Através do seu programa Década do Oceano "Sistema de Previsão Sem Costura do Oceano ao Clima (OSF)", o Primeiro Instituto de Oceanografia (FIO) do Ministério dos Recursos Naturais da China criou uma boia à deriva de superfície do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) de nova geração. Sendo de custo extremamente baixo, de alta precisão e inteligente, a boia à deriva de superfície GNSS desenvolvida oferece oportunidades significativas para uma melhor observação e monitorização dos oceanos.
A boia à deriva de superfície GNSS de nova geração criada pelo Professor Fangli Qiao, Investigador Principal do Programa OSF e Diretor-Geral Adjunto da FIO, e pela sua equipa, utiliza sinais livres dos satélites GNSS para obter com precisão 10 variáveis importantes: posição geográfica, tempo, altura, período e direção da onda de superfície, velocidade e direção da corrente de superfície, temperatura do mar à superfície, salinidade do mar à superfície e teor de vapor de água atmosférico.
Qiao, também membro do Conselho Consultivo doDécada do Oceano , que demonstrou como as ondas oceânicas de pequena escala desempenham um papel crucial na circulação oceânica em grande escala e no sistema climático, através da modulação da mistura do oceano superior e dos fluxos ar-mar. Por este motivo, a observação das ondas oceânicas de superfície tem um significado vital em si mesma, bem como na circulação oceânica em grande escala e nas alterações climáticas globais.
Ao longo da história, houve três grandes revoluções na observação global dos oceanos. Em 1978, o primeiro satélite de cor dos oceanos tornou possível, pela primeira vez, a observação síncrona dos oceanos em grande escala. Na década de 1980, iniciou-se o desenvolvimento de conjuntos de bóias tropicais e foi criada a rede global de observação contínua de pontos fixos tropicais em grande escala, que melhorou consideravelmente as capacidades de monitorização e previsão do El Niño-Oscilação do Sul. No início do século XXI, foi lançada uma iniciativa global de observação dos oceanos - Array for Real-time Geostrophic Oceanography (Argo). Atualmente, cerca de 4 000 bóias Argo estão em funcionamento nos oceanos globais, observando um perfil vertical aproximadamente de 10 em 10 dias e tornando realidade a monitorização em tempo real do oceano em três dimensões. O programa Argo também faz parte do Sistema Mundial de Observação dos Oceanos (GOOS), co-liderado pela Comissão Oceanográfica Intergovernamental da UNESCO. O custo elevado continua a ser o estrangulamento e o grande desafio da observação dos oceanos, embora tenham sido envidados enormes esforços e alcançadas várias realizações técnicas.
Desde 2016, através de uma cooperação multidisciplinar marinha aprofundada e da utilização de satélites GNSS, incluindo o BeiDou, a equipa do Prof. Qiao fez avanços técnicos na conceção do hardware da boia e no processamento de dados. Estes incluem estação única GNSS de baixo custo, determinação em linha de velocidade e posição de alta precisão em tempo real, inversão em linha em tempo real de múltiplos elementos, incluindo elementos de onda e conteúdo de vapor de água, expansão de largo espetro e captura de espetro de onda, transmissão e controlo de codificação de múltiplos elementos integrados com o satélite BeiDou Short Message Communication (SMC), otimização de algoritmos de baixa potência e alto desempenho, miniaturização de bóias e otimização do seguimento de ondas, entre outros. Estes progressos melhoraram consideravelmente a precisão da inversão, evitaram o custo dos serviços de correção diferencial de precisão e reduziram drasticamente a carga de comunicação.
Os resultados de várias experiências e comparações de observação no terreno demonstram que a precisão desta nova boia inovadora está ao mesmo nível de outros instrumentos de medição de ondas normalmente utilizados, como o Waverider, indicando apenas uma diferença de nível centimétrica. Os custos de observação também foram drasticamente reduzidos: o custo da boia GNSS é 90% inferior. Por outras palavras, o custo de observação da nova boia GNSS é inferior a 10% do custo do sistema atual.
Este aspeto financeiro é particularmente relevante, uma vez que tem impedido a implantação de um sistema global de observação dos oceanos. Apesar dos notáveis progressos registados nos últimos 45 anos, as observações dos oceanos continuam a enfrentar desafios de custos elevados e cobertura escassa, o que prejudica diretamente a compreensão científica dos processos oceânicos e a capacidade de prever o oceano e o clima. Com efeito, o oceano superior e a baixa atmosfera não só estão intimamente relacionados com as actividades humanas no mar, como também são fundamentais para compreender as alterações climáticas.
Com base nas suas descobertas iniciais, o Prof. Qiao e a sua equipa estão a desenvolver quatro tipos de bóias GNSS. As bóias GNSS do tipo A são a configuração básica, que pode obter as 10 variáveis acima, simultaneamente. As bóias GNSS de tipo B são capazes de captar mais cinco variáveis atmosféricas, ou seja, velocidade e direção do vento, temperatura, humidade e pressão atmosférica. Com a instalação de um grande número de bóias GNSS de tipo B, a observação em tempo real dos fluxos ar-mar globais em grande escala tornar-se-á uma realidade e a contribuição das ondas de superfície será considerada exatamente no cálculo dos fluxos ar-mar. As bóias GNSS do tipo C podem medir a temperatura da água do mar e a estrutura da salinidade de 0 a 300 metros, para além das 10 variáveis convencionais, bem como captar com precisão as ondas internas do oceano, graças ao software de controlo de inteligência artificial. Entretanto, as bóias GNSS Tipo D, para além das 10 convencionais, podem medir o ruído subaquático, que pode ser utilizado para monitorizar mamíferos marinhos e proteger a ecologia marinha.
A nova boia GNSS desenvolvida pela FIO é inteligente, o que significa que pode efetuar automaticamente observações intensivas em qualquer altura, de acordo com as necessidades, tais como áreas de grandes ondas, ondas internas, riscos oceânicos e muito mais. No futuro, através de novos avanços tecnológicos, terá também como objetivo detetar vórtices e medir com precisão os níveis globais das marés, salvaguardando ainda mais as comunidades costeiras vulneráveis em todo o mundo.
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Ler o artigo completo:
Liu et al. 2022. Medições precisas em tempo real das ondas de superfície do oceano utilizando uma abordagem variométrica GNSS. International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation, 115, 103125. https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.103125
Para mais informações, contactar:
Dr. Li Li, Diretor do Departamento de Cooperação Internacional; Cientista Sénior, Primeiro Instituto de Oceanografia, Ministério dos Recursos Naturais
li.li@fio.org.cn