērošanas spēja.

• Jūras virsmas temperatūra (SST): Tādi datu kopumi kā MODIS, AVHRR un OISST tiek plaši izmantoti pētījumos, kas saistīti ar ENSO, jūras karstuma viļņiem, Kurošio straumi un zivsaimniecības prognozēm.
• Jūras virsmas vēja lauki: šie dati, kas galvenokārt iegūti no izkliedes sensoru satelītiem (piemēram, ASCAT, SeaWinds un Ķīnas HY-2 sērijas), ir izšķiroši svarīgi taifūnu, vēja radīto viļņu un gaisa un jūras mijiedarbības pētījumiem.
• Jūras virsmas augstums (SSH): Altimetra satelīti, piemēram, TOPEX/Poseidon, Jason un HY-2A, uzrauga jūras līmeņa svārstības, mezoskalas virpuļus un Kurošio strāvas trajektoriju.
• Sintētiskās apertūras radars (SAR): SAR, ko raksturo spēja darboties visos laikapstākļos, visu diennakti un ar augstu izšķirtspēju, var iegūt informāciju par jūras virsmu pat naktī vai zem mākoņu segas. To plaši izmanto jūras ledus, naftas noplūžu, iekšējo viļņu, okeāna viļņu un jūras kuģu uzraudzībā.

In situ novērojumu dati

Lai gan telpiskais pārklājums ir ierobežots salīdzinājumā ar tālizpēti, šie dati piedāvā visaugstāko precizitātes līmeni un kalpo kā būtisks kritērijs visiem okeanogrāfiskajiem pētījumiem.

• Argo bojas: Šīs pludiņas, kas darbojas kā “automatizētas CTD” ierīces un dreifē pa visu pasaules okeānu, periodiski paceļas un nolaižas, lai automātiski mērītu temperatūru, sāļumu un spiedienu, un reāllaikā pārraidītu datus atpakaļ. Tūkstošiem Argo pludiņu, kas pašlaik ir izvietoti visā pasaulē, kopā veido lielāko okeāna novērošanas tīklu cilvēces vēsturē.
• CTD novērojumi: tie joprojām ir okeanogrāfisko apsekojumu “standarta aprīkojums”, kas nodrošina augstas precizitātes temperatūras un sāļuma profilus.

Kurp virzās okeāna datu nākotne?

Okeāna datu attīstības nākotnes trajektorija ir skaidra un noteikta:

• Augstāka izšķirtspēja: pāreja no kilometru mēroga uz simts metru mēroga izšķirtspēju.
• Uzlabotas reāllaika iespējas: Pakāpeniska visaptverošas “Okeāna reāllaika” sistēmas izveide.
• Daudzavotu kodolsintēze: satelītu, boju, skaitlisko modeļu, bezpilota platformu un mākslīgā intelekta integrēšana saskaņotai darbībai.
• Inteliģencija: Mākslīgais intelekts ir dziļi iesakņojies jūras zinātnē — aptverot mākslīgā intelekta vadītu okeāna prognozēšanu, trūkstošo datu rekonstrukciju, virpuļplūsmu noteikšanu, tālizpētes izgūšanu un citas lietas.

Jūras zinātne ienāk pavisam jaunā laikmetā:

| Okeāna lielie dati + mākslīgais intelekts = nākotnes okeāna pētniecības galvenais dzinējspēks

Mēs stingri ticam, ka datu patiesā vērtība slēpjas to efektīvā iegūšanā, dziļā interpretācijā un inteliģentā pielietošanā.

Ceru uz saziņu ar jums dziļākai sarunai.