Ролята на проекта арена в Глобалната Система за Наблюдение на океана и приносът му за пристанищата като крайни потребители на оперативна океанографска информация

Христо Слабаков, Николай Вълчев

РЕЗЮМЕ

1. ВЪВЕДЕНИЕ

Глобалната Система за Наблюдение на Океана (GOOS) е постоянна система за наблюдение, моделиране и анализ на морски и океански данни с цел да се поддържат оперативните океански и екологични служби навсякъде по света. Тя ще осигурява точно описание на настоящото състояние на океана и на живите ресурси, прогноза за бъдещите условия за възможно най-дълъг период от време като база за оценка на промените в климата.

Оперативната океанография може да се дефинира като провеждане на системни и рутинни измервания на морските, океанските и атмосферните параметри за дълги периоди от време и тяхната бърза интерпретация и разпространяване. Важни продукти на оперативната океанография са т.н. наукаст (nowcasts), който осигурява полезно и точно описание на настоящото състояние на морската среда, включително и на живите ресурси; форкаст (forecasts), който осигурява прогнози с различна продължителност за бъдещото състояние на морската среда и хайндкаст (hindcasts) натрупване на дълги редици от данни за описание на предишни състояния с цел да се открият промените и да изпъкнат тенденциите в динамиката на океанските процеси, [Strategic Plan and Principles for GOOS, Report No.41, 1998].

Обикновено, оперативната океанография функционира на базата на бързо предаване на данни от наблюденията до центровете за тяхната асимилация, където мощни компютри ги обработват, използвайки числени прогностични модели. Резултатите от моделирането са основа за създаването на изходни продукти, например, предупреждения за природни бедствия (наводнения, щормове, опасни цъфтежи на водорасли, замърсяване от различен характер и др.), електронни карти, оптимални корабни маршрути, прогноза за сезонната или годишната първична продукция, за океанските и морски течения, промени в климата и т.н. Крайните продукти и прогнози трябва да се разпространят бързо до индустриалните потребители, между които са пристанищата, регулаторните власти и правителствени агенции.
1.2. Потребители на оперативната океанографска информация

Крайни потребителите са онези правителствени служби и базирани на брега предприятия, които пряко са заинтересувани от редовното получаване на оперативна океанографска информация, [First GOOS USERS’ Forum. Report No.92, 2000]. Пряко облагодетелствани ще бъдат пристанищата, бреговите инженери, корабоплаването, нефтената и газовата индустрия, риболова и марикултурите, туризмът и почивното дело. Използвайки прогнозите за климатичните промени, непряко облагодетелствани ще бъдат доставчиците на храна, вода и енергия и застрахователните дружества.

Новите продукти ще допринесат за опазване на морската среда, ще повишат сигурността на пристанищните операции и морския транспорт, ще осигурят предупреждение за и съхраняване от морски и брегови рискове, наводнения и брегова ерозия, ще доведат до подобряване на здравето на населението и качеството на морската вода.
2. ГЛОБАЛНАТА СИСТЕМА ЗА НАБЛЮДЕНИЕ НА ОКЕАНА – ИСТОРИЯ, ЦЕЛИ, ПОДХОДИ, ПОЛЗИ
GOOS е замислена като продължителна, международно координирана система за събиране на данни за океаните и моретата на Земята, за обработването им в съчетание с подходящи данни от други източници, което позволява създаването и развитието на полезни услуги, свързани с осигуряване на аналитична и прогнозна информация за природната среда, [www.unesco.org/ioc/goos/].

Прогнозирането на динамиката на бреговата екосистема зависи от развитието на регионална и глобална мрежа, която ефективно обвързва наблюденията и анализите. GOOS е система, която поощрява интеграцията на разпръснатите научни и приложни общности и обвързаността им с крайните потребители с цел те да получават своевременно нужната им за взимане на решения информация, [Strategic Plan and Principles for GOOS, Report No.41, 1998]. GOOS има широкомащабен подход за опазване на крайбрежната екосистема. В него се отчита сложността на процесите в бреговата зона и се осигуряват надеждни механизми за предсказване на природните промени и екологичните последици от тях, [Towards Operational Oceanography: the GOOS. IOC/INF-1028, 1996].

Значителна част от световната икономика и широк обхват от услуги и социални блага зависят от мъдрото използване на морето. За много страни морските ресурси и услуги съставляват 3-5% от брутния вътрешен продукт. За някои страни пропорцията е много по-висока. В групата на седемте индустриално най-развити държави приносът на морските ресурси и услуги съставят средно около 5% от брутния вътрешен продукт. Това представлява около 600 млрд. долара за година (по данни за 1991 г.). Огромна част от международната търговия се осъществява по море. За 1990 г. световният добив на нефт и газ от морето възлизаше на 135 млрд. долара, което се равняваше на 20% от световното производство на въглеводороди. Световният улов на риба е приблизително 80-90 тона годишно, което се равнява на 20% от световната консумация на протеини. Възможно е към 2020 г. около 75 % от населението на планетата да живее в 60 километровата зона около морските брегове и естуарите. Понастоящем около 45% живеят в 100 км. зона. Очакваният ръст на населението, заедно със съпътстващата го деградация на природните ресурси, предполага нарастване на икономическото значение на Световния океан, което е предпоставка за неговото устойчиво използване.

GOOS стартира официално на ХVІ Сесия на Асамблеята на Междуправителствена Океанографска комисия (IOC) (Март, 1991). Тя е подкрепена на ХІ Конгрес на Световната Метеорологична Организация (WMO) (Maй, 1991). Създаването й е в отговор на нарастващия стремеж за по-резултатно управление на морските и океански ресурси и по-високо качество на прогнозите, тъй като и за двете е нужно да се осъществяват интегрирани физични, химични и биологични наблюдения. От своя страна, Програма 21 също призовава за създаване на система, която да посрещне нуждите на бреговите държави за устойчиво развитие на моретата и океаните.

Законовата уредба за развитие на системата се базира на различни международни Конвенции и Планове за действие в т.ч. Конвенцията за морско право, Рамковата Конвенция за промените в климата, Конвенцията за биоразнообразие, споменатата вече, Програма 21, приета на Конференцията на ООН за околната среда и развитието в Рио де Жанейро през 1992 г., Глобалния план за действие за опазване на морската среда от базирани на земята дейности, Лондонската Конвенция за дъмпинг на отпадни продукти и др. Правителствата се нуждаят от тази информация, за да изпълняват задълженията си по тези Конвенции.
2.3. Цели и изпълнение на GOOS

Основните цели на GOOS са: а) да определи кои данни са необходими постоянно, за да се задоволят нуждите на световната общност от потребители; б) да създаде и осъществи международно координирана стратегия за тяхното събирането и обмяната; в) да улесни използването им и да разшири тяхното приложение за опазване на морската среда; г) да създаде условия за повишаване на възможностите на по-слабо развитите страни да събират и използват морски данни; д) да координира текущите операции и да осигурява тяхното интегриране в рамките на по-широка глобална стратегия за наблюдение и управление на морската и океанска среда, [Strategy for EuroGOOS. 1996].

GOOS се осъществява на базата на: съществуващи оперативни системи като Съвместната техническа комисия на IOC-WMO по океанография и морска метеорология, Глобалната система за наблюдение на морското ниво (GLOSS) и системата за събиране на данни с дрейфуващи буйове (DBCP); пилотни проекти като Глобалния експеримент за асимилация на океански данни (GODAE), френския проект MERCATOR и Argo – глобална мрежа от 3000 свободно дрейфуващи профилиращи поплавъци, които измерват температурата и солеността в горния 2000 m слой на океана; регионални програми на GOOS като EuroGOOS, Балтийската оперативна система за наблюдение (BOOS), Средиземноморски GOOS (MedGOOS), Черноморски GOOS (BSGOOS), Африкански GOOS, Карибски GOOS (CARIBEGOOS), Тихоокеански GOOS (Pacific Islands GOOS), Индоокеански GOOS (IOGOOS) и т.н.; национални програми, които са действащи в страни като Аржентина, Венецуела, Гърция, Дания, Испания, Канада, Колумбия, Коста Рика, Куба, Норвегия, Перу, Полша, Русия, САЩ, Чили и др.

EuroGOOS e европейският компонент на GOOS и представлява асоциация от агенции, работещи заедно за поощряване на европейското участие в GOOS и за развитието на оперативната океанография на европейските морета и прилежащите океани за ползата на цяла Европа. Създадена е през 1994 г. Сега тя има 31 члена от 17 европейски държави.

Всяка регионална програма включва редица проекти, с цел финансиране на дейностите, свързани със събирането и обработката на морски и океански данни. Те са предназначени да изпълнят по най-ефикасен и своевременен начин задачите, възложени на регионалните програми на GOOS, особено тези, свързани с повишаването на капацитета и интегриране усилията на отделните държави. Такива проекти са ПАПА (BOOS), MAMA (MedGOOS) и AРENA (BSGOOS). Понастоящем, те са част от оперативната група за прогнози към Европейската Комисия. Формирана първоначално от седем MAST-III проекта, сега тя обхваща проекти по Петата и Шеста Рамкова програма на Европейския съюз. Общият брой на партньорите, участващи в оперативната група за прогнози, е над 150. Фигура 1 илюстрира структурата на EuroGOOS и мястото на проектите, свързани с оперативната океанография.

Фигура 1. Мястото на проекта АРЕНА в структурата на EuroGOOS.
Членовете на EuroGOOS си сътрудничат за изработването на обединен европейски подход за: идентифициране на европейските приоритети в оперативната океанография, поощряване развитието на науката, технологиите и компютърните системи за изпълнението на нейните цели и оценка на социално-икономическите ползи от оперативната океанография. Те допринасят за международното планиране и изпълнение на GOOS и я популяризират на национално, европейско и глобално ниво. Дейността на EuroGOOS е насочена към постигане на максимална полза от съществуващите оперативни системи.
3. Черноморската Глобална Система за Наблюдение на Океана
Здравето и живота на 162 милиона души са засегнати от природната деградация на Черно море (Фигура 2). Това налага значително по-адекватно предвиждане на промените в Черноморската екосистема, за да се вземат оптимални решения за по-добро управление на морската среда и устойчивото развитие на природните ресурси, [Black Sea GOOS Strategic Action and Implementation Plan, 1993].

Услугите, свързани с оперативната океанография, подпомагат морската индустрия в черноморския регион и допринасят за ефикасността на свързаните с нея дейности като намаляват рисковете от инциденти. Освен това, оперативната информация предоставя мощни инструменти за оптимизиране на мониторинга и управлението на околната среда.

BSGOOS е предназначена да насърчи развитието на оперативната океанография в басейна на Черно море и да поощри интегрирането на мониторинга и прогнозните дейности в рамките на GOOS, [Black Sea GOOS Strategic Action and Implementation Plan, 1993]. Основната й цел е наблюдение и предсказване на промените на процесите в Черно море чрез развитието и изпълнението на наблюдателна и прогностична система. Тя обхваща пространствените мащаби на басейна, включително и тези на бреговата и шелфова зона и времевите мащаби, вариращи от дни до седмици и месеци.

• 
  За дълъг период от време с нарастващо качество и въз основа на все по-ефикасни методи;
  
• 
  Системни измервания, които трябва са рационални, с точност отговаряща на специфичните цели GOOS;
  
• 
  Ориентирани към крайните потребители - трябва да служат за развитието на подходящи практики за управление на бреговите и пристанищни акватории. Оценено е, че приносът на морската индустрия и услуги възлиза на 3-5 % от брутния вътрешен продукт на развиващите се брегови държави. Черноморската GOOS допринася за подобряване на сигурността и повишаване на продуктивността на тези дейности. Допълнителните ползи нарастват при наличието на надеждни седмични, сезонни и междугодишни прогнози за времето, състоянието на морето и очакваните климатични промени;
  
• 
  Икономически ефективни – трябва да са свързани с увеличаването на възвращаемостта на наличните финансови и човешки ресурси чрез прилагането на икономични и ефикасни методи за наблюдение.
  

Черноморската GOOS обхваща шест различни програми: (1) Стандартни метеорологични наблюдения и услуги; (2) Програма за наблюдение с малки плавателни съдове; (3) Измервания с кораби, които извършват редовни рейсове; (4) Програма за събиране на данни с дрейфуващи буйове; (5) Спътникови измервания; (6) Програма за управление на данни. По долу ще обърнем внимание на три от тях, [Black Sea GOOS Strategic Action and Implementation Plan, 1993].

Множество малки изследователски плавателни съдове ще събират данни в пристанищата и в определени акватории из целия басейн с цел да се осигури подходящ мониторинг. Така ще се минимизира корабното време, тъй като работата и поддръжката на малките съдове е много по-лесно. Допълнително предимство е, че големите черноморски океанографски институти притежават изследователски кораби, предназначени за брегови и шелфови изследвания. Очаква се да се съберат времеви серии от данни, които да бъдат асимилирани от биологични и хидродинамични модели. Това ще позволи мониторинг и оценка на изменчивостта на параметрите на природната среда, което е от особена важност за предсказване на динамиката на замърсяване в райони със засилен антропогенен натиск каквито са пристанищата и прилежащите им водни площи.

Данните, получени от програмата за наблюдения с дрейфуващи буйове, задълбочават познанията за динамиката на крайбрежните черноморски течения и свързаната с тях мезомащабна циркулация (Фигура 4), [Black Sea GOOS Strategic Action and Implementation Plan, 1993]. Буйовете се разположени както на фиксирано по дълбочина, така и на фиксирано по плътност ниво. На дрейфуващите буйове са поставени спектрорадиометър, флуорометър, трансмисиометър, акустичен доплеров измерител на теченията, термистор и датчици за проводимостта. Други типове буйове, като автономните лагранжови поплавъци, доставят триизмерни образи и се използват за изследване на водния стълб по хоризонтала и вертикала. Основното предимство на буйовете пред другите платформи е, че с тях може да се извършва широк спектър от пробонабиране при относително ниска себестойност.

Измерванията на температурата от разположени на повърхността буйове може да се използват за калибриране на сателитни данни за повърхностната температура, особено ако преките корабни наблюдения са редки или не съществуват. Когато буйовете са снабдени с термисторна верига, измерваща температурата на водата до 300 м дълбочина, то получените данни ефикасно допълват хидрографското профилиране, извършвано от изследователски кораби.

Измерванията ин ситу на океанските параметри чрез използването на закотвени за дъното апарати, буйове или пробовземане по профили с изследователски кораби или плавателни съдове, изпълняващи редовни рейсове, се допълват от сателитни измервания. Те осигуряват данни за биологичната продукция и растителната биомаса (Фигура5), температурата на повърхността (чрез използване на радиометър с висока разделителна способност) и издигането на водната повърхност (чрез измервания с алтиметър). Последните два измервателни метода помагат за определяне на динамиката на големомащабните и мезомащабните повърхностни течения. Те са от изключителна важност за адвекцията на живите и неживи елементи, идентификацията на фронтове, банки и хребети, както и на зоните на апуелинг, където има висока концентрация на зоопланктон и рибните популации се събират за хранене, хвърляне на хайвера и развитието на организмите в ранен стадий.

Дистанционните и конвенционалните методи за наблюдение на морската среда трябва да се разглеждат в тяхното единство. Те покриват пълния спектър от времевите и пространствени мащаби на процесите, протичащи във водното тяло. Сателитните измервания осигуряват квази-синоптична снимка на големи акватории с добра пространствена разделителна способност, което е практически невъзможно при използването на буйове. От друга страна, чрез конвенционалните океанографски измервания се събират разнообразни данни за биологичните, биохимичните и физичните характеристики на морската вода, които не могат да бъдат получени посредством дистанционните методи. Следователно, съчетаването на сателитните с измерванията ин ситу е изключително важно.
3.3. Числено моделиране

Численото моделиране на морските процеси непрекъснато се усъвършенства. Сега съществуват много оперативни системи, които осигуряват необходимите продукти за голям брой потребители, [Black Sea GOOS Strategic Action and Implementation Plan, 1993]. Голяма част от използваните оперативни модели прогнозират различни физически променливи, като издигането на морската повърхност и височината на вълните. Резултат от прилагането на подобен модел може да се види на Фигура 6.

Понастоящем за Черно море се прилага числен модел за симулация на мезомащабни вихри. Пример за моделиране на повърхностни течения след асимилация на данни от алтиметър е показан на Фигура 7.

Фигура 6. Изолинии на морското ниво, насложени върху снимка, получена от радар с висока разделителна способност (AVHR).


Фигура 7. Повърхностни течения след асимилация на данни от алтиметър.
Моделирането на петролните разливи, което се извършва в рамките на черноморската GOOS и проекта АРЕНА би могло да бъде от голяма полза за пристанищните власти при управлението на морската среда в акваторията на пристанищата. Тези резултати заедно с надеждните прогнози за състоянието на морето ще допринесат за сигурността на морския транспорт и други дейности, извършвани в дълбоководието.

Черноморската GOOS установи близко научно сътрудничество с EuroGOOS и MedGOOS, които имат цели съвпадащи по своята същност с тези на черноморската GOOS. Изпълнението на BSGOOS следва насоката, приета от EuroGOOS и MedGOOS. Съвместното им прилагане за два, свързани помежду си басейна като Черно и Средиземно море, предполага голяма възвращаемост както от научна, така и от икономическа гледна точка.

Тази проблематика е тясно обвързана с нуждите на крайните потребители. Затова проектът е насочен към тях. Една от специфичните му цели е да оцени нуждите им и изискванията им към данните и крайните продукти. Предвижда се и изпълнението на тренировъчна програма за практическото прилагане на тези продукти като инструмент за адекватно управление на околната среда. По отношение на пристанищата и пристанищните власти приносът на АРЕНА ще бъде особено полезен при оценката на най-значителните рискове. Това ще подпомогне изработването на мерки за противодействие и намаляване на щетите от тях.

Горното ще бъде осъществено заедно с изграждането на ефективна система за разпространяване на крайните продукти на проекта. На всеки етап от своята дейност АРЕНА ще съобщава и разпространява информация и резултати до крайните потребители, за да ги улесни при взимането на управленски решения.
5. Заключение
Глобалната Система за Наблюдение на Океана не е програма, проект или експеримент. Тя представлява постоянна, международно координирана система за събиране и обработка на данни за моретата и океаните, създаване на продукти и услуги, описващи сегашното и прогнозиращи бъдещото състояние на морската и океанска среда, икономически ефективно използване на съществуващите инфраструктура и познания. При успешното му изпълнение, GOOS ще доведе до увеличаване на финансирането и обществената стойност на дейностите, свързани с наблюдението на океана и създаването на научно-приложни продукти за благото на всички нации. Проектът АРЕНА е създаден, за да служи на целите на GOOS в черноморския регион. Той постави основите на система за получаване на оперативна океанографска информация и нейното бързото доставяне до нуждаещите се крайни потребители.

Благодарности
Този доклад е завършен в рамките на проекта по 5та Рамкова програма на Европейския съюз АРЕНА, Договор No. EVK3-CT-2002-80011.

ЛИТЕРАТУРА
ARENA Description of Work, 2003.

Black Sea GOOS Strategic Action and Implementation Plan. IOC/INF No.1176, UNESCO, 1993.

First GOOS USERS’ Forum. GOOS Report No.92, UNESCO, 2000.

Strategic Plan and Principles for Global Ocean Observing System (GOOS). GOOS Report No.41, IOC/INF-1091, UNESCO, 1998.

Strategy for EuroGOOS. ISBN 0-904175-22-7, 1996.

Towards Operational Oceanography: the Global Ocean Observing System (GOOS). IOC/INF-1028, UNESCO, 1996.

http://www.arena-blacksea.net

http://www.unesco.org/ioc/goos/