Инициатива океанических обсерваторий - Википедия - Ocean Observatories Initiative

"OOI" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. OOI (значения).

В Инициатива океанических обсерваторий (OOI) - это Национальный научный фонд (NSF) Программа Отдела наук об океане, в которой наука, технологии, образование и пропаганда развивающейся сети, движимой наукой наблюдение за океаном системы. OOI предоставляет данные в реальном времени с более чем 800 инструментов для решения важнейших научных вопросов, касающихся Мирового океана. Данные OOI находятся в свободном доступе в Интернете для всех, у кого есть подключение к Интернету.

Карта массивов OOI, которые непрерывно собирают данные об океане. Центр визуализации окружающей среды Вашингтонского университета

Финансируется Национальный научный фонд (NSF), OOI опирается на наследие морских экспедиций прошлого века и недавний упор на расширение наблюдений за океаном и мониторинг на месте.

Цель OOI - предоставлять данные и информационные продукты в течение более 25 лет в рамках масштабируемой архитектуры, которая может соответствовать новым техническим достижениям в науке об океане.

История

В конце 1980-х океанографы начали дискуссии о координации науки, концепций проектирования и инженерии обсерваторий для исследования океана, что привело к формированию Международная океанская сеть (ION) в 1993 году.[1] Первый общенациональный комитет был созван в 1995 году, а позже был расширен до программы «Динамика земных и океанских систем» (DEOS), которая заложила основу для сети океанских обсерваторий.[2]В 2003 году Комиссия Pew Oceans рекомендовала изменения, направленные на улучшение использования обществом прибрежных и глобальных океанов, а также их управления и воздействия на них.[3][4]

Два исследования Национального исследовательского совета (NRC) в 2000 и 2003 годах («Освещение скрытой планеты: будущее науки обсерватории морского дна»[5] и «Возможности исследования океана в 21 веке»[6] ), а также серия семинаров увеличила толчок к ориентированным на исследования наблюдениям за океаном. Национальный научный совет (NSB) одобрил OOI для включения в будущий бюджет Национального научного фонда в 2000 году, что позволило сосредоточить усилия на планировании.

В 2004 году Отдел наук об океане NSF учредил Проектный офис OOI для содействия дальнейшему планированию OOI между двумя независимыми группами, Объединенными океанографическими учреждениями и Консорциумом по исследованию океана и образованию.[7] В следующем году проектный офис OOI обратился к сообществу исследователей океана за помощью в разработке дизайна сети OOI, в результате чего было получено 48 предложений от более чем 130 отдельных образовательных и исследовательских институтов. Эти предложения помогли сформировать первоначальный концептуальный дизайн сети (CND) для OOI, который затем стал предметом обсуждения на семинаре по проектированию и внедрению OOI в марте 2006 года.

В 2007 году Объединенный подкомитет Национального совета по науке и технологиям по океанологии и технологиям.[8] разработала Стратегию приоритетных исследований океана,[9] который обеспечивает основу для инвестиций в исследования для более глубокого понимания океанических процессов и взаимодействий, которые способствуют ответственному использованию океанской среды. ORPS определил три сквозных элемента, одним из которых является наблюдение за океаном для исследований и управления.

В конце 2007 г. проект OOI прошел предварительную экспертизу проекта.[10] а в 2008 году завершил окончательный анализ проекта сети, в результате чего был разработан окончательный проект сети.[11] В мае 2009 года Национальный совет по науке уполномочил директора NSF выделить средства на строительство и ввод в эксплуатацию OOI. В сентябре 2009 года NSF и Консорциум лидерства в океане подписали Соглашение о сотрудничестве.[12] что положило начало этапу строительства OOI.

Места расположения глобальных массивов OOI, выбранных командой из около 300 ученых,[13] целевые области, которые были недостаточно отобраны и находились в суровых условиях, которые были затруднительны для измерений с судов. Как первоначально планировалось, места глобального исследования включали установки в четырех местах: море Ирмингера, Южный океан, Аргентинский бассейн и станция Папа.

После почти 10 лет и расходов в размере 386 миллионов долларов США в июне 2016 года NSF объявил, что большая часть данных OOI поступает в режиме реального времени с более чем 900 датчиков на 7 площадках. Годовой бюджет составляет примерно 55 миллионов долларов.[14]

В октябре 2018 года офис управления OOI перешел из Консорциума лидерства в океанах в Океанографический институт Вудс-Хоул. В 2017 году массив Аргентинского бассейна был прекращен, а массив Южного океана был сокращен, а затем удален.[15]

Организационная структура

Программа OOI управляется и координируется Проектным офисом OOI в Океанографическое учреждение Вудс-Хоул[16] (WHOI), с четырьмя организациями, ответственными за эксплуатацию и обслуживание определенных компонентов системы OOI.

Темы

Сайты и платформы компонентов OOI ориентированы на следующие ключевые научные процессы:

Обмен океан-атмосфера

Определите количественно обмен энергией и массой между воздухом и морем, особенно во время сильного ветра (более 20 метров в секунду), чтобы получить оценки обмена энергией и газом между поверхностью и глубокий океан. Такие измерения должны улучшить предсказательную способность моделей прогнозирования штормов и изменения климата.

Изменчивость климата, циркуляция океана и экосистемы

Изучите, как влияет изменчивость климата циркуляция океана, погодные условия, биохимическая среда океана и морские экосистемы.

Турбулентное перемешивание и биофизические взаимодействия

Понять роль турбулентного перемешивания в переносе материалов в океане и в обмене энергией и газами между океаном и атмосферой.

Динамика прибрежных океанов и экосистемы

Определите количественные процессы, управляющие прибрежным океаном.

OOI Морские процессы на дне. Изображение предоставлено: Программа региональных кабельных сетей OOI и Центр визуализации окружающей среды Вашингтонского университета

Геодинамика океана в масштабе плит

Изучите степень активности тектоническая плита границы влияют на океан с физической, химической и биологической точек зрения. Литосферный движения и взаимодействия на границах плит на морском дне или под ним несут ответственность за краткосрочные события, такие как землетрясения, цунами и извержения вулканов. Эти регионы также являются местом наибольшей гидротермальной и биологической активности в океанских бассейнах.

Взаимодействие флюида и горных пород и подпольная биосфера

В океаническая кора содержит самый большой водоносный горизонт на Земле и поддерживает огромное глубокая биосфера. Тепловая циркуляция и реакционная способность флюидов, полученных из морской воды, могут изменять состав океанических плит, приводя к образованию гидротермальные источники которые поддерживают уникальные микро- и макробиологические сообщества и концентрируют метан образовывать массивный газ метан и гидрат метана водохранилища.

Компоненты

Четыре основных компонента, которые составляют OOI: Прибрежные узлы глобального масштаба (CGSN); Узлы регионального масштаба (RSN); Киберинфраструктура (CI) и образование и участие общественности (EPE). За эти компоненты несут ответственность организации-исполнители.

Прибрежные узлы глобального масштаба (CGSN)

CGSN состоит из двух прибрежных массивов и четырех глобальных массивов.

Прибрежные массивы обеспечивают устойчивый адаптируемый доступ к сложным прибрежным системам. Прибрежные массивы простираются от континентального шельфа до континентального склона, что позволяет ученым изучать прибрежные процессы, включая апвеллинг, гипоксия, фронты излома полок, а также роль нитей и водовороты при межшельковом обмене. Технологии сбора данных в прибрежной зоне включают заякоренные буи с фиксированными датчиками, пришвартованные вертикальные профилометры, подводные кабели, планеры и автономные подводные аппараты.

Прибрежная обсерватория включает в себя долгосрочную группу Endurance Array в восточной части Тихого океана и перемещаемую Pioneer Array в Западной Атлантике. Океанографический институт Вудс-Хоул установил и эксплуатирует комплекс Pioneer Array. Университет штата Орегон установил и эксплуатирует систему Endurance Array.

Концептуальный дизайн Pioneer Array. Предоставлено: Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. Заявление об ограничении ответственности: все данные могут быть изменены без предварительного уведомления.

Pioneer Array

Pioneer Array - это сеть платформ и датчиков, которые работают на континентальном шельфе и на склоне южнее Новая Англия. Пришвартованная группа центрируется на изломе полки в Среднеатлантическая бухта к югу от Кейп-Код, Массачусетс. Автономные подводные аппараты (АПА) отбирают образцы во фронтальной области в непосредственной близости от пришвартованной группы, и планеры разрешают мезомасштабные особенности на внешнем шельфе и на морском склоне между фронтом обрыва шельфа и Гольфстрим.

Pioneer Array обеспечивает трехмерное изображение ключевых биофизических взаимодействий на краю полки с помощью своего гибкого мультиплатформенного массива, который объединяет заякоренные и мобильные компоненты с высоким пространственным и временным разрешением. В своем первоначальном местоположении к югу от Кейп-Код, Pioneer встроен в установленную региональную систему наблюдений. Планируется, что Pioneer Array будет перемещаться с места на место примерно через пятилетние интервалы для характеристики процессов в различных прибрежных океанских средах.[20]

Массив выносливости

Концептуальный проект линии Endurance Array Oregon. Предоставлено: Государственный университет Орегона. Отказ от ответственности: места для швартовки еще не доработаны; все данные могут быть изменены без предварительного уведомления.

Комплекс Endurance Array, расположенный на континентальном шельфе и на склоне у берегов Орегона и Вашингтона, обеспечивает долгосрочную сеть причалов, бентосных узлов, датчиков и планеров с кабелем и без кабеля. Массив состоит из двух рядов причалов, один из которых Ньюпорт, Орегон (линия Орегон) и другой от Грейс-Харбор, Вашингтон (Вашингтонская линия). Образец планеров между швартовными тросами. Массив фокусируется на наблюдении за влиянием Река Колумбия на прибрежную экосистему. Он также демонстрирует типичный режим апвеллинга на узком континентальном шельфе, где события аноксии общие. Некоторая инфраструктура Endurance Array Oregon Line подключается к кабельной сети RSN, чтобы обеспечить повышенную мощность и связь для наблюдения за водным слоем и процессами на морском дне.[21]

Концептуальный дизайн глобальных массивов. Предоставлено: Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. Отказ от ответственности: подготовка места для швартовки еще не завершена, все данные могут быть изменены без предварительного уведомления.

Глобальные массивы

Места расположения глобальных массивов выбрала группа ученых (~ 300 человек).[22] на основе регионов, в которых выборка недостаточна и которые подвержены экстремальным условиям (например, сильным ветрам и волнениям на море), которые затрудняют непрерывные или даже частые измерения с судов. Запланированные места глобального исследования включают в себя причалы с приборами и планеры в четырех местах: Аргентинский бассейн;[23] Irminger Sea;[24] Южный океан;[25] и вокзал Папа.[26] Глобальные массивы разрабатываются и эксплуатируются компаниями Woods Hole and Scripps.

Наблюдения в этих высокоширотных районах имеют решающее значение для понимания процессов циркуляции океана и изменения климата. Каждый глобальный массив включает четыре причала (кроме станции «Папа», у которой три), состоящих из неподвижных и движущихся датчиков, которые измеряют потоки тепла, влаги и количества движения в воздухе и море, а также физические, биологические и химические свойства водной толщи. . Каждый массив также включает планеры для выборки в пределах посадочного места массива.

Региональная кабельная сеть (RCA)

Узлы регионального масштаба OOI сосредоточены на двух основных участках исследования (Hydrate Ridge и Axial Seamount) с потенциалом для будущего расширения на другие участки. Авторы и права: Программа OOI по узлам регионального масштаба и Центр визуализации окружающей среды Вашингтонского университета. Отказ от ответственности: все данные могут быть изменены без предварительного уведомления.

Региональная кабельная сеть состоит из кабельных массивов датчиков наблюдения за океаном в северо-восточной части Тихого океана. Они связаны примерно 900 километрами (560 миль) оптико-электронного кабеля. Конструкция обеспечивает высокую мощность (10 кВ, 8 кВт) и полосу пропускания (10 GbE) для массивов датчиков на морском дне и по всей толще воды с использованием причалов с инструментальными профилографами слежения за тросом, инструментальными платформами длиной 200 м и лебедками. Сеть RSN была установлена ​​и эксплуатируется Вашингтонским университетом.

Двумя основными объектами исследования являются Хайдрат-Ридж, область массивных подземных газогидратных отложений и потоков метана с морского дна в океан, и Осевая подводная гора, самый магматически сильный вулкан на Хуан де Фука Ридж центр распространения, прорвавшийся в апреле 2011 г.

RSN дополняет НЕПТУН телеграфированная обсерватория, которая Ocean Networks Canada работает на северной плите Хуан де Фука. Вместе эти обсерватории позволяют проводить долгосрочные исследования морского дна и океана в масштабе плит в северо-восточной части Тихого океана.[27]

Киберинфраструктура

Топология развертывания CI. Графика создана Дж. Б. Мэтьюзом.

Компонент Cyberinfrastructure связывает морскую инфраструктуру с учеными и пользователями. Он управляет и объединяет данные от различных датчиков OOI. Он обеспечивает общую операционную инфраструктуру, Интегрированную сеть обсерваторий (ION), соединяющую и координирующую работу морских компонентов (массивов глобального, регионального и прибрежного масштаба). Он также обеспечивает управление ресурсами, управление и контроль миссии обсерватории, производство продукции, управление и распространение данных (включая надежное происхождение данных) и централизованно доступные инструменты для совместной работы.

ION связывает и координирует операции морских компонентов OOI с океанографическими исследовательскими сообществами. В Калифорнийский университет в Сан-Диего изначально проектировал кибер-инфраструктуру. Позже проект переехал в Университет Рутгерса.[28] В октябре 2020 года Государственный университет Орегона взял на себя ответственность за киберинфраструктуру для OOI, с упорядоченной передачей ресурсов и оборудования, которая должна произойти в течение следующего года.

.

использованная литература

  1. ^ Делани, Дж. Р. (1987). Научное обоснование создания долгосрочных систем наблюдения за дном океана / лабораторных систем. Спрингер, Дордрехт. С. 389–411. Дои:10.1007/978-94-009-3803-8_27. ISBN  978-94-010-8192-4.
  2. ^ Orcutt, J.A; Бергер, Дж; Вернон, Ф. (2002). «Конструкции стабильных платформ для глобальных причалов DEOS». Тезисы осеннего собрания AGU. Американский геофизический союз. 2002: OS61B – 0223. Bibcode:2002AGUFMOS61B0223O.
  3. ^ "Комиссия Pew Oceans. Май 2003 года. Живые океаны Америки: прокладывая курс на морские изменения" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-02-07.
  4. ^ "Наша работа". Архивировано из оригинал 7 апреля 2014 г.. Получено 2016-06-07.
  5. ^ Национальный исследовательский совет. «Освещение скрытой планеты: будущее науки о морских обсерваториях». Национальная Академия Наук. Издательство национальных академий.
  6. ^ Национальный исследовательский совет. «Возможности исследований океана в 21 веке: создание сети океанских обсерваторий». Национальная Академия Наук. Издательство национальных академий.
  7. ^ Шофилд, Оскар; Тиви, Маргарет К. (июнь 2004 г.). «Строя окно в море: интерактивные сети обсерваторий океанологических исследований (ORION)». Океанография. 17 (2): 113–120. Дои:10.5670 / oceanog.2004.59.
  8. ^ «Подкомитет по океанологии и технологиям».
  9. ^ «Объединенный подкомитет Национального совета по науке и технологиям по науке и технологиям об океане. 2006. Направление курса наук об океане для Соединенных Штатов на следующее десятилетие: стратегия приоритетных исследований океана (ORPP)» (PDF).
  10. ^ «Предварительный обзор проекта». 14 июня 2010 г.
  11. ^ Инициатива океанических обсерваторий. 2010 Окончательный дизайн сети
  12. ^ «Лидерство в океане: соглашение о сотрудничестве».
  13. ^ Дали, Кендра; Янке, Ричард; Молин, Марк; Детрик, Роберт; Лютер, Дуг; Мацумото, Джордж; Майер, Ларри; Рейбоулд, Кейт. ". Отчет о семинаре по проектированию и внедрению" (PDF). Лидерство в океане.
  14. ^ Витце, Александра (09.06.2016). «Наконец-то стартует американский проект по наблюдению за океаном». Природа. 534 (7606): 159–160. Bibcode:2016 Натур.534..159Вт. Дои:10.1038 / 534159a. PMID  27279186.
  15. ^ Sea Change: Десятилетний обзор наук об океане за 2015–2025 гг. (Резюме). Национальная академия прессы. 2015. с. 11.
  16. ^ «Лидерство в океане: политика и законодательство».
  17. ^ "Океанографическое учреждение Вудс-Холла".
  18. ^ «Крупнейший участник инициативы ОГУ по созданию глобальной системы океанических обсерваторий». Государственный университет Орегона. 02.09.2009. Проверить значения даты в: | дата = (Помогите)
  19. ^ https://www.ecomagazine.com/news/ocean-community/osu-assumes-cyberinfrastructure-responsibility-for-ocean-observatories-initiativethat=. Отсутствует или пусто | название = (Помогите)
  20. ^ "Первоначальные испытания буев в море намечены на сентябрь". 28 марта 2011 г.
  21. ^ «Онлайн-таблицы приборов прибрежной выносливости». 29 сентября 2015.
  22. ^ Дейли К., Р. Янке, М. Молин, Р. Детрик, Д. Лютер, Г. Мацумото, Л. Майер, К. Рейбоулд. Май 2006 г. Отчет семинара по проектированию и внедрению
  23. ^ «Аргентинский бассейн».
  24. ^ «Море Ирмингера».
  25. ^ "Южный океан". Архивировано из оригинал на 2012-05-08. Получено 2013-03-02.
  26. ^ Станция Папа
  27. ^ «Узлы регионального масштаба на карте станции OOI». Архивировано из оригинал на 2012-05-02. Получено 2013-03-02.
  28. ^ Витце, Александра (27 ноября 2014 г.). «Проект океанской обсерватории попадает в бурную воду». Природа. 515 (7528): 474–475. Bibcode:2014Натура.515..474Вт. Дои:10.1038 / 515474a. PMID  25428476.

внешние ссылки