Đại dương bao phủ khoảng 71% bề mặt Trái đất. Từ dự báo đường đi của bão và phát triển các trang trại nuôi trồng thủy sản đến đảm bảo an toàn hàng hải và giảm thiểu thảm họa hàng hải—và thậm chí cả nghiên cứu về biến đổi khí hậu toàn cầu—hầu như mọi nghiên cứu khoa học biển hiện đại đều dựa vào một nguồn tài nguyên quan trọng: dữ liệu đại dương.

Đối với những người mới bước chân vào lĩnh vực hàng hải, thách thức thực sự thường không phải là “thiếu dữ liệu”, mà là “quá nhiều dữ liệu”. Trên thực tế, dữ liệu đại dương không tồn tại một cách riêng lẻ; thay vào đó, nó đã phát triển thành một hệ sinh thái toàn diện bao gồm “quan sát – viễn thám – mô hình hóa – tổng hợp – phân tích thông minh”.

Tại sao khoa học biển ngày càng phụ thuộc vào dữ liệu?

Trước đây, nhân loại chủ yếu dựa vào các tàu nghiên cứu.trạm phaovà các quan sát thủ công để hiểu về đại dương. Mặc dù phương pháp này mang lại độ chính xác cao, nhưng nó lại bị hạn chế về phạm vi không gian và chu kỳ quan sát kéo dài.

Ngày nay, với những tiến bộ trong viễn thám vệ tinh, các nền tảng quan sát tự động, phao Argo, mô hình số và công nghệ tích hợp dữ liệu, quan sát đại dương đã bước vào kỷ nguyên “Dữ liệu lớn” thực sự. Các đặc điểm nổi bật của nó có thể được tóm tắt như sau: quy mô khổng lồ, phạm vi bao phủ rộng lớn, tốc độ cao và sự phong phú đa chiều.

• Dung lượng dữ liệu đã tăng từ mức gigabyte (GB) lên mức petabyte (PB).
• Phạm vi thời gian đã mở rộng từ chỉ vài thập kỷ lên đến hơn một thế kỷ.
• Phạm vi phủ sóng không gian hiện nay bao trùm toàn bộ đại dương toàn cầu.
• Các thông số quan sát được trải rộng trên nhiều khía cạnh, bao gồm nhiệt độ bề mặt biển, độ mặn, dòng hải lưu,sóngbao gồm hướng gió, nồng độ chất diệp lục, băng biển, và nhiều yếu tố khác.

Đồng thời, độ phân giải dữ liệu tiếp tục được cải thiện—trong khi các mô hình đại dương toàn cầu trước đây thường có độ phân giải 1°, thì hiện nay chúng đang tiến tới độ phân giải 1/12°, hoặc thậm chí là quy mô dưới ki-lô-mét. Khả năng nghiên cứu các cấu trúc đại dương ở quy mô nhỏ—như xoáy nước quy mô trung bình, các vùng ven biển và sóng nội—đã đạt đến mức độ vượt xa những gì trước đây có thể thực hiện được.

Có thể nói, khoa học biển hiện đại đang chuyển từ mô hình “dựa trên kinh nghiệm thực tế” sang mô hình “dựa trên dữ liệu”.

Dữ liệu về đại dương chủ yếu đến từ đâu?

Hệ sinh thái dữ liệu đại dương toàn cầu được cấu thành bởi các tổ chức hàng hải quốc tế, trung tâm khí tượng, hệ thống vệ tinh và mạng lưới quan trắc quốc gia trên toàn thế giới.

• NOAA (Hoa Kỳ): Một trong những nguồn dữ liệu đại dương quan trọng nhất thế giới, cung cấp một loạt các sản phẩm dữ liệu lịch sử dài hạn, truy cập mở và miễn phí—bao gồm Phân tích lại NCEP/NCAR, hồ sơ quan sát ICOADS, dữ liệu nhiệt độ bề mặt biển AVHRR và hệ thống dự báo toàn cầu GFS.
• Châu Âu (ECMWF & ESA): Dữ liệu phân tích lại ERA5 của ECMWF đã trở thành nguồn dữ liệu tác động khí quyển quan trọng nhất cho nghiên cứu tương tác không khí-biển; chuỗi vệ tinh Sentinel của ESA thể hiện những ưu điểm đáng kể trong viễn thám SAR, quan sát bề mặt biển độ chính xác cao và giám sát băng biển.
• Châu Á (JMA): Dữ liệu COBE-SST của Cơ quan Khí tượng Nhật Bản (JMA) được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu về khí hậu Tây Bắc Thái Bình Dương, ENSO và Đông Á.

Có những loại dữ liệu đại dương nào?

Dữ liệu đại dương hiện đại chủ yếu được phân loại thành bốn loại chính:dữ liệu đo độ sâu, dữ liệu viễn thám, dữ liệu quan sát tại chỗ và dữ liệu phân tích lại..

Dữ liệu đo độ sâu đáy biển

Đây là nền tảng cho tất cả các nghiên cứu hải dương học. Nếu ví việc mô hình hóa số học đại dương như "xây dựng một tòa nhà", thì độ sâu và địa hình đáy đại dương sẽ đóng vai trò là "nền móng". Các bộ dữ liệu độ sâu toàn cầu kinh điển nhất bao gồm ETOPO và GEBCO; bộ dữ liệu GEBCO đã trở thành bản đồ cơ sở tiêu chuẩn được quốc tế công nhận về địa hình đáy biển.

Dữ liệu viễn thám vệ tinh

Đây đóng vai trò là "lực lượng chính" trong quan sát đại dương hiện đại. Ưu điểm chính của nó nằm ở phạm vi phủ sóng rộng lớn, tần suất cập nhật nhanh và khả năng quan sát toàn cầu đồng thời.

• Nhiệt độ bề mặt biển (SST): Các bộ dữ liệu như MODIS, AVHRR và OISST được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu liên quan đến ENSO, sóng nhiệt biển, dòng hải lưu Kuroshio và dự báo nghề cá.
• Trường gió trên bề mặt biển: Chủ yếu được thu thập từ các vệ tinh đo tán xạ (ví dụ: ASCAT, SeaWinds và chuỗi HY-2 của Trung Quốc), dữ liệu này rất quan trọng cho các nghiên cứu về bão, sóng do gió tạo ra và tương tác giữa không khí và biển.
• Độ cao mặt biển (SSH): Các vệ tinh đo độ cao—như TOPEX/Poseidon, Jason và HY-2A—giám sát sự biến đổi mực nước biển, các xoáy nước quy mô trung bình và quỹ đạo của dòng hải lưu Kuroshio.
• Radar khẩu độ tổng hợp (SAR): Có đặc điểm là hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, suốt cả ngày và với độ phân giải cao, SAR có thể thu thập thông tin bề mặt biển ngay cả vào ban đêm hoặc dưới lớp mây. Nó được ứng dụng rộng rãi trong việc giám sát băng biển, sự cố tràn dầu, sóng nội địa, sóng đại dương và tàu thuyền hàng hải.

Dữ liệu quan sát tại chỗ

Mặc dù phạm vi phủ sóng không gian bị hạn chế so với viễn thám, nhưng dữ liệu này cung cấp độ chính xác cao nhất và đóng vai trò là tiêu chuẩn quan trọng cho tất cả các nghiên cứu hải dương học.

• Phao Argo: Hoạt động như những "thiết bị đo CTD tự động" trôi nổi khắp đại dương toàn cầu, những chiếc phao này định kỳ lặn xuống và nổi lên để tự động đo nhiệt độ, độ mặn và áp suất, truyền dữ liệu trở lại theo thời gian thực. Hàng nghìn phao Argo hiện đang được triển khai trên toàn thế giới tạo thành mạng lưới quan sát đại dương quy mô lớn nhất trong lịch sử loài người.
• Quan sát CTD: Đây vẫn là "thiết bị tiêu chuẩn" trong các cuộc khảo sát hải dương học, cung cấp các hồ sơ nhiệt độ và độ mặn với độ chính xác cao.

Tương lai của dữ liệu đại dương sẽ đi về đâu?

Hướng đi tương lai của việc phát triển dữ liệu đại dương rất rõ ràng và kiên định:

• Độ phân giải cao hơn: Nâng cao độ phân giải từ thang đo ki-lô-mét lên thang đo trăm mét.
• Nâng cao khả năng hoạt động theo thời gian thực: Từng bước thiết lập một hệ thống “Đại dương thời gian thực” toàn diện.
• Kết hợp đa nguồn: Tích hợp vệ tinh, phao nổi, mô hình số, nền tảng không người lái và trí tuệ nhân tạo để hoạt động đồng bộ.
• Ứng dụng trí tuệ nhân tạo: Trí tuệ nhân tạo đã trở nên gắn bó sâu sắc với khoa học biển—bao gồm dự báo đại dương dựa trên AI, tái tạo dữ liệu bị thiếu, phát hiện xoáy nước, thu thập dữ liệu cảm biến từ xa, và nhiều hơn nữa.

Khoa học biển đang bước vào một kỷ nguyên hoàn toàn mới:

| Dữ liệu lớn về đại dương + Trí tuệ nhân tạo = Động lực cốt lõi của nghiên cứu đại dương trong tương lai

Chúng tôi tin tưởng chắc chắn rằng giá trị thực sự của dữ liệu nằm ở việc thu thập hiệu quả, phân tích sâu sắc và ứng dụng thông minh.

Tôi rất mong được liên lạc với bạn để có cuộc trò chuyện sâu hơn.