برنامج "نظام التنبؤ السلس من المحيط إلى المناخ" يطور جيلا جديدا من عوامات الانجراف السطحي

من خلال برنامج عقد المحيطات "نظام التنبؤ السلس من المحيطات إلى المناخ (OSF)" ، أنشأ المعهد الأول لعلوم المحيطات (FIO) التابع لوزارة الموارد الطبيعية الصينية الجيل الجديد من عوامة الانجراف السطحي للنظام العالمي لسواتل الملاحة (GNSS). ولما كانت العوامة العائمة المنجرفة السطحية المطورة للشبكات العالمية لسواتل الملاحة منخفضة التكلفة للغاية وعالية الدقة وذكية، فإنها توفر فرصا كبيرة لتحسين مراقبة المحيطات ورصدها.

يستخدم الجيل الجديد من عوامة الانجراف السطحي GNSS التي أنشأها البروفيسور Fangli Qiao ، الباحث الرئيسي في برنامج OSF ونائب المدير العام ل FIO ، وفريقه ، إشارات مجانية من سواتل GNSS للحصول بدقة على 10 متغيرات مهمة: الموقع الجغرافي ، والوقت ، وارتفاع الموجة السطحية ، والفترة والاتجاه ، وسرعة واتجاه التيار السطحي ، ودرجة حرارة البحر السطحية ، وملوحة البحر السطحية ، ومحتوى بخار الماء في الغلاف الجوي.

يعتمد هذا الإنجاز على سنوات من البحث الأساسي بقيادة البروفيسور تشياو ، وهو أيضا عضو في المجلس الاستشاري لعقد المحيطات ، الذي أظهر كيف تلعب أمواج المحيط الصغيرة دورا حاسما في دوران المحيطات على نطاق واسع والنظام المناخي ، من خلال تعديل خلط المحيطات العليا وتدفقات الهواء والبحر. لهذا السبب ، فإن مراقبة أمواج سطح المحيط لها أهمية حيوية في حد ذاتها ، وكذلك في دوران المحيطات على نطاق واسع وتغير المناخ العالمي.

على مر التاريخ ، كانت هناك ثلاث ثورات رئيسية في مراقبة المحيطات العالمية. في عام 1978 ، جعل أول قمر صناعي ملون للمحيطات المراقبة المتزامنة للمحيطات على نطاق واسع ممكنة لأول مرة. في 1980s ، بدأ تطوير صفائف العوامة الاستوائية ، وتم إنشاء شبكة المراقبة المستمرة ذات النقاط الثابتة المدارية العالمية واسعة النطاق ، والتي حسنت بشكل كبير من قدرات الرصد والتنبؤ لتذبذب النينيو الجنوبي. في بداية القرن 21st ، تم إطلاق مبادرة عالمية لمراقبة المحيطات - مصفوفة لعلم المحيطات في الوقت الحقيقي (Argo). اليوم ، تعمل حوالي 4000 عوامة Argo في المحيطات العالمية ، وتراقب مظهرا رأسيا كل 10 أيام تقريبا ، وتجعل المراقبة في الوقت الفعلي للمحيط في ثلاثة أبعاد حقيقة واقعة. برنامج آرغو هو أيضا جزء من النظام العالمي لرصد المحيطات (GOOS) ، الذي تشارك في قيادته اللجنة الأوقيانوغرافية الحكومية الدولية التابعة لليونسكو. ولا تزال التكلفة المرتفعة تشكل عنق الزجاجة والتحدي الكبير لمراقبة المحيطات، على الرغم من الجهود الهائلة وسلسلة الإنجازات التقنية التي بذلت.

منذ عام 2016 ، من خلال التعاون البحري المتعمق متعدد التخصصات وباستخدام الأقمار الصناعية GNSS بما في ذلك BeiDou ، حقق فريق البروفيسور Qiao اختراقات تقنية في تصميم أجهزة العوامة ومعالجة البيانات. وتشمل هذه المحطات منخفضة التكلفة GNSS أحادية المحطة ، وسرعة عالية الدقة في الوقت الفعلي عبر الإنترنت وتحديد الموقع ، وانعكاس عناصر متعددة عبر الإنترنت في الوقت الفعلي بما في ذلك عناصر الموجة ومحتوى بخار الماء ، وتوسيع الطيف الواسع والتقاط طيف الموجات ، ونقل التشفير متعدد العناصر والتحكم المتكامل مع اتصالات الرسائل القصيرة عبر الأقمار الصناعية BeiDou (SMC) ، وتحسين الخوارزميات منخفضة الطاقة وعالية الأداء ، وتصغير العوامات وتحسين تتبع الموجات ، وأكثر من ذلك. وقد أدى هذا التقدم إلى تحسين دقة الانعكاس بشكل كبير، وتجنب تكلفة خدمات التصحيح التفاضلي الدقيق، وقلل بشكل كبير من عبء الاتصالات.

تظهر نتائج العديد من تجارب ومقارنات المراقبة الميدانية كيف أن دقة هذه العوامة الجديدة الرائدة على قدم المساواة مع أدوات قياس الموجات الأخرى شائعة الاستخدام مثل Waverider ، مما يشير إلى اختلاف مستوى السنتيمتر فقط. كما تم تخفيض تكاليف المراقبة بشكل كبير: تكلفة عوامة GNSS أقل بنسبة 90٪. وبعبارة أخرى، تقل تكلفة الرصد لعوامة GNSS الجديدة عن 10٪ من النظام الحالي.

ويكتسي هذا الجانب المالي أهمية خاصة، لأنه أعاق نشر نظام شامل لرصد المحيطات. وعلى الرغم من التقدم الملحوظ الذي أحرز على مدى السنوات ال 45 الماضية، لا تزال عمليات رصد المحيطات تواجه تحديات تتمثل في ارتفاع التكاليف والتغطية المتناثرة، مما يعوق بشكل مباشر الفهم العلمي لعمليات المحيطات والقدرة على التنبؤ بالمحيطات والمناخ. في الواقع ، لا يرتبط المحيط العلوي والغلاف الجوي السفلي ارتباطا وثيقا بالأنشطة البشرية في البحر فحسب ، بل أيضا مفتاح لفهم تغير المناخ.

بناء على النتائج الأولية التي توصلوا إليها ، يقوم البروفيسور تشياو وفريقه بتطوير أربعة أنواع من عوامات GNSS. عوامات GNSS من النوع A هي التكوين الأساسي ، والتي يمكنها الحصول على المتغيرات ال 10 المذكورة أعلاه ، في وقت واحد. عوامات GNSS من النوع B قادرة على التقاط خمسة متغيرات جوية أخرى ، أي سرعة الرياح واتجاهها ودرجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء. وبنشر عدد كبير من عوامات الشبكة العالمية لسواتل الملاحة من النوع باء، سيصبح الرصد الآني للتدفقات الجوية والبحرية العالمية الواسعة النطاق حقيقة واقعة، وستؤخذ مساهمة الموجات السطحية في الاعتبار بالضبط في حساب التدفقات الجوية - البحرية. يمكن لعوامات GNSS من النوع C قياس درجة حرارة مياه البحر وهيكل الملوحة من 0 إلى 300 متر ، بالإضافة إلى المتغيرات ال 10 التقليدية ، بالإضافة إلى التقاط الأمواج الداخلية للمحيطات بدقة ، وذلك بفضل برنامج التحكم في الذكاء الاصطناعي. وفي الوقت نفسه ، يمكن لعوامات GNSS من النوع D ، إلى جانب 10 التقليدية ، قياس الضوضاء تحت الماء ، والتي يمكن استخدامها لمراقبة الثدييات البحرية وحماية البيئة البحرية.

تتميز عوامة GNSS الجديدة التي طورتها FIO بالذكاء ، مما يعني أنه يمكنها إجراء عمليات رصد مكثفة تلقائيا في أي وقت وفقا للاحتياجات ، مثل مناطق الأمواج الكبيرة والأمواج الداخلية ومخاطر المحيطات والمزيد. في المستقبل ، من خلال المزيد من الاختراقات التكنولوجية ، ستهدف أيضا إلى اكتشاف الدوامات ، وقياس مستويات المد والجزر العالمية بدقة ، مما يزيد من حماية المجتمعات الساحلية الضعيفة في جميع أنحاء العالم.

***

اقرأ المقال كاملا:

ليو وآخرون 2022. قياسات دقيقة في الوقت الحقيقي لأمواج سطح المحيط باستخدام نهج متغير GNSS. المجلة الدولية لرصد الأرض التطبيقية والمعلومات الجغرافية ، 115 ، 103125. https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.103125

لمزيد من المعلومات، يرجى الاتصال ب:

الدكتور لي لي، مدير إدارة التعاون الدولي؛ عالم أقدم، المعهد الأول لعلوم المحيطات، وزارة الموارد الطبيعية
li.li@fio.org.cn