Oceany pokrywają około 71% powierzchni Ziemi. Od prognozowania tras tajfunów i rozwoju morskich farm, przez zapewnienie bezpiecznej żeglugi morskiej i łagodzenie skutków katastrof morskich, aż po badania nad globalnymi zmianami klimatu – praktycznie każde współczesne badanie oceanów opiera się na jednym kluczowym źródle: danych oceanicznych.

Dla tych, którzy dopiero zaczynają swoją przygodę z morską nauką, prawdziwym wyzwaniem często nie jest „brak danych”, ale raczej „nadmiar danych”. W rzeczywistości dane oceaniczne nie istnieją w izolacji; ewoluowały wręcz w kompleksowy ekosystem obejmujący „obserwację – teledetekcję – modelowanie – asymilację – inteligentną analizę”.

Dlaczego nauki o morzu stają się coraz bardziej zależne od danych?

W przeszłości ludzkość opierała się głównie na statkach badawczych,stacje boioraz ręczne obserwacje w celu zrozumienia oceanu. Chociaż to podejście oferowało wysoką precyzję, charakteryzowało się ograniczonym zasięgiem przestrzennym i długimi cyklami obserwacji.

Dziś, dzięki postępowi w teledetekcji satelitarnej, zautomatyzowanych platformach obserwacyjnych, sondach Argo, modelach numerycznych i technologiach asymilacji danych, obserwacja oceanów wkroczyła w prawdziwą erę „Big Data”. Jej definiujące cechy można podsumować jako: ogromną skalę, rozległy zasięg, dużą prędkość i wielowymiarowość.

• Objętość danych wzrosła z poziomu gigabajtów (GB) do poziomu petabajtów (PB).
• Zakres czasowy rozszerzył się z kilku dekad do okresu przekraczającego stulecie.
• Zakres przestrzenny obejmuje teraz cały globalny ocean.
• Obserwowane parametry obejmują wiele wymiarów, w tym temperaturę powierzchni morza, zasolenie, prądy oceaniczne,fale, pola wiatrowe, stężenie chlorofilu, lód morski i wiele innych.

Jednocześnie rozdzielczość danych stale się poprawia – podczas gdy globalne modele oceanów historycznie charakteryzowały się rozdzielczością 1°, obecnie zmierzają w kierunku rozdzielczości 1/12°, a nawet skal subkilometrowych. Nasza zdolność do badania drobnych struktur oceanicznych – takich jak wiry mezoskalowe, fronty przybrzeżne i fale wewnętrzne – osiągnęła poziom znacznie przekraczający dotychczasowe możliwości.

W pewnym sensie współczesna nauka o morzu odchodzi obecnie od paradygmatu „opartego na doświadczeniu” na rzecz paradygmatu „opartego na danych”.

Skąd pochodzą głównie dane oceaniczne?

Globalny ekosystem danych oceanicznych tworzą wspólnie międzynarodowe organizacje morskie, centra meteorologiczne, systemy satelitarne i krajowe sieci obserwacyjne na całym świecie.

• NOAA (USA): Jedno z najważniejszych źródeł danych oceanicznych na świecie, oferujące zestaw bezpłatnych, ogólnodostępnych i długoterminowych produktów danych historycznych, w tym analizę NCEP/NCAR, zapisy obserwacyjne ICOADS, dane dotyczące temperatury powierzchni morza AVHRR i globalny system prognozowania GFS.
• Europa (ECMWF i ESA): Dane z ponownej analizy ERA5 ECMWF stały się najważniejszym źródłem danych o oddziaływaniach atmosferycznych dla badań nad interakcjami powietrza i morza; seria satelitów Sentinel ESA wykazuje znaczące zalety w zakresie zdalnego wykrywania SAR, precyzyjnej obserwacji powierzchni morza i monitorowania lodu morskiego.
• Azja (JMA): Dane COBE-SST Japońskiej Agencji Meteorologicznej (JMA) są szeroko wykorzystywane w badaniach nad klimatem północno-zachodniego Pacyfiku, ENSO i Azji Wschodniej.

Jakie rodzaje danych oceanicznych istnieją?

Współczesne dane oceaniczne można podzielić na cztery główne typy:dane batymetryczne, dane teledetekcyjne, dane z obserwacji in situ i dane z ponownej analizy.

Dane batymetryczne dna morskiego

Stanowi to fundament wszelkich badań oceanograficznych. Gdyby porównać numeryczne modelowanie oceanów do „budowania budynku”, to batymetria – głębokość i topografia dna oceanu – stanowiłaby „fundament”. Do najbardziej klasycznych globalnych zbiorów danych batymetrycznych należą ETOPO i GEBCO; ten ostatni stał się uznaną na całym świecie standardową mapą bazową topografii dna morskiego.

Dane teledetekcji satelitarnej

Stanowi ona „główną siłę” współczesnej obserwacji oceanów. Jej kluczowe zalety to szeroki zasięg przestrzenny, szybka częstotliwość aktualizacji oraz możliwość jednoczesnej obserwacji globalnej.

• Temperatura powierzchni morza (SST): Zbiory danych, takie jak MODIS, AVHRR i OISST, są powszechnie wykorzystywane w badaniach dotyczących ENSO, fal upałów morskich, Prądu Kuroshio i prognozowania rybołówstwa.
• Pola wiatru powierzchniowego morza: Dane te, pochodzące głównie z satelitów skaterometrycznych (np. ASCAT, SeaWinds i chińskiej serii HY-2), są kluczowe dla badań nad tajfunami, falami generowanymi przez wiatr i interakcjami powietrza z morzem.
• Wysokość powierzchni morza (SSH): Satelity wysokościomierzy, takie jak TOPEX/Poseidon, Jason i HY-2A, monitorują zmiany poziomu morza, wiry mezoskalowe i trajektorię Prądu Kuroshio.
• Radar z syntetyczną aperturą (SAR): Charakteryzuje się całodobową, całodobową i wysoką rozdzielczością, co pozwala na pozyskiwanie informacji o powierzchni morza nawet w nocy lub przy zachmurzeniu. Jest szeroko stosowany w monitorowaniu lodu morskiego, wycieków ropy naftowej, fal wewnętrznych, fal oceanicznych i statków morskich.

Dane z obserwacji in situ

Mimo że zasięg przestrzenny jest ograniczony w porównaniu z danymi uzyskanymi metodą teledetekcji, dane te oferują najwyższy poziom dokładności i stanowią istotny punkt odniesienia dla wszelkich badań oceanograficznych.

• Boje Argo: Działając jak „zautomatyzowane CTD” dryfujące po oceanach, te boje okresowo opadają i wynurzają się, aby automatycznie mierzyć temperaturę, zasolenie i ciśnienie, przesyłając dane w czasie rzeczywistym. Tysiące boi Argo rozmieszczonych obecnie na całym świecie tworzą łącznie największą w historii ludzkości sieć obserwacji oceanów.
• Obserwacje CTD: Pozostają one „standardowym wyposażeniem” w badaniach oceanograficznych, umożliwiającym uzyskanie bardzo precyzyjnych profili temperatury i zasolenia.

Dokąd zmierza przyszłość danych oceanicznych?

Przyszła trajektoria rozwoju danych oceanicznych jest jasna i niepodważalna:

• Wyższa rozdzielczość: Przejście od skali kilometrowej do rozdzielczości stu metrów.
• Rozszerzone możliwości w czasie rzeczywistym: stopniowe tworzenie kompleksowego systemu „Oceanu w czasie rzeczywistym”.
• Fuzja wieloźródłowa: integracja satelitów, boi, modeli numerycznych, platform bezzałogowych i sztucznej inteligencji w celu umożliwienia wspólnego działania.
• Inteligentyzacja: Sztuczna inteligencja na stałe zakorzeniła się w naukach o morzu — obejmując prognozowanie oceanów przy użyciu sztucznej inteligencji, rekonstrukcję brakujących danych, wykrywanie wirów, pobieranie danych za pomocą teledetekcji i wiele innych.

Nauka o morzu wkracza w zupełnie nową erę:

| Ocean Big Data + Sztuczna inteligencja = Główny silnik przyszłych badań oceanicznych

Jesteśmy przekonani, że prawdziwa wartość danych leży w ich efektywnym gromadzeniu, dogłębnej interpretacji i inteligentnym zastosowaniu.

Czekam na rozmowę z Tobą i chęć pogłębienia konwersacji.