Marine Environmental Characterization

استفاده از داده‌های محیطی برای پشتیبانی از علم، فناوری و عملیات دریایی به‌دلیل رصدخانه‌های طولانی‌مدت اقیانوس، سکوهای بدون سرنشین، سنجش از دور ماهواره‌ای و ساحلی، مدل‌های عددی شبیه‌سازی داده‌ها، و ارتباطات پرسرعت به‌طور چشمگیری تکامل یافته است. اطلاعات زیست محیطی قابل اجرا به طور منظم از اندازه گیری های کنترل شده با کیفیت و پیش بینی های ماهرانه تولید و ارسال می شود. توصیف فرآیندهای پیچیده اقیانوس شناسی در مقایسه با ویژگی های داخلی دشوارتر است زیرا در به دست آوردن مشاهدات از مکان های اغلب دورافتاده و خطرناک دشوار است. صرف نظر از این، پروژه ها و عملیات مهندسی ساحلی و اقیانوسی به جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های هواشناسی و اقیانوس شناسی برای پر کردن شکاف های اطلاعاتی و اجرای مدل های عددی برای مشخص کردن مناطق مورد نظر نیاز دارند. تجزیه و تحلیل داده ها همچنین برای ادغام داده های دریایی متفاوت از آرشیوهای ملی، حسگرهای درجا، تصاویر و مدل های عددی برای برآوردن نیازهای پروژه ضروری است. توصیف جامع زیست محیطی دریایی برای تصمیم گیری مبتنی بر داده در سراسر چرخه عمر علم و مهندسی (به عنوان مثال، تحقیق، تولید، عملیات، پایان عمر) ضروری است.

بسیاری از پروژه های علم و فناوری دریایی نیاز به استخدام دارند. مجموعه‌ای از ابزارها و مدل‌ها برای توصیف فرآیندهای متغیر مکانی و زمانی که ممکن است بر عملیات تأثیر بگذارد. از آنجایی که شرایط محیطی خاص به آسیب های سازه ای یا اختلالات عملیاتی کمک می کند، آنها با استفاده از پارامترهای آماری که برای اهداف مهندسی استاندارد شده اند توصیف می شوند. توصیف آماری باید شرایط شدید و همچنین تنوع بلند مدت و کوتاه مدت را توصیف کند. این داده ها همچنین ممکن است برای تأیید و اعتبار مدل ها و شبیه سازی ها استفاده شوند. خصوصیات زیست محیطی منطقه ای را پوشش می دهد که پروژه های مهندسی یا عملیات دریایی در آن انجام می شود. برای کشتی‌هایی که در مسیرهای دریایی مختلف فعالیت می‌کنند، پایگاه‌های داده و مدل‌های دریایی برای توصیف شرایط محیطی ضروری هستند. داده هایی که برای طراحی و عملیات مورد استفاده قرار می گیرند، باید یک دوره زمانی به اندازه کافی طولانی را برای توصیف تغییرات فصلی تا زیر فصلی، چند ساله، ده ساله، چند دهه ای و حتی عوامل اقلیمی مانند افزایش سطح دریا، بادهای ساحلی، امواج پوشش دهند. و دمای جهانی اقیانوس ها انواع داده های ترکیبی برای محاسبه بارهای محیطی برای منطقه مورد نظر ضروری هستند. عوامل معمولی عبارتند از باد، امواج، جریان و جزر و مد. برخی از مناطق ممکن است نیاز به بررسی رسوب زیستی، زلزله، یخ، شوری، شرایط خاک، دما، سونامی و دید داشته باشند. مشاهدات همچنین برای پیش‌بینی‌های عددی استفاده می‌شوند، اما ممکن است به دلیل فرضیات فیزیکی نادرست و/یا داده‌های اولیه نادرست، خطاها وجود داشته باشد، که می‌تواند باعث شود با افزایش زمان‌های پیش‌بینی، خطاها به سطوح غیرقابل قبولی برسد. به طور کلی، ابزارهای توصیف محیط زیست دریایی، از داده‌های مشاهده‌ای گرفته تا مدل‌سازی عددی، برای علوم، مهندسی، و رشته‌های عملیاتی دریایی امروزی حیاتی هستند.

The use of environmental data to support science, technology, and marine operations has evolved dramatically owing to long-term ocean observatories, unmanned platforms, satellite and coastal remote sensing, data assimilative numerical models, and high-speed communications. Actionable environmental information is regularly produced and communicated from quality-controlled measurements and skillful forecasts. The characterization of complex oceanographic processes is more difficult compared to inland features because of the difficulty in obtaining observations from often remote and hazardous locations. Regardless, coastal and ocean engineering projects and operations require the collection and analysis of meteorological and oceanographic data to fill information gaps and the running of numerical models to characterize regions of interest. Data analytics are also essential to integrate disparate marine data from national archives, in situ sensors, imagery, and numerical models to meet project requirements. Holistic marine environmental characterization is essential for data-driven decision making across the science and engineering lifecycle (e.g., research, production, operations, end-of-life).

Many marine science and technology projects require the employment of an array of instruments and models to characterize spatially and temporally variable processes that may impact operations. Since certain environmental conditions will contribute to structural damage or operational disturbances, they are described using statistical parameters that have been standardized for engineering purposes. The statistical description should describe extreme conditions as well as long- and short-term variability. These data may also be used to verify and validate models and simulations. Environmental characterization covers the region where engineering projects or maritime operations take place. For vessels that operate across a variety of seaways, marine databases and models are essential to describe environmental conditions. Data, which are used for design and operations, must cover a sufficiently long time period to describe seasonal to sub-seasonal variations, multi-year, decadal, multi-decadal, and even climatological factors such as sea level rise, coastal winds, waves, and global ocean temperatures. Combined data types are essential for the computation of environmental loads for the region of interest. Typical factors include winds, waves, currents, and tides. Some regions may require consideration of biofouling, earthquakes, ice, salinity, soil conditions, temperature, tsunami, and visibility. Observations are also used for numerical forecasts, but errors may exist due to inexact physical assumptions and/or inaccurate initial data, which can cause errors to grow to unacceptable levels with increased forecasting times. Overall, marine environmental characterization tools, from observational data to numerical modeling, are critical to today's science, engineering, and marine operational disciplines.