شناورهای اقیانوس برای چه مواردی استفاده می شود؟ در داخل شبکه جهانی شناور دریایی

شناورهای دریایی به عنوان ستون فقرات نظارت بر اقیانوس، ایمنی ناوبری و علم محیط زیست عمل می کند. در هسته خود، شناورهای اقیانوسی دستگاه‌های شناوری هستند که به بستر دریا لنگر می‌زنند یا آزادانه در حال حرکت هستند و برای جمع‌آوری داده‌ها، علامت‌گذاری خطرات، هدایت کشتی‌ها و پشتیبانی از تحقیقات علمی در سراسر آب‌های جهان طراحی شده‌اند. از قطب شمال تا مناطق استوایی، بیش از 1300 شناور لنگردار و هزاران شناور شناور در حال حاضر در سطح جهان مستقر هستند و شبکه‌ای را در زمان واقعی تشکیل می‌دهند که هر روز پیش‌بینی‌های آب و هوا، مسیرهای کشتیرانی و مطالعات آب و هوا را به اطلاع می‌رساند.

شناورهای اقیانوس چیست و چگونه کار می کنند؟

شناور دریایی یک وسیله شناوری است که برای انجام عملکردهای خاص - از علامت گذاری کانال های ناوبری گرفته تا انتقال داده های اقیانوس شناسی از طریق ماهواره- بر روی سطح آب قرار می گیرد. طراحی آنها بسته به هدف به طور چشمگیری متفاوت است، اما اکثر آنها اجزای کلیدی را به اشتراک می گذارند: بدنه (اغلب از پلی اتیلن یا فولاد با چگالی بالا)، سیستم لنگر یا مکانیزم رانش، منبع تغذیه (پانل های خورشیدی یا باتری)، و سنسورها یا تجهیزات سیگنالینگ.

شناورهای داده معمولاً اندازه گیری ها را از طریق سیستم ماهواره ای آرگوس یا GOES (ماهواره های محیطی عملیاتی زمینی) ، بسته به استقرار هر 10 دقیقه تا چند ساعت به روز رسانی را ارسال می کند. در مقابل، شناورهای ناوبری به جای انتقال داده از بازتابنده های غیرفعال، نورها و صداها استفاده می کنند.

کاربردهای اولیه شناورهای اقیانوس

1. پیش بینی آب و هوا و پایش هواشناسی

یکی از حیاتی ترین کاربردهای شناورهای دریایی، جمع آوری داده های جوی و سطح دریا در زمان واقعی برای تولید مدل های آب و هوا است. مرکز ملی داده شناور NOAA (NDBC) به پایان رسید 900 ایستگاه در سراسر آب های ایالات متحده، اندازه گیری سرعت و جهت باد، دمای هوا و آب، ارتفاع موج، و فشار هوا. این داده ها مستقیماً وارد می شوند پیش بینی سرویس ملی هواشناسی و مدل های ردیابی طوفان

بدون شبکه های شناور، پیش بینی های آب و هوای فراساحلی تا این میزان کاهش می یابد دقت 30 درصد در برخی مدل‌ها، طبق مطالعات مرکز اروپایی پیش‌بینی هوای متوسط (ECMWF).

2. ناوبری و ایمنی دریایی

شناورهای ناوبری کانال های ایمن را مشخص می کنند، خطراتی مانند صخره ها و صخره های کم عمق را برجسته می کنند و ورودی های بندر را مشخص می کنند. را انجمن بین المللی کمک های دریایی به مقامات ناوبری و فانوس دریایی (IALA) سیستم های رنگ و شکل شناور را استاندارد می کند که در بیش از 150 کشور استفاده می شود. به عنوان مثال:

• شناورهای قرمز هنگام بازگشت به بندر، سمت راست کانال ها را علامت بزنید (در منطقه B IALA که در قاره آمریکا استفاده می شود)
• شناورهای سبز سمت چپ کانال ها را علامت بزنید
• شناورهای زرد مناطق ویژه مانند لنگرگاه ها یا مناطق تمرین نظامی را نشان می دهد
• شناورهای سفید با علامت‌های نارنجی، مناطق نگه‌داری یا مناطق اطلاعاتی را مشخص کنید

3. هشدار اولیه سونامی و بلایای طبیعی

را دارت (ارزیابی و گزارش سونامی در اعماق اقیانوس) سیستم توسعه یافته توسط NOAA، از شناورهای تخصصی لنگر انداخته در اعماق حداکثر استفاده می کند 6000 متر برای تشخیص تغییرات فشار ناشی از امواج سونامی. این شناورها می توانند سونامی را در عرض چند دقیقه پس از زلزله زیر آب تشخیص دهند و قبل از رسیدن امواج به مناطق ساحلی هشدارهایی را ارسال کنند. شبکه در حال حاضر شامل 39 بویه دارت در سراسر اقیانوس آرام، اطلس و اقیانوس هند.

پس از سونامی فاجعه بار اقیانوس هند در سال 2004، که بیش از 227000 نفر را کشت، سرمایه گذاری قابل توجهی برای گسترش سیستم های هشدار اولیه مبتنی بر شناور در سطح جهانی انجام شد.

4. تحقیقات علوم اقیانوس و اقلیم

شناورهای علمی برای مطالعه گردش اقیانوس، افزایش سطح دریا، شوری، رویدادهای ال نینو و جذب دی اکسید کربن به کار گرفته می شوند. را برنامه آرگو - آرایه جهانی بیش از 4000 شناور پروفایل مستقل - هر 10 روز یکبار تا عمق 2000 متری شیرجه می‌زند و مشخصات دما و شوری را قبل از قرار گرفتن در سطح زمین برای انتقال داده جمع‌آوری می‌کند. از زمان راه اندازی آن در سال 2000، آرگو بیش از 2 میلیون پروفایل اقیانوس شناسی ، درک ما را از نحوه ذخیره و توزیع مجدد گرما در اقیانوس ها تغییر می دهد.

5. نظارت بر محیط زیست و تشخیص آلودگی

شناورهای دریایی مجهز به حسگرهای شیمیایی شاخص‌های کیفیت آب از جمله اکسیژن محلول، pH، کدورت، غلظت کلروفیل و شاخص‌های شکوفه جلبکی مضر (HAB) را کنترل می‌کنند. در جریان حوادث نشت نفت، شناورهای شناور برای ردیابی حرکت لغزنده سطح در زمان واقعی مستقر شده اند و به هماهنگ کردن تلاش های پاکسازی کمک می کنند. به عنوان مثال، در طول نشت Deepwater Horizon در سال 2010، شناورهای شناور اطلاعات مهمی در مورد چگونگی انتشار نفت در خلیج مکزیک ارائه کردند.

6. عملیات جستجو و نجات

نشانگر موقعیت اضطراری رادیو بیکن ها (EPIRBs) و شناورهای جستجو و نجات (SART) هنگامی که یک کشتی واژگون می شود یا فردی در دریا می افتد فعال می شوند. این دستگاه‌ها سیگنال‌های دیسترس را به صورت روشن ارسال می‌کنند 406 مگاهرتز به شبکه ماهواره ای COSPAS-SARSAT، در عرض چند دقیقه به مراکز هماهنگی نجات هشدار می دهد. EPIRB های مدرن می توانند یک مکان را در داخل مشخص کنند 100 متر ، زمان واکنش نجات را به طور چشمگیری بهبود می بخشد.

انواع شناورهای دریایی و مشخصات آنها

الزامات ماموریت های مختلف، طراحی های شناورهای بسیار متفاوت را می طلبد. جدول زیر به طور خلاصه دسته بندی های اصلی را نشان می دهد:

چگونه داده های شناور پیش بینی آب و هوا را تقویت می کند

هنگامی که یک طوفان در اقیانوس اطلس شکل می گیرد، هواشناسان فقط به ماهواره ها متکی نیستند. شبکه‌های شناور سرعت باد سطحی، ارتفاع موج و دمای سطح دریا را مستقیماً به مدل‌های پیش‌بینی عددی آب و هوا (NWP) مانند NOAA منتقل می‌کنند. سیستم پیش بینی جهانی (GFS) و مدل ECMWF. داده های دمای سطح دریا (SST) از شناورها به ویژه حیاتی است - آب گرم اقیانوس در بالا 26 درجه سانتی گراد (79 درجه فارنهایت) سوخت اولیه برای تشدید طوفان استوایی است.

را آرایه TAO/TRITON (اقیانوس اتمسفر گرمسیری / شبکه شناورهای فرا اقیانوسی مثلثی) در اقیانوس آرام استوایی متشکل از تقریباً 70 شناور شناور است که شرایط ال نینو و لا نینا را زیر نظر دارند. این پدیده ها بر الگوهای بارندگی و دما در سراسر آمریکای شمالی، آمریکای جنوبی، استرالیا و آسیا تأثیر می گذارد و میلیاردها نفر را تحت تأثیر قرار می دهد. بدون این آرایه شناور، پیش بینی های فصلی برای رویدادهای ال نینو به طور قابل توجهی بدتر می شود.

را Role of Marine Buoys in Climate Change Research

را ocean absorbs about 90 درصد گرمای اضافی به دام گازهای گلخانه ای و تقریبا 25-30٪ از انتشار CO2 انسانی سالانه اندازه گیری این تغییرات مستلزم مشاهده مداوم و گسترده اقیانوس است - و شناورها ابزار انتخابی هستند.

برنامه هایی مانند SOCAT (اطلس سطحی CO2 اقیانوس) از حسگرهای pCO2 روی شناور برای ردیابی تبادل دی اکسید کربن بین اقیانوس و جو استفاده کنید. به طور مشابه، شبکه جهانی شناورهای آرگو مستند کرده است که اقیانوس بالایی (0-700 متر) تقریباً گرم شده است. 0.13 درجه سانتیگراد در هر دهه از سال 1971، یک معیار مهم برای درک سرعت تغییرات آب و هوا.

نسل جدید شناورهای بیوژئوشیمیایی آرگو (BGC-آرگو) در حال حاضر علاوه بر دما و شوری، اکسیژن، نیترات، کلروفیل و نور را اندازه گیری می کنند و درک ما از زیست شناسی اقیانوس ها و پمپ کربن بیولوژیکی را به میزان زیادی گسترش می دهند.

چالش ها در استقرار و نگهداری شناورهای اقیانوس

علیرغم اهمیت آنها، شناورهای دریایی با چالش های عملیاتی قابل توجهی روبرو هستند:

• خرابکاری و دزدی: شناورهای ناوبری گهگاه توسط شناورها برخورد می کنند یا عمداً آسیب می بینند. در برخی از مناطق، کشتی های ماهیگیری برای بازیابی سخت افزار لنگر، زنجیرهای لنگر را قطع می کنند.
• رسوب زیستی: حشرات، جلبک‌ها و موجودات دریایی روی سطوح بدنه و محفظه‌های حسگر جمع می‌شوند و دقت داده‌ها را کاهش می‌دهند. پوشش های ضد رسوب فواصل سرویس را افزایش می دهند اما باید به طور دوره ای مجدداً اعمال شوند.
• آب و هوای شدید: شناورها در مناطق مستعد طوفان به گونه ای طراحی شده اند که در برابر ارتفاع موج بیش از حد مقاومت کنند 20 متر ، اما خسارت قابل توجهی و قطع اطلاعات در طول طوفان های بزرگ رخ می دهد.
• محدودیت های قدرت: شناورهای از راه دور به پنل های خورشیدی و باتری ها متکی هستند. استقرار در عرض‌های جغرافیایی بالا با ماه‌ها کاهش ورودی خورشیدی مواجه است که عملکرد سنسور را محدود می‌کند.
• هزینه: یک شناور داده بزرگ در عمق آب می تواند هزینه داشته باشد 250,000 تا 500,000 دلار برای ساخت و استقرار، با نگهداری سالانه هزینه های قابل توجهی اضافه می شود.

NDBC NOAA تخمین می زند که در هر زمان معین، تقریباً 10-15٪ از شبکه شناور آن ممکن است به دلیل این عوامل عملکرد ضعیف یا وضعیت آفلاین را تجربه کنند.

نوآوری هایی که آینده شناورهای دریایی را شکل می دهند

را next generation of ocean buoys is being shaped by advances in sensor miniaturization, energy harvesting, artificial intelligence, and communications technology:

• برداشت انرژی موج: نمونه های اولیه از حرکت موجی برای تولید الکتریسیته استفاده می کنند که امکان کار مداوم بدون وابستگی به خورشید را فراهم می کند. شناور انرژی موجی دانشگاه ایالتی اورگان تولید انرژی ثابتی را در آزمایش‌های اقیانوس باز نشان داد.
• تشخیص ناهنجاری مبتنی بر هوش مصنوعی: الگوریتم‌های یادگیری ماشینی داده‌های حسگر را در زمان واقعی تجزیه و تحلیل می‌کنند تا رانش سنسور، رسوب یا رویدادهای اقیانوس‌شناسی غیرمعمول را علامت‌گذاری کنند و کیفیت داده‌ها را بدون نیاز به بازرسی فیزیکی بهبود بخشند.
• نانو شناورهای ارزان قیمت: برنامه هایی مانند NOAA بادبان و وسایل نقلیه سطحی بدون سرنشین مشابه، شناورهای سنتی را با پلتفرم های متحرک و خودکششی تکمیل می کنند که می توانند در صورت تقاضا تغییر مکان دهند.
• اتصال به اینترنت اشیاء ماهواره ای: صورت فلکی ماهواره‌ای جدید در مدار پایین زمین (LEO) مانند Starlink و Iridium Certus انتقال داده‌ها را با پهنای باند بالاتر و با تأخیر کمتر امکان‌پذیر می‌کنند و به شناورها اجازه می‌دهند تا داده‌های حسگر پیوسته را به جای عکس‌های فوری دوره‌ای پخش کنند.

شبکه های شناور جهانی کلیدی در یک نگاه

چرا شناورهای دریایی بیش از هر زمان دیگری اهمیت دارند؟

از آنجایی که تغییرات آب و هوایی طوفان ها را تشدید می کند، جریان های اقیانوسی را تغییر می دهد و سطح آب دریاها را بالا می برد، تقاضا برای داده های دقیق و پیوسته اقیانوس به سرعت در حال افزایش است. شناورهای دریایی مشاهداتی را ارائه می‌کنند که هیچ ماهواره‌ای نمی‌تواند تکرار کند - اندازه‌گیری‌های مستقیم و درجا در سطح اقیانوس و در سرتاسر ستون آب که داده‌های سنجش از دور را تأیید می‌کند و مدل‌های آب و هوای جهانی را ثابت می‌کند.

را سازمان جهانی هواشناسی (WMO) مشاهدات اقیانوس - در درجه اول شبکه های شناور - را به عنوان یکی از شکاف های با اولویت در سیستم مشاهده جهانی شناسایی می کند. گسترش پوشش شناور، به ویژه در اقیانوس جنوبی و قطب شمال، که در آن داده ها کم است، برای کاهش عدم قطعیت هم در پیش بینی های کوتاه مدت و هم در پیش بینی های بلند مدت آب و هوا ضروری است.

شناورهای دریایی خواه هدایت ایمن یک کشتی باری از طریق کانالی پر از مه، هشدار به جوامع ساحلی از نزدیک شدن سونامی، یا افشای چگونگی گرم شدن اقیانوس آرام سال به سال، یکی از ضروری ترین و اغلب نامرئی ترین ابزارها در رابطه بشریت با دریا هستند..