Berita

Program "Sistem Prakiraan Tanpa Batas Samudra ke Iklim" mengembangkan pelampung apung permukaan generasi baru

Institut Oseanografi Pertama (FIO), Tiongkok, 01.02.2023

Pelampung hanyut permukaan Sistem Satelit Navigasi Global generasi baru yang dikembangkan oleh Institut Oseanografi Pertama China

Melalui Program Dekade Kelautan "Sistem Prakiraan Tanpa Batas Samudra ke Iklim (OSF)", Institut Oseanografi Pertama (First Institute of Oceanography/FIO) Kementerian Sumber Daya Alam Tiongkok telah menciptakan pelampung apung permukaan Sistem Satelit Navigasi Global (GNSS) generasi baru. Dengan biaya yang sangat murah, presisi tinggi, dan cerdas, pelampung apung permukaan GNSS yang dikembangkan ini memberikan peluang yang signifikan untuk pengamatan dan pemantauan laut yang lebih baik.

Pelampung hanyut permukaan GNSS generasi baru yang diciptakan oleh Profesor Fangli Qiao, Penyelidik Utama Program OSF dan Wakil Direktur Jenderal FIO, dan timnya, menggunakan sinyal gratis dari satelit GNSS untuk mendapatkan 10 variabel penting secara akurat: posisi geografis, waktu, tinggi gelombang permukaan, periode dan arah, kecepatan dan arah arus permukaan, suhu laut permukaan, salinitas laut permukaan, dan kandungan uap air di atmosfer.

Qiao, yang juga merupakan anggota Dewan Penasihat Dekade Kelautan, yang menunjukkan bagaimana gelombang laut berskala kecil memainkan peran penting dalam sirkulasi laut berskala besar dan sistem iklim, dengan memodulasi pencampuran lautan atas dan fluks udara-laut. Karena alasan ini, pengamatan gelombang permukaan laut memiliki arti penting dalam dirinya sendiri, juga dalam sirkulasi laut skala besar dan perubahan iklim global.

Sepanjang sejarah, telah terjadi tiga revolusi besar dalam pengamatan lautan global. Pada tahun 1978, satelit warna laut pertama memungkinkan pengamatan laut sinkron berskala besar untuk pertama kalinya. Pada tahun 1980-an, pengembangan susunan pelampung tropis dimulai, dan jaringan pengamatan kontinu titik tetap tropis berskala besar global didirikan, yang telah sangat meningkatkan kemampuan pemantauan dan prediksi Osilasi El Nino-Selatan. Pada awal abad ke-21, sebuah inisiatif pengamatan lautan global - Array for Real-time Geostrophic Oceanography (Argo) - diluncurkan. Saat ini, sekitar 4.000 pelampung Argo beroperasi di lautan global, mengamati profil vertikal kira-kira setiap 10 hari, dan mewujudkan pemantauan lautan secara real-time dalam tiga dimensi. Program Argo juga merupakan bagian dari Sistem Pengamatan Laut Global (Global Ocean Observing System/GOS), yang dipimpin bersama oleh Komisi Oseanografi Antar-Pemerintah UNESCO. Biaya tinggi masih menjadi hambatan dan tantangan besar dalam pengamatan laut, meskipun upaya luar biasa dan serangkaian pencapaian teknis telah dilakukan.

Sejak tahun 2016, melalui kerja sama multidisiplin kelautan yang mendalam dan dengan menggunakan satelit GNSS termasuk BeiDou, tim Prof. Qiao telah membuat terobosan teknis dalam desain perangkat keras pelampung dan pemrosesan data. Ini termasuk stasiun tunggal GNSS berbiaya rendah, penentuan kecepatan dan posisi online presisi tinggi secara real-time, inversi online real-time dari beberapa elemen termasuk elemen gelombang dan kandungan uap air, perluasan spektrum luas dan penangkapan spektrum gelombang, transmisi dan kontrol pengkodean multi-elemen yang terintegrasi dengan Komunikasi Pesan Singkat (SMC) satelit BeiDou, pengoptimalan algoritme berdaya rendah dan berkinerja tinggi, miniaturisasi pelampung dan pengoptimalan mengikuti gelombang, dan banyak lagi. Kemajuan tersebut telah meningkatkan akurasi inversi secara signifikan, menghindari biaya layanan koreksi diferensial presisi, dan secara dramatis mengurangi beban komunikasi.

Hasil dari beberapa eksperimen dan perbandingan pengamatan lapangan menunjukkan bagaimana ketepatan pelampung baru yang inovatif ini setara dengan instrumen pengukur gelombang yang umum digunakan seperti Waverider, yang hanya menunjukkan perbedaan tingkat sentimeter. Biaya pengamatan juga telah dipangkas secara dramatis: biaya pelampung GNSS 90% lebih rendah. Dengan kata lain, biaya pengamatan pelampung GNSS yang baru di bawah 10% dari sistem yang ada saat ini.

Aspek keuangan ini sangat relevan, karena telah menghambat penyebaran sistem pengamatan laut yang komprehensif. Meskipun ada kemajuan penting selama 45 tahun terakhir, pengamatan lautan masih menghadapi tantangan berupa biaya tinggi dan cakupan yang jarang, yang secara langsung menghalangi pemahaman ilmiah tentang proses lautan dan kemampuan untuk memprediksi lautan dan iklim. Memang, lautan bagian atas dan atmosfer bagian bawah tidak hanya berkaitan erat dengan aktivitas manusia di laut, tetapi juga merupakan kunci untuk memahami perubahan iklim.

Berdasarkan temuan awal mereka, Prof. Qiao dan timnya sedang mengembangkan empat jenis pelampung GNSS. Pelampung GNSS tipe-A adalah konfigurasi dasar, yang dapat memperoleh 10 variabel di atas, secara bersamaan. Pelampung GNSS tipe-B mampu menangkap lima variabel atmosfer lainnya, yaitu kecepatan dan arah angin, suhu, kelembapan, dan tekanan udara. Dengan mengerahkan sejumlah besar pelampung GNSS Tipe-B, pengamatan real-time dari fluks udara-laut skala besar global akan menjadi kenyataan, dan kontribusi gelombang permukaan akan dipertimbangkan dengan tepat dalam perhitungan fluks udara-laut. Pelampung GNSS tipe-C dapat mengukur suhu air laut dan struktur salinitas dari 0 hingga 300 meter, selain 10 variabel konvensional, serta secara akurat menangkap gelombang internal laut, berkat perangkat lunak kontrol kecerdasan buatan. Sementara itu, pelampung GNSS Tipe-D, selain 10 variabel konvensional, dapat mengukur kebisingan bawah air, yang dapat digunakan untuk memantau mamalia laut dan melindungi ekologi laut.

Pelampung GNSS baru yang dikembangkan oleh FIO bersifat cerdas, yang berarti dapat secara otomatis melakukan pengamatan intensif kapan saja sesuai dengan kebutuhan, seperti area gelombang besar, gelombang internal, bahaya laut, dan lainnya. Di masa depan, melalui terobosan teknologi lebih lanjut, pelampung ini juga akan bertujuan untuk mendeteksi pusaran air, dan mengukur tingkat pasang surut global secara tepat, sehingga dapat melindungi masyarakat pesisir yang rentan di seluruh dunia.

***

Baca artikel lengkapnya:

Liu et al. 2022. Pengukuran gelombang permukaan laut yang tepat secara real-time menggunakan pendekatan variometrik GNSS. Jurnal Internasional Pengamatan Bumi Terapan dan Geoinformasi, 115, 103125. https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.103125

 

Untuk informasi lebih lanjut, silakan hubungi:

Li Li, Direktur Departemen Kerjasama Internasional; Ilmuwan Senior, Institut Oseanografi Pertama, Kementerian Sumber Daya Alam
li.li@fio.org.cn