Программа "Система бесшовного прогнозирования океана и климата" разрабатывает поверхностный дрейфующий буй нового поколения

Первый институт океанографии (FIO), Китай

Программа "Система бесшовного прогнозирования океана и климата" разрабатывает поверхностный дрейфующий буй нового поколения

Программа "Система бесшовного прогнозирования океана и климата" разрабатывает поверхностный дрейфующий буй нового поколения 2480 2480 Десятилетие океана

В рамках программы Десятилетия океана "Система бесшовного прогнозирования океана и климата (OSF)", Первый институт океанографии (FIO) Министерства природных ресурсов Китая создал поверхностный дрейфующий буй нового поколения с Глобальной навигационной спутниковой системой (GNSS). Будучи чрезвычайно дешевым, высокоточным и интеллектуальным, разработанный поверхностный дрейфующий буй GNSS предоставляет значительные возможности для улучшения наблюдения и мониторинга океана.

Поверхностный дрейфующий буй нового поколения GNSS, созданный профессором Фангли Цяо, главным исследователем программы OSF и заместителем генерального директора FIO, и его командой, использует свободные сигналы со спутников GNSS для точного получения 10 важных переменных: географическое положение, время, высота, период и направление поверхностных волн, скорость и направление поверхностного течения, температура поверхностного слоя моря, соленость поверхностного слоя моря и содержание водяного пара в атмосфере.

Это достижение опирается на многолетние фундаментальные исследования, проведенные под руководством профессора Цяо, который также является членом Консультативного совета Десятилетия океана, который продемонстрировал, как мелкомасштабные океанические волны играют решающую роль в крупномасштабной океанической циркуляции и климатической системе, модулируя перемешивание верхнего слоя океана и потоки воздух-море. По этой причине наблюдение за поверхностными волнами океана имеет жизненно важное значение само по себе, а также для крупномасштабной циркуляции океана и глобального изменения климата.

За всю историю наблюдений за Мировым океаном произошли три крупные революции. В 1978 году первый спутник для определения цвета океана впервые сделал возможным крупномасштабное синхронное наблюдение за океаном. В 1980-х годах началось развитие массивов тропических буев, и была создана глобальная сеть непрерывного наблюдения за тропическими крупномасштабными фиксированными точками, что значительно улучшило возможности мониторинга и прогнозирования Эль-Ниньо - Южного колебания. В начале 21 века была запущена глобальная инициатива по наблюдению за океаном - Array for Real-time Geostrophic Oceanography (Argo). Сегодня в Мировом океане действуют около 4 000 буев Арго, которые проводят вертикальные наблюдения примерно каждые 10 дней и делают реальностью мониторинг океана в реальном времени в трех измерениях. Программа Арго также является частью Глобальной системы наблюдений за океаном (ГСНО), которую возглавляет Межправительственная океанографическая комиссия ЮНЕСКО. Высокая стоимость остается узким местом и большой проблемой в области наблюдений за океаном, хотя были предприняты огромные усилия и достигнут ряд технических достижений.

С 2016 года благодаря углубленному многопрофильному сотрудничеству в области морских исследований и использованию спутников GNSS, включая BeiDou, команда профессора Цяо совершила технический прорыв в разработке аппаратуры буев и обработке данных. К ним относятся недорогая одиночная станция GNSS, высокоточное определение скорости и положения в режиме реального времени, инверсия в режиме реального времени нескольких элементов, включая элементы волн и содержание водяного пара, расширение широкого спектра и захват спектра волн, передача и управление многоэлементным кодированием, интегрированные с короткой связью сообщений (SMC) спутника BeiDou, оптимизация алгоритмов с низким энергопотреблением и высокой производительностью, миниатюризация буев и оптимизация волнового следования и многое другое. Такие успехи значительно повысили точность инверсии, позволили избежать затрат на услуги прецизионной дифференциальной коррекции и значительно снизить нагрузку на связь.

Результаты нескольких полевых экспериментов и сравнений показывают, что точность этого революционного нового буя находится на одном уровне с другими широко используемыми приборами для измерения волн, такими как Waverider, показывая лишь сантиметровую разницу. Стоимость наблюдений также была значительно снижена: стоимость буя GNSS на 90% ниже. Другими словами, стоимость наблюдений нового буя ГНСС составляет менее 10% от стоимости нынешней системы.

Этот финансовый аспект особенно актуален, поскольку он препятствует развертыванию всеобъемлющей системы наблюдений за океаном. Несмотря на заметный прогресс за последние 45 лет, наблюдения за океаном все еще сталкиваются с проблемами высокой стоимости и редкого охвата, что непосредственно препятствует научному пониманию океанических процессов и способности прогнозировать океан и климат. Действительно, верхний слой океана и нижняя атмосфера не только тесно связаны с деятельностью человека в море, но и являются ключевыми для понимания изменения климата.

Основываясь на своих первоначальных результатах, профессор Цяо и его команда разрабатывают четыре типа буев ГНСС. Буи ГНСС типа А - это базовая конфигурация, которая может получать 10 вышеуказанных переменных одновременно. Буи ГНСС типа В способны фиксировать еще пять атмосферных переменных, т.е. скорость и направление ветра, температуру, влажность и атмосферное давление. Развертывание большого количества буев ГНСС типа В позволит в реальном времени наблюдать за глобальными крупномасштабными потоками воздух-море, а вклад поверхностных волн будет точно учитываться при расчете потоков воздух-море. Буи ГНСС типа С могут измерять температуру и структуру солености морской воды от 0 до 300 метров, в дополнение к традиционным 10 переменным, а также точно фиксировать внутренние волны океана, благодаря программному обеспечению управления с искусственным интеллектом. Между тем, буи ГНСС типа D, помимо обычных 10 параметров, могут измерять подводный шум, что может быть использовано для мониторинга морских млекопитающих и защиты морской экологии.

Новый буй GNSS, разработанный FIO, является интеллектуальным, что означает, что он может автоматически выполнять интенсивные наблюдения в любое время в соответствии с потребностями, такими как области больших волн, внутренние волны, опасные океанические явления и многое другое. В будущем, благодаря дальнейшим технологическим прорывам, он также сможет обнаруживать вихревые потоки и точно измерять глобальный уровень приливов и отливов, обеспечивая дальнейшую защиту уязвимых прибрежных сообществ по всему миру.

***

Читайте полный текст статьи:

Лю и др. 2022. Точные измерения поверхностных волн океана в реальном времени с использованием вариометрического подхода GNSS. Международный журнал прикладных наблюдений Земли и геоинформации, 115, 103125 . https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.103125.

За дополнительной информацией, пожалуйста, обращайтесь:

Д-р Ли Ли, директор департамента международного сотрудничества; старший научный сотрудник, Первый институт океанографии, Министерство природных ресурсов
li.li@fio.org.cn

ДЕСЯТИЛЕТИЕ ОКЕАНА

Наука, которая нам нужна для океана, который мы хотим

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

БЛИЖАЙШИЕ СОБЫТИЯ

ПОДПИСАТЬСЯ НА НАШУ РАССЫЛКУ

ВОЗМОЖНОСТИ

Присоединяйтесь #OceanDecade

Параметры конфиденциальности

Когда вы посещаете наш сайт, он может сохранять через ваш браузер информацию от определенных служб, обычно в виде файлов cookie. Здесь вы можете изменить свои настройки конфиденциальности. Следует отметить, что блокирование некоторых типов файлов cookie может повлиять на работу с нашим сайтом и на предлагаемые нами услуги.

Для обеспечения производительности и безопасности мы используем Cloudflare
требуется

Включение/выключение кода отслеживания Google Analytics в браузере

Включить/выключить использование шрифтов Google в браузере

Включение/выключение встраивания видео в браузер

Политика конфиденциальности

На нашем сайте используются файлы cookie, в основном от сторонних сервисов. Определите свои предпочтения в отношении конфиденциальности и/или согласитесь с использованием нами файлов cookie.