Войти
Инициатива океанических обсерваторий (OOI) - это программа Национального научного фонда (NSF) отдела наук об океане, которая фокусируется на науке, технологиях, образование и охват развивающейся сети научных систем наблюдения за океаном. Это сетевая инфраструктура научно обоснованных сенсорных систем для измерения физических, химических, геологических и биологических переменных в океане и морском дне, а также в вышележащей атмосфере, обеспечивающая интегрированную систему сбора данных в прибрежном, региональном и глобальном масштабах.
Карта станции OOI. Авторы и права: Программа OOI по узлам регионального масштаба и Центр визуализации окружающей среды Вашингтонского университета Финансируемый Национальным научным фондом (NSF), OOI основывается на наследии морских экспедиций последнего периода. столетия, а в последнее время делается 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. Эти данные находятся в свободном доступе в Интернете через OOI киберинфраструктуру.
В конце 1980-х годов океанологи начали дискуссии о координации научных исследований, концепций проектирования и инженерных решений океанографических исследований. обсерваторий, что привело к формированию (ION) в 1993 году. Первый общенациональный комитет был созван в 1995 году, и позже была расширена в программу Dynamics of Earth and Ocean Systems (DEOS), которая заложила основу для сети океанских обсерваторий. В 2003 году Комиссия Pew Oceans рекомендовала изменения, направленные на улучшение использования обществом прибрежных и глобальных океанов, а также их рационального использования и воздействия на них.
Два исследования Национального исследовательского совета (NRC) в 2000 и 2003 годах («Освещение скрытого» «Планета: будущее науки о морских обсерваториях» и «Возможности исследований океана в 21-м веке»), 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. 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 комитет Национального совета по науке и технологиям Подкомитет по океаническим наукам и технологиям разработал Стратегию приоритетных направлений океанографических исследований, которая 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 года проект OOI прошел предварительную проверку проекта, а в 2008 году завершил окончательную проверку проекта сети, в результате чего был разработан окончательный проект сети. 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 океанического лидерства подписали Соглашение о сотрудничестве, которое положило начало этапу строительства OOI.
Места расположения глобальных массивов OOI, отобранные командой из примерно 300 ученых, были нацелены на области, которые были недостаточно исследованы 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 реальном времени с более чем 900 датчиков на 7 площадках. Годовой бюджет составляет приблизительно 55 миллионов долларов.
В октябре 2018 года офис управления OOI перешел из Консорциума по лидерству в океанах в Океанографический институт Вудс-Холла. В 2017 году массив Аргентинского бассейна был прекращен, а объем Южного океана был сокращен, а затем удален.
Программа OOI управляется и координируется Проектным офисом OOI в Океанографическое учреждение Вудс-Хоул (WHOI) с четырьмя организациями, ответственными за эксплуатацию и обслуживание конкретных компонентов системы OOI.
Сайты и платформы компонентов OOI нацелены на следующие ключевые научные процессы:
Количественная оценка обмена энергией и массой между воздухом и морем, особенно во время сильных ветров (более 20 метров в секунду), для получения оценок обмена энергии и газа между поверхностью и глубинами океана. Такие измерения должны улучшить предсказательную способность моделей прогнозирования штормов и изменения климата.
Изучите, как изменчивость климата влияет на циркуляцию океана, погодные условия, биохимическую среду океана и морские экосистемы.
Понимать роль турбулентного перемешивания в переносе материалов в океане и в обмене энергией и газами между океаном и атмосферой.
Количественная оценка процессов, управляющих прибрежными океанами.
OOI Процессы на морском дне. Изображение предоставлено: Программа узлов регионального масштаба OOI и Центр визуализации окружающей среды Вашингтонского университета Изучите степень, в которой границы активной тектонической плиты влияют на океан с физической, химической и биологической точек зрения. Литосферные движения и взаимодействия на границах плит на морском дне или под ним являются причиной краткосрочных событий, таких как землетрясения, цунами и извержения вулканов. Эти регионы также являются местом наибольшей гидротермальной и биологической активности в океанских бассейнах.
океаническая кора содержит самый большой водоносный горизонт на Земле и поддерживает обширную глубинную биосферу. Тепловая циркуляция и реакционная способность флюидов, полученных из морской воды, могут изменять состав океанических плит, приводить к образованию гидротермальных источников, которые поддерживают уникальные микро- и макробиологические сообщества и концентрируют метан в образуют массивные залежи метанового газа и гидрата метана.
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.
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, гипоксию, фронты разлома шельфа, а также роль волокон и водоворотов при обмене между полками. Технологии сбора данных в прибрежной зоне включают заякоренные буи с фиксированными датчиками, пришвартованные вертикальные профилометры, кабели морского дна, планеры и автономные подводные аппараты.
Прибрежная обсерватория включает в себя долгосрочный комплекс Endurance Array в восточная часть Тихого океана и перемещаемый комплекс 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 проект Pioneer Array. Предоставлено: Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. Заявление об ограничении ответственности: все данные могут быть изменены без предварительного уведомления. Pioneer Array - это сеть платформ и датчиков, которые работают на континентальном шельфе и на склоне к югу от Новой Англии. Якорная установка расположена в центре разлома шельфа в Среднеатлантической бухте к югу от Кейп-Код, Массачусетс. Автономные подводные аппараты (АНПА) производят замеры во фронтальной области в непосредственной близости от пришвартованной группы, и планеры разрешают мезомасштабные детали на внешнем шельфе и на морском склоне между фронтом разрыва шельфа и Гольфстримом.
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.
Концептуальный проект Endurance Array Oregon Line. Предоставлено: Государственный университет Орегона. Отказ от ответственности: места для швартовки еще не доработаны; все данные могут быть изменены без предварительного уведомления. Система Endurance Array, расположенная на континентальном шельфе и на склоне у берегов Орегона и Вашингтона, обеспечивает долгосрочную сеть причалов, бентосных узлов, датчиков и планеров с кабельным и бескабельным подключением. Массив состоит из двух линий причалов: один у берегов Ньюпорта, Орегон (линия Орегона), а другой - у гавани Грейс-Харбор, Вашингтон (линия Вашингтон). Образец планеров между причальными линиями. Комплекс предназначен для наблюдения за влиянием реки Колумбия на прибрежную экосистему. Он также демонстрирует типичный режим апвеллинга на узком континентальном шельфе, где обычны аноксии. Некоторая инфраструктура Endurance Array Oregon Line подключается к кабельной сети RSN для обеспечения повышенной мощности и связи для наблюдения за водным слоем и процессами на морском дне.
Концептуальный дизайн глобальных массивов. Предоставлено: Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. Отказ от ответственности: организация места для швартовки еще не согласована, все данные могут быть изменены без предварительного уведомления. Местоположение глобальных массивов было выбрано группой ученых (~ 300 человек) на основе регионов которые недостаточно отобраны и подвержены экстремальным условиям (например, сильному ветру и состоянию моря), что затрудняет непрерывные или даже частые измерения с судов. Запланированные места глобального исследования включают в себя причалы с приборами и планеры в четырех местах: Аргентинский бассейн ; море Ирмингера ; Южный океан ; и вокзал Папа. 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.
Узлы регионального масштаба OOI сосредоточены на двух основных участках исследования (гидратный хребет и осевая подводная гора) 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. Узлы регионального масштаба - это кабельные массивы 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 газогидратных отложений на морском дне и потоков метана с морского дна в океан, и Осевая подводная гора, самый магматически сильный вулкан на Хребет Хуан-де-Фука центр распространения, извергнувшийся в апреле 2011 года.
RSN дополняет НЕПТУН обсерваторию с кабелем, которую Ocean Networks Canada работает на севере Хуана. плита де Фука. Вместе эти обсерватории позволяют проводить долгосрочные исследования морского дна и океана в масштабе плит в северо-восточной части Тихого океана.
Топология развертывания КИ. Графика создана Дж. Б. Мэтьюзом. Компонент киберинфраструктуры 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 работу морских компонентов OOI с океанографическими исследовательскими сообществами. Калифорнийский университет в Сан-Диего изначально проектировал кибер-инфраструктуру. Позже проект переместился в Университет Рутгерса.
Использование данных OOI в учебных заведениях. Фотография предоставлена Рутгерсом, Государственный университет Нью-Джерси. Программа «Образование и взаимодействие с общественностью» включает инструменты визуализации образовательных данных для вовлечения студентов в активные научные исследования. В совокупности эти инструменты обеспечивают легкий доступ для разработки и использования визуализации научных данных, помогают переводить научные темы в учебные материалы, предоставляют возможность создавать и редактировать онлайн-урок и лабораторные блоки, обеспечивают виртуальное сотрудничество и обмен океанографическими данными и учебными материалами, а также облегчить более широкий доступ к данным. Службы были разработаны и интегрированы в единый интерфейс, выпуск которого запланирован на осень 2014 г., доступный через веб-интерфейс прикладного программирования (API). Этот API также обеспечивает основу, которую другие компьютерные ученые и программисты могут использовать для разработки новых образовательных продуктов для Интернета и других мобильных приложений.
В частности, EPE запланировал пять онлайн-сервисов, включая:
Таблица 1: Список пяти онлайн-сервисов, которые будет развивать компонент «Образование и вовлечение общественности» (EPE). 