Подготовка к повышению уровня моря благодаря гидрографии
Сэм Харпер, Матиас Джонас и Сара Джонс Кутюр, МГО (cтатья в Hydro International № 2 за апрель 2023 г.)
От морских карт к морским пространственным данным
Во многих местах по всему миру получаемые данные однозначно показывают повышение уровня моря. В низменных прибрежных районах даже небольшое увеличение водного уровня в сочетании с высокими приливами и штормовыми нагонами может иметь разрушительные последствия. Гидрография может предоставить ряд технологических и информационных решений для мониторинга изменений, определения уязвимых областей и подготовки к будущему. Стандарты цифровых данных, разработанные МГО (Международная гидрографическая организация), также могут помочь справиться с большим объемом генерируемых данных об океане.
Поверка измерителя водного уровня в Антарктиде
Повышение уровня моря в сочетании с экстремальными погодными явлениями может иметь далеко идущие последствия, такие как изменение береговой линии, воздействие на прибрежную энергетическую инфраструктуру и перемещение населения. Однако не во всем мире это будет затронуто в одинаковой степени или с одинаковой скоростью. Приливы и уровень моря определяются многими факторами: гравитационное притяжение Солнца и Луны, а также форма и текстура морского дна, которые в некоторых случаях могут увеличивать высоту приливов и волн. Гидрографические продукты и сервисы поддерживают все виды деятельности, связанные с океанами, морями и внутренними водными путями, и могут помочь в решении этих проблем. Гидрографические съемки собирают данные о различных параметрах океана, включая глубину (батиметрию), приливные явления и уровень моря. Чтобы интегрировать эти данные из разных географических источников, разных дисциплин и разных устройств и обеспечить их совместимость, необходимы надежные международные стандарты. В результате стандарты и рамки, разработанные МГО для навигации, расширяются для охвата других приложений.
От навигационных карт к инфраструктуре морских пространственных данных
Предоставление гидрографической информации расширилось от ввода данных только навигационных карт и сервисов до гораздо более широкого спектра деятельности. Оцифровка этой информации позволяет гидрографам предоставлять морские пространственные данные, которые можно наносить на карту и анализировать. Цифровые морские пространственные данные были успешно стандартизированы для навигации с использованием стандартов и руководств МГО и, в частности, с помощью стандарта обмена данными МГО S-57 для данных электронных карт и МГО INT 1 для стандартизации морских бумажных карт. Однако растущее значение экономических и экологических соображений требует более целостного подхода. На картах показаны лишь некоторые базовые гидрографические данные, поэтому они пользуются большим спросом для гораздо более широкого круга приложений, и поэтому функциональная совместимость этих данных важнее, чем когда-либо прежде.
Иллюстрация следующего поколения наборов данных, способных отображать топографию морского дна: комбинация S-101 ENC и S-102 Bathymetric Surface
Основываясь на опыте ECDIS (Электронная система отображения графических данных и информации) и ENC (Электронная навигационная карта), МГО продолжает разрабатывать и устанавливать стандарты и выпускать руководства, которые гарантируют, что гидрографическая информация доступна и может предоставляться пользователям посредством соответствующих согласованных и функционально совместимых продуктов и услуг. Разработка этих новых стандартов обусловлена необходимостью продолжать удовлетворять требования SOLAS (Безопасность жизни на море) по повышению безопасности судоходства и поддерживать внедрение электронной навигации под руководством Международной морской организации (ІМО), создание глобальной системы раннего предупреждения о цунами и устойчивое использование Мирового океана в рамках программы ООН Ocean Decade (Десятилетие океана). Для этого требуется легкий доступ к стандартизированной высококачественной цифровой геопространственной информации, которая может поддерживать управление и контроль морским пространством. Соответственно, МГО продолжает работу над структурой стандарта S-100 (рамочный документ МГО, предназначенный для разработки цифровых продуктов и услуг для гидрографических, морских и ГИС-сообществ) для поддержки создания и поддержки взаимодействующих спецификаций продуктов морских данных, соответствующих серии стандартов географической информации ISO-19100. Продукты на основе S-100, включая стандарт S-102 Bathymetric Surface (Батиметрическая поверхность) и S-111 Surface Currents (Поверхностные течения), находятся на начальной стадии внедрения, тестирования и оценки в рамках программ испытательных стендов МГО. Эта серия также включает спецификацию продукта для морских нормативов/пределов и границ (S-121) и морских охраняемых районов (S-122).
Измерения водного уровня, сделанные в Бресте, ясно показывают,
что уровень моря поднимается
Навигационные карты и цифровые данные о приливных явлениях
Гидрографические службы по всему миру следят за мареографами, которые предоставляют динамические данные об уровне моря, которые помогают определять тенденции течений и могут отображаться на цифровых картах. Тем не менее, корни этих приложений восходят к 1980-м годам, когда прогресс в области технологий представил возможность универсального программного приложения, которое могло бы в цифровом виде интегрировать ряд функций в частично интерактивный навигационный инструмент. IHO и IMO работали вместе, чтобы воплотить это видение в жизнь, предоставив спецификации и требования к производительности для такого приложения. В 1989 году IMO придумала название «ECDIS - электронная картографическая и информационная система» для этого инновационного класса компьютерных судовых навигационных устройств. Чтобы снабдить ECDIS официальными навигационными данными, IHO создала первые стандарты для цифровых морских карт в середине 1990-х годов - «ENC - Электронные навигационные карты». Потребовалось почти два десятилетия, прежде чем гидрографические службы смогли наладить регулярное предоставление ENC, эквивалентных бумажным картам с точки зрения качества и охвата морских районов их ответственности. Сегодня фактически все судоходные воды покрыты ENC, которых всего около 16 000. Существуют хорошо продуманные системы распространения для ENC, работающие в сотрудничестве с промышленностью, которые также обеспечивают регулярное обновление через спутниковую связь. В 2000-х годах пользовательский спрос на услуги информации о глубине в режиме реального времени для навигации в сочетании с доступностью батиметрических данных с высоким разрешением побудил интерес к ключевой области работы: внедрению динамических приливов и отливов в цифровую окружающую среду, связанную с ECDIS. По сей день МГО продолжает поощрять использование данных о приливах и восстановлению исторических записей мареографов для изучения долгосрочных изменений уровня моря. Некоторые из недавних морских тестирований S-100 универсальной модели гидрографических данных (Universal Hydrographic Data Model), также направлены на получение данных почти в реальном времени о подробной топографии морского дна и течениях.
Поддержка систем раннего предупреждения
Гидрографические данные также могут помочь предвидеть экстремальные погодные явления и стихийные бедствия, такие как цунами, и подготовиться к ним. На COP27 (название ежегодной конференции, где собираются все страны, ратифицировавшие Рамочную конвенцию Организации Объединённых Наций об изменении климата 1992 года) в Шарм-эль-Шейхе, Египет, Генеральный секретарь ООН г-н Антониу Гутерриш объявил о плане внедрения систем раннего предупреждения по всему миру в течение следующих пяти лет. В плане будут устранены «ключевые пробелы в понимании риска бедствий, мониторинга и прогнозирования, быстрой связи, а также готовности и реагирования». Для внедрения эффективных систем для океана необходимы актуальные и точные данные для отслеживания изменений в морской среде и разработки более точных моделей будущих тенденций. В частности, из-за того, что форма и текстура морского дна влияют на распространение волн цунами, более точная информация может помочь точно определить области для сосредоточения ресурсов.
Общая батиметрическая карта океана (GEBCO)
МГО работает вместе с IOC UNESCO (Межгосударственная океанографическая комиссия ЮНЕСКО) над созданием полной карты морского дна с высоким разрешением в рамках программы GEBCO. Данные хранятся в Центре данных по цифровой батиметрии (DCDB) МГО, расположенном в Национальном центре экологической информации (NCEI) Национального управления по исследованию океанов и атмосферы (NOAA) в Боулдере, штат Колорадо (США). Банк батиметрических данных DCDB ежегодно увеличивается на несколько терабайт. В результате получен свободно доступный грид GEBCO (глобальная модель рельефа и суши), которая теперь ежегодно обновляется, превратившись в интерактивный картографический инструмент с возможностями осуществления запросов. Однако охват и качество сетки зависят от поступающих данных съемки топографии океана. Доля мирового океана, нанесенная на карту с высоким разрешением с помощью грида GEBCO, увеличилась с 6% в 2017 году до почти 25% в 2022 году. Однако существует значительный пробел в полном высококачественном покрытии. Программа GEBCO работает над улучшением этого с помощью различных инициатив. Одним из них является совместный проект совместный проект Seabed 2030 (Морское дно 2030) японского фонда Nippon и GEBCO, целью которого является картографирование 100% океана в формате высокой четкости к концу этого десятилетия. Seabed 2030 работает над обнаружением существующих наборов данных, еще не загруженных в DCDB, поддерживает гражданский научный проект МГО по сбору данных о глубине («краудсорсинговая батиметрия» - получение батиметрических данных от группы бескорыстных исполнителей через интернет) и планирует спонсировать разработку новой технологии съемки. Цель проекта состоит в том, чтобы каждая ячейка грид-сетки с определенными целевыми разрешениями, которые различаются по глубине, содержала бы по крайней мере одно зондирование глубины. Грид-сетка GEBCO, выпущенная в июне 2022 года, содержала значительно больше данных, особенно в арктических и антарктических регионах, где покрытие увеличилось примерно на 15%. В знак признания его вклада в углубление знаний об океане программа Seabed 2030 была утверждена в качестве акции ООН в рамках Ocean Decade. Помимо структуры стандартизации S-100, грид-сетка GEBCO является одним из наиболее важных способов, с помощью которого гидрография может способствовать лучшему изучению океана. Помимо предоставления исходных данных для отслеживания изменений, более качественные данные обеспечивают более точные модели повышения уровня моря и океанских течений. Точность моделей прогнозирования воздействия подъема уровня воды на прибрежные районы в значительной степени зависит от геометрии и текстуры морского дна. Гидрография как прикладная наука является единственной дисциплиной, предоставляющей эти знания об океане.
Наращивание потенциала
Наращивание потенциала является важным компонентом программы работы МГО. Цель состоит в том, чтобы помочь государствам выполнять обязательства по гидрографии, картографии и безопасности на море, уделяя особое внимание рекомендациям UNCLOS (Конференция ООН по морскому праву), SOLAS (Международная конвенция по охране человеческой жизни на море) и другим международным документам. Сфера охвата включает безопасность судоходства, защиту морской среды, смягчение последствий изменения климата и адаптацию к нему, развитие национальной инфраструктуры, управление прибрежной зоной, морские исследования, эксплуатацию морских ресурсов (полезные ископаемые, рыболовство и т.д.), делимитации морских границ, морскую оборону и безопасность. и борьба со стихийными бедствиями в прибрежных районах.
Изображения ENC покрытия канала (онлайн-каталог карт МГО)
С 2005 г. программой МГО по наращиванию потенциала воспользовались более 1500 участников из 143 государств. Диапазон поддерживаемых мероприятий охватывает широкий спектр не только по типу мероприятий, но и по их продолжительности. Краткосрочные мероприятия могут включать технические визиты для оценки текущего уровня знаний, семинары и краткие курсы. Технические визиты помогают выявить гидрографические возможности, необходимые для предоставления услуг для выполнения обязательств, связанных с конвенцией SOLAS. Практикумы, семинары и краткие курсы посвящены конкретным аспектам обязательств, например, тем, которые связаны с информацией о безопасности на море, конкретными частями гидрографической съемки, обработкой и управлением данных, а также производством морских карт. МГО создала и поддерживает систему финансируемых образовательных курсов. С 2009 г. было организовано 27 курсов, которые прошли 137 студентов из 56 государств-членов, что внесло важный вклад в гидрографический потенциал по всему миру. Программа МГО по наращиванию потенциала финансируется из бюджета МГО и дополняется взносами государств-членов, промышленности и других партнеров. Сюда входит постоянная финансовая поддержка со стороны японского фонда Nippon и Республики Корея. Принимая во внимание растущий спрос на CB деятельность МГО (когда пользователи могут делиться своими мыслями и событиями, а также участвовать в онлайн-дискуссиях посредством комментариев), Секретариат продолжает свою кампанию по поиску дополнительных государств-доноров и финансирующих организаций.
Поверка измерителя водного уровня с помощью нивелирования в Монако
