Океан покриває приблизно 71% поверхні Землі. Від прогнозування шляхів тайфунів та розвитку морських ранчо до забезпечення безпечного морського судноплавства та пом'якшення наслідків морських катастроф — і навіть до досліджень глобальної зміни клімату — практично кожне сучасне дослідження в галузі морської науки спирається на один критично важливий ресурс: дані про океан.

Для тих, хто тільки починає працювати в морській галузі, справжньою проблемою часто є не «брак даних», а радше «надлишок даних». Насправді, дані про океан не існують ізольовано; натомість вони перетворилися на комплексну екосистему, що охоплює «спостереження — дистанційне зондування — моделювання — асиміляцію — інтелектуальний аналіз».

Чому морська наука стає дедалі залежнішою від даних?

У минулому людство покладалося переважно на дослідницькі судна,буйові станції, а також ручні спостереження для розуміння океану. Хоча цей підхід забезпечував високу точність, він мав обмежене просторове охоплення та тривалі цикли спостережень.

Сьогодні, завдяки розвитку супутникового дистанційного зондування, автоматизованих платформ спостереження, буїв Argo, числових моделей та технологій асиміляції даних, спостереження за океаном вступило в справжню еру «великих даних». Його визначальні характеристики можна підсумувати так: масовий масштаб, широке охоплення, висока швидкість та багатовимірне багатство.

• Обсяг даних збільшився з гігабайтного (ГБ) рівня до петабайтного (ПБ) рівня.
• Часовий охоплення розширився з простих десятиліть до проміжків, що перевищують століття.
• Просторове покриття тепер охоплює весь світовий океан.
• Спостережувані параметри охоплюють кілька вимірів, включаючи температуру поверхні моря, солоність, океанічні течії,хвилі, вітрові поля, концентрації хлорофілу, морський лід тощо.

Водночас роздільна здатність даних продовжує покращуватися — тоді як глобальні моделі океану історично мали загальну роздільну здатність 1°, зараз вони просуваються до роздільної здатності 1/12° або навіть до субкілометрових масштабів. Наша здатність вивчати дрібномасштабні океанічні структури, такі як мезомасштабні вири, прибережні фронти та внутрішні хвилі, досягла рівня, що значно перевищує той, що був можливим раніше.

У певному сенсі сучасна морська наука зараз переходить від «емпірично керованої» парадигми до парадигми, «керованої даними».

Звідки в основному надходять дані про океан?

Глобальна екосистема даних про океан разом складається з міжнародних морських організацій, метеорологічних центрів, супутникових систем та національних мереж спостереження по всьому світу.

• NOAA (США): одне з найважливіших у світі джерел даних про океан, що надає набір безкоштовних, відкритого доступу та довгострокових історичних даних, включаючи реаналіз NCEP/NCAR, записи спостережень ICOADS, дані про температуру поверхні моря AVHRR та глобальну систему прогнозування GFS.
• Європа (ECMWF та ESA): Дані повторного аналізу ERA5 ECMWF стали найважливішим джерелом даних про атмосферне впливання для досліджень взаємодії повітря та моря; серія супутників Sentinel ESA демонструє значні переваги в дистанційному зондуванні SAR, високоточному спостереженні за поверхнею моря та моніторингу морського льоду.
• Азія (JMA): Дані COBE-SST Японського метеорологічного агентства (JMA) широко використовуються в дослідженнях клімату північно-західної частини Тихого океану, ENSO та Східної Азії.

Які типи даних про океан існують?

Сучасні дані про океан в основному поділяються на чотири основні типи:батиметричні дані, дані дистанційного зондування, дані спостережень in-situ та дані повторного аналізу.

Батиметричні дані морського дна

Це становить основу для всіх океанографічних досліджень. Якби порівняти чисельне моделювання океану з «будівництвом будівлі», то батиметрія — глибина та топографія океанічного дна — слугувала б «фундаментом». Найкласичніші глобальні батиметричні набори даних включають ETOPO та GEBCO; останній став міжнародно визнаною стандартною базовою картою топографії морського дна.

Дані супутникового дистанційного зондування

Це слугує «головною силою» в сучасному спостереженні за океаном. Його ключові переваги полягають у широкому просторовому охопленні, швидкій частоті оновлення та можливості одночасного глобального спостереження.

• Температура поверхні моря (SST): Набори даних, такі як MODIS, AVHRR та OISST, широко використовуються в дослідженнях, що стосуються ENSO, морських теплових хвиль, течії Куросіо та прогнозування рибальства.
• Поля вітру на поверхні моря: ці дані, отримані переважно з супутників-скатерометрів (наприклад, ASCAT, SeaWinds та китайської серії HY-2), мають вирішальне значення для досліджень тайфунів, хвиль, спричинених вітром, та взаємодії повітря та моря.
• Висота поверхні моря (SSH): Супутники-альтиметри, такі як TOPEX/Poseidon, Jason та HY-2A, відстежують коливання рівня моря, мезомасштабні вири та траєкторію течії Куросіо.
• Радар із синтезованою апертурою (SAR): характеризується можливостями всепогодного, цілодобового та високої роздільної здатності, SAR може отримувати інформацію про поверхню моря навіть вночі або під хмарним покривом. Він широко застосовується для моніторингу морського льоду, розливів нафти, внутрішніх хвиль, океанських хвиль та морських суден.

Дані спостережень на місці

Хоча просторове охоплення обмежене порівняно з дистанційним зондуванням, ці дані пропонують найвищий рівень точності та слугують життєво важливим орієнтиром для всіх океанографічних досліджень.

• Буї Argo: Функціонуючи як «автоматизовані CTD», що дрейфують у світовому океані, ці плавці періодично опускаються та піднімаються, щоб автоматично вимірювати температуру, солоність та тиск, передаючи дані назад у режимі реального часу. Тисячі плавців Argo, які зараз розгорнуті по всьому світу, разом утворюють найбільшу мережу спостереження за океаном в історії людства.
• CTD-спостереження: вони залишаються «стандартним обладнанням» в океанографічних дослідженнях, забезпечуючи високоточні профілі температури та солоності.

Куди прямує майбутнє даних про океан?

Майбутня траєкторія розвитку даних про океан чітка та рішуча:

• Вища роздільна здатність: Перехід від кілометрового до стометрового масштабу.
• Розширені можливості роботи в режимі реального часу: поступове створення комплексної системи «Океан у режимі реального часу».
• Багатоджерелеве злиття даних: інтеграція супутників, буїв, числових моделей, безпілотних платформ та штучного інтелекту для узгодженої роботи.
• Інтелектуалізація: Штучний інтелект глибоко впроваджується в морську науку, охоплюючи прогнозування океану на основі штучного інтелекту, реконструкцію відсутніх даних, виявлення вихорів, отримання даних дистанційного зондування тощо.

Морська наука вступає в абсолютно нову еру:

| Великі дані океану + штучний інтелект = основний двигун майбутніх досліджень океану

Ми твердо віримо, що справжня цінність даних полягає в їх ефективному отриманні, глибокій інтерпретації та розумному застосуванні.

З нетерпінням чекаю на спілкування з вами для глибшої розмови.