Блог

Dec 06, 2023

Цифровые двойники: ступенька на пути к устойчивому развитию океана?

npj Ocean Sustainability volume 2, Article number: 16 (2023) Cite this article 844 Accesses 9 Altmetric Metrics details Digital twins, a nascent yet potent computer technology, can substantially

npj Ocean Sustainability, том 2, Номер статьи: 16 (2023 г.) Цитировать эту статью

844 Доступа

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Цифровые двойники, зарождающаяся, но мощная компьютерная технология, могут существенно улучшить устойчивое управление океанами за счет уменьшения чрезмерного вылова рыбы и деградации среды обитания, моделирования и предотвращения загрязнения морской среды, а также поддержки адаптации к климату путем безопасной оценки альтернатив морской геоинженерии. Одновременно с этим цифровые двойники могут облегчить многостороннее морское пространственное планирование. Однако потенциал этой новой технологии для таких целей недостаточно изучен и еще не реализован: существует только один примечательный проект под названием «Европейские цифровые двойники океана». Здесь мы рассматриваем перспективы цифровых двойников для обеспечения устойчивости океана в четырех тематических областях. Мы также подчеркиваем барьеры реализации, а именно доступность и качество данных, совместимость и стоимость. Что касается доступности океанических данных, мы отмечаем проблемы пространственного охвата, охвата глубины, временного разрешения и ограниченного обмена данными, что обусловлено, среди прочего, недостаточным знанием морских процессов. Вдохновленные перспективами цифровых двойников и учитывая надвигающиеся трудности, мы предлагаем улучшить доступность и качество данных об океанах, принять меры по обеспечению стандартизации данных и уделить приоритетное внимание внедрению в районах высокой природоохранной ценности, следуя « подход вложенного предприятия.

Океаны и предоставляемые ими экосистемные услуги имеют основополагающее значение для жизни человека. Они обеспечивают 10–12% населения мира средствами к существованию1 и обеспечивают три миллиарда человек белком из морепродуктов2,3. Они регулируют климат Земли, поглощая около 30% углекислого газа, образующегося в результате деятельности человека4, и служат домом для разнообразной флоры и фауны5, при этом на сегодняшний день описано около 230 000 морских видов6.

Тем не менее, люди постоянно деградируют, дестабилизируют и ослабляют океанические экосистемы7,8. Морская среда загрязнена отходами, химикатами, разливами нефти, инвазивными организмами и твердыми частицами. В настоящее время в Мировом океане содержится 5,25 триллиона кусков пластика, и их объем растет на 8 миллионов тонн в год9. Последующее разрушение морской среды обитания, такой как коралловые рифы и мангровые заросли, имеет серьезные последствия для растений и животных, которые они поддерживают10,11. Действительно, 10% мировых коралловых рифов, на которых обитает 25% морских видов, были уничтожены, а еще 60% находятся под угрозой. Чрезмерный вылов рыбы, на долю которого приходится ~23% мирового производства морепродуктов12, а также изменение климата, которое усугубляет закисление океана и аномалии структуры циркуляции, еще больше угрожают морской жизни13,14.

В ответ были предложены новые компьютерные технологии для повышения устойчивости океана. Датчики и системы мониторинга уже собирают огромные объемы данных о свойствах океана. Например, в рамках Инициативы океанских обсерваторий используются акустические доплеровские профилометры течений, датчики проводимости, температуры и глубины, флуорометры и датчики мутности для обеспечения непрерывных измерений с высоким разрешением физических, биохимических и геологических свойств северо-восточной части Тихого океана, Центральной и Южной Калифорнии. Current Systems и пластина Хуана де Фука15. Эти данные служат основой для планирования океанов в целях улучшения управления. Спутниковая миссия Sentinel Европейского космического агентства предоставляет данные по ряду параметров, включая температуру поверхности моря, цвет океана и покров морского льда16. Роботизированные поплавки «Арго» (Array для геострофической океанографии в реальном времени), дрейфующие на глубине от 1 до 2 км, регистрируют растворенный кислород и нитраты, а также уровни приходящей солнечной радиации, чтобы улучшить наше понимание поглощения океаном CO2 и последствий изменения климата17. Вместе с программным обеспечением географических информационных систем (ГИС) такие технологии помогают выявить территории, имеющие природоохранную ценность. Например, Индекс здоровья океана18, инструмент на основе ГИС, используется для оценки состояния океанов в глобальном и локальном масштабах, а также для выявления территорий, нуждающихся в защите.