ΜΑΥΡΟΥΛΕΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ARGO» ΤΟ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΩΚΕΑΝΩΝ ΜΑΥΡΟΥΛΕΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Α.Μ.:191/03048 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ:ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΖΕΡΒΑΚΗΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ 0

2 «Στους γονείς μου, που στηρίζουν κάθε μου επιλογή» 1

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ. ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 4 ΕΙΣΑΣΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ ΤΟ ΓΕΝΙΚΟ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΘΑΛΑΣΣΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΠΛΩΤΟΙ ΜΕΤΡΗΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΣΥΡΟΜΕΝΟΙ ΜΕΤΡΗΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ ΠΛΩΤΗΡΕΣ ΟΥΔΕΤΕΡΗΣ ΠΛΕΥΣΤΟΤΗΤΑΣ IΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΟΙ ΠΛΩΤΗΡΕΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΊ ΤΟ «ARGO» «ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ» ΚΑΙ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ «ARGO FLOATS» ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΤΑΡΤΟ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ «ARGO» ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΘΑΛΑΣΣΩΝ «ARGO» Η ΑΝΑΓΚΗ ΠΟΥ ΕΞΥΠΗΡΕΤΕΙ ΚΑΙ Ο ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΙΚΟΣ ΣΚΟΠΟΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΚΑΙ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΟΥ «ARGO»

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΜΠΤΟ «EURO - ARGO» Η ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΔΙΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ «ARGO» ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΘΑΛΑΣΣΩΝ «EURO- ARGO» ΟΙ ΣΥΜΒΑΛΛΟΜΕΝΕΣ ΧΩΡΕΣ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΟΦΕΛΗ ΑΠΟ ΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΑΙ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ «EURO-ARGO» Η ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΚΤΟ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΚΛΙΜΑΚΕΣ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΟΥ «ARGO» ΣΥΝΟΨΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ. Ολοκληρώνοντας τις σπουδές μου σε προπτυχιακό επίπεδο με την παρούσα πτυχιακή εργασία, γυρνάω το χρόνο πίσω και θυμάμαι την μέχρι τώρα πορεία μου. Από πολύ μικρή ηλικία ήμουν ανήσυχος. Το σπίτι μου δεν με έβλεπε και η μητέρα μου κυριολεκτικά με κυνηγούσε για να διαβάσω Τον περισσότερο από το χρόνο μου τον περνούσα στα χωράφια και στη θάλασσα, παίζοντας με τους συνομηλίκους μου, άλλοτε κυνηγώντας φανταστικούς εχθρούς και άλλοτε χτίζοντας καλύβες, κάνοντας τες στέκι. Στο λίγο χρόνο που αφιέρωνα στο διάβασμα, μου άρεσε εκτός των άλλων η ελληνική μυθολογία. Είτε επειδή ικανοποιούσε τις ανάγκες μου για περιπέτεια, είτε γιατί τα περισσότερα από τα δώρα μου ήταν βιβλία, διάβαζα πάντα για τους άθλους των ηρώων έτσι όπως περιγράφονταν από τους αρχαίους Έλληνες συγγραφείς. Από τις πιο αγαπημένες ιστορίες μου, ήταν αυτή που περιγράφεται στην «Αργοναυτική Εκστρατεία». Χρόνια ολόκληρα αργότερα, καθώς έφτασε η στιγμή για τη δήλωση των προτιμήσεων μας σε σχολές της τριτοβάθμιας εκπαίδευσης, το τμήμα Επιστημών της Θάλασσας της Σχολής Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Αιγαίου δεν έλειπε από τη λίστα των ενδιαφερόντων μου. Η λίστα ήταν μικρή, αφού είχα αποκλείσει κάθε σχολή, το επάγγελμα της οποίας στο μέλλον θα σήμαινε γραφείο και καθιστική ζωή. Η επιτυχία που με οδήγησε στη Μυτιλήνη μου άνοιξε την πόρτα στην αστείρευτη πηγή της γνώσης και της αναζήτησης, τις σπουδές στην ωκεανογραφία. Το γνωστικό αντικείμενο που με κέρδισε και στο οποίο προσανατολίστηκα ύστερα από κάποια χρόνια ήταν αυτό της επιχειρησιακής ωκεανογραφίας, και των εφαρμογών στο θαλάσσιο περιβάλλον. Δεν θα μπορούσα να σκεφτώ ποτέ πως ο αγαπημένος μου μύθος, θα είχε άμεση σχέση με το θέμα της πτυχιακής μου εργασίας («ARGO» Το Παγκόσμιο σύστημα παρακολούθησης ωκεανών» ), αφού η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα δεν πρωτοτύπησε και χρησιμοποίησε για άλλη μια φορά όνομα βγαλμένο από την ελληνική μυθολογία για να ονομάσει ένα από τα τελευταία επιτεύγματα της, την παγκόσμια και συστηματική παρακολούθηση των ωκεανών. Για όλη αυτή τη διαδρομή, νιώθω την ανάγκη να ευχαριστήσω όλους εκείνους που με στήριζαν και με ενθάρρυναν να συνεχίσω. Την οικογένεια μου πάνω απ όλα και τους φίλους μου και συμφοιτητές που γνώρισα στη Μυτιλήνη και ζήσαμε παρέα αξέχαστα φοιτητικά χρόνια. Κυρίως όμως, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον αναπληρωτή καθηγητή και επόπτη της παρούσας εργασίας, κύριο Ζερβάκη Βασίλη, ο οποίος όχι μόνο δέχτηκε να την αναλάβει, αλλά μου πρότεινε τη λύση της βιβλιογραφικής έρευνας, διευκολύνοντας με από τη στιγμή που έλειψα με σκοπό την παράλληλη εκπλήρωση των στρατιωτικών μου υποχρεώσεων και παρέχοντας μου κάθε δυνατή βοήθεια και βελτίωση με τις παρατηρήσεις του. 4

6 5

7 ΕΙΣΑΣΩΓΗ. Η επιχειρησιακή ωκεανογραφία στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στην δυνατότητα συνεχούς παρακολούθησης του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Τα δεδομένα πραγματικού χρόνου αποτελούν την βάση κάθε συστήματος επιχειρησιακής ωκεανογραφίας και στο πρώτο βήμα για την παραγωγή πιο σύνθετων προϊόντων, όπως η πρόγνωση της μελλοντικής κατάστασης του θαλάσσιου οικοσυστήματος. Η συνεχής ανάπτυξη της τεχνολογίας συστημάτων επιχειρησιακής μέτρησης, ή με την γενικότερη έννοια παρακολούθησης, είναι αυτή που έδωσε τα τελευταία χρόνια την ώθηση στην Επιχειρησιακή Ωκεανογραφία μαζί βέβαια με την εξέλιξη στον χώρο της αριθμητικής πρόγνωσης. Η τεχνολογική αυτή ανάπτυξη συνεχίζεται με γοργούς ρυθμούς και προβλέπεται να μας δώσει στο κοντινό μέλλον την δυνατότητα παρακολούθησης περισσότερων παραμέτρων με μεγαλύτερη ακρίβεια και μικρότερο κόστος. Νέες τεχνολογίες που έρχονται από τον χώρο της μικροηλεκτρονικής, της νανοτεχνολογίας και της βιοτεχνολογίας αναμένεται να αλλάξουν σύντομα την σημερινή μορφή των συστημάτων μέτρησης στο θαλάσσιο περιβάλλον. Ένα από τα εργαλεία της επιχειρησιακής ωκεανογραφίας στη συνεχή παρακολούθηση του παγκόσμιου θαλάσσιου περιβάλλοντος και αντικείμενο που πραγματεύεται η παρούσα εργασία, είναι το «ARGO», ένα διεθνές πρόγραμμα παρακολούθησης του παγκόσμιου ωκεανού. Το «ARGO» αποτελείται από ένα δίκτυο αυτόνομων παρασυρόμενων μετρητικών σταθμών (drifters) τελευταίας τεχνολογίας οι οποίοι ποντίζονται από διάφορα σκάφη και αεροσκάφη χαμηλής πτήσης και συλλέγουν πληροφορίες από το ανώτερο στρώμα των 2000m τις οποίες και μεταβιβάζουν αμέσως, κάθε φορά που αναδύονται, μέσω δορυφόρων. Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η πληρέστερη παρουσίαση του συγκεκριμένου προγράμματος και των συνιστωσών του σε έντυπη μορφή κατόπιν έρευνας της σχετικής βιβλιογραφίας και της διάσπαρτης πληροφορίας που υπάρχει στο διαδίκτυο. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το γενικό εννοιολογικό πλαίσιο της εργασίας στο οποίο εντάσσεται το αντικείμενο της παγκόσμιας παρακολούθησης του ωκεανού και του συστήματος του «ARGO». Πιο συγκεκριμένα γίνεται αναφορά στις βασικές έννοιες της επιχειρησιακής ωκεανογραφίας, της εξέλιξης της και των διάφορων σημαντικών εφαρμογών της. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στις διάφορες μετρήσιμες παραμέτρους που έχουν σημασία για τα θαλάσσια οικοσυστήματα και κυρίως στις τεχνολογίες που αναπτύσσονται για να τις παρακολουθούν. Η αναφορά παραλείπει τεχνολογίες όπως τα πλοία εθελοντικής παρακολούθησης, τη δορυφορική τηλεπισκόπιση, τα υποβρύχια οχήματα παρακολούθησης κ.α. σταματώντας στο σημείο των παρασυρόμενων μετρητικών σταθμών, που αποτελούν την κατηγορία στην οποία συγκαταλέγονται οι πλωτήρες που χρησιμοποιεί το «ARGO». 6

8 Αυτοί περιγράφονται αναλυτικά στο τρίτο κεφάλαιο που ακολουθεί, το οποίο εστιάζει στην αρχιτεκτονική, τον τρόπο λειτουργίας τους και τις διάφορες τεχνολογίες (τύπους πλωτήρων) που χρησιμοποιούνται. Εν συνεχεία, στο τέταρτο κεφάλαιο ξεκινά η πλήρης περιγραφή του παγκόσμιου συστήματος παρακολούθησης ωκεανών «ARGO», οι ανάγκες που εξυπηρετεί και να κενά που καλύπτει, ο αντικειμενικός σκοπός του και οι στόχοι που έχει θέσει, καθώς επίσης και μια σύντομη ιστορική αναδρομή. Το πέμπτο κεφάλαιο έπεται, αναλύοντας την ευρωπαϊκή και μια από τις σημαντικότερες συνιστώσες του συστήματος, το «EURO-ARGO». Γίνεται αναφορά στις χώρες που συμβάλλουν στην ανάπτυξη του, τα οφέλη από τη δημιουργία και την εφαρμογή του και την ελληνική εμπειρία του προγράμματος που ξεκίνησε το 2006 και συνεχίζεται. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το σύστημα δεδομένων του προγράμματος και τα κέντρα συλλογής δεδομένων, εθνικά, περιφερειακά και παγκόσμια, ύστερα από μια εισαγωγή στα υδροδυναμικά μοντέλα και την αριθμητική προσομοίωση που σχετίζονται άμεσα με τη μετουσίωση της μεταδιδόμενης πληροφορίας σε κατανοητό αποτέλεσμα. Η εργασία ολοκληρώνεται με τη σύνοψη που προηγείται της χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας. 7

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ. ΤΟ ΓΕΝΙΚΟ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ. 1.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ Οι δραστηριότητες του ανθρώπου που σχετίζονται με το θαλάσσιο περιβάλλον είναι πολλαπλές και συνεχώς αυξανόμενες. Η αλιεία και οι υδατοκαλλιέργειες, οι θαλάσσιες μεταφορές, ο τουρισμός, και η εξόρυξη πετρελαίου είναι μερικά μόνο παραδείγματα. Για πολλές χώρες, οι θαλάσσιοι πόροι και οι σχετικές υπηρεσίες συμμετέχουν με 3-5% στο Ακαθάριστο Εθνικό Προϊόν, ενώ το ποσοστό αυτό ξεπερνά το 5% στις πλέον ανεπτυγμένες χώρες (G7). Σε παγκόσμιο επίπεδο η συμμετοχή στο ΑΕΠ ξεπερνάει τα 800 δισεκατομμύρια δολάρια. Όλες οι δραστηριότητες που σχετίζονται με την θάλασσα έχουν να αντιμετωπίσουν ένα περιβάλλον δύσκολο και ευμετάβλητο. Ταυτόχρονα, οι δραστηριότητες αυτές αυξάνουν την επιβάρυνση στο θαλάσσιο οικοσύστημα ιδίως στις παράκτιες περιοχές. Από την άλλη μεριά η μεταβλητότητα των ωκεανών επηρεάζει άμεσα το κλίμα και ρυθμίζει τις καιρικές και κλιματικές συνθήκες ολόκληρων ηπείρων. Τα τελευταία μάλιστα χρόνια έχει αρχίσει να γίνεται κατανοητός ο σημαντικός ρόλος των ωκεανών στην ρύθμιση του παγκόσμιου κλίματος μέσα από τον κύκλο του άνθρακα και η μακροχρόνια πρόγνωση του μηχανισμού αυτού είναι ένα επιτακτικό ζητούμενο. Για την υποστήριξη κάθε είδους δραστηριοτήτων στο θαλάσσιο περιβάλλον, για την αποτελεσματική διαχείριση και προστασία του, αλλά και για την μελέτη της επίδρασης του στην ατμόσφαιρα είναι απαραίτητη η καλύτερη δυνατή πληροφόρηση για τις συνθήκες που επικρατούν σε αυτό. Την ανάγκη αυτή έρχεται να καλύψει η Επιχειρησιακή Ωκεανογραφία (Ε.Ω.) που σκοπό έχει την ανάπτυξη μεθόδων και συστημάτων συνεχούς παρακολούθησης, πρόγνωσης και πληροφόρησης για τις συνθήκες που επικρατούν στο θαλάσσιο περιβάλλον. Ο όρος συνθήκες χρησιμοποιείται με την ευρύτερη δυνατή έννοια, μια και περιλαμβάνει τις μετεωρολογικές συνθήκες, τα ρεύματα, τον κυματισμό, τα υδρολογικά χαρακτηριστικά αλλά και τις βιο-χημικές παραμέτρους που καθορίζουν την υγεία του οικοσυστήματος. Ο όρος παρακολούθηση είναι επίσης γενικότερος από την έννοια μέτρηση-παρατήρηση και περιλαμβάνει και την αριθμητική προσομοίωση με την αξιοποίηση μετρήσεων (διάγνωση - nowcast). Ο όρος πρόγνωση (forecast) αναφέρεται στην περιγραφή των μελλοντικών συνθηκών με την χρήση κατάλληλων αριθμητικών μοντέλων. Ο όρος πληροφόρηση αναφέρεται στην παραγωγή και διάθεση προϊόντων προσαρμοσμένων στις ανάγκες του τελικού χρήστη σε βάση συνεχή ή για περιόδους που απαιτεί η εκάστοτε εφαρμογή. Ουσιαστικά λοιπόν η Ε.Ω. είναι ο πλέον εφαρμοσμένος κλάδος των Θαλάσσιων Επιστημών καθώς κάνει χρήση των αποτελεσμάτων της έρευνας και τεχνολογικής ανάπτυξης στον τομέα αυτό 8

10 για να παράγει αποτελέσματα για τον εκάστοτε χρήστη. Είναι ο κλάδος που ολοκληρώνει και συνθέτει την επιμέρους γνώση που συχνά έχει αποκτηθεί μέσα από δεκαετίες ερευνών σε μια συγκεκριμένη περιοχή ή ένα συγκεκριμένο αντικείμενο. Καθώς ένα βασικό ζητούμενο από την Ε.Ω. είναι η λεπτομερής περιγραφή και πρόγνωση των συνθηκών σε μια συγκεκριμένη θαλάσσια περιοχή, είναι αναγκαίο να υπάρχει η καλύτερη δυνατή κατανόηση της φαινομενολογίας της: ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος; ποιοι είναι οι κυρίαρχοι μηχανισμοί μεταβλητότητας; ποια εξωτερικά αίτια το επηρεάζουν; ποιες είναι οι βασικές χωρικές και χρονικές κλίμακες μεταβλητότητας; Επιπλέον, η Ε.Ω. συνδέεται στενά με την μετεωρολογία καθώς οι μετεωρολογικές συνθήκες αφενός επηρεάζουν άμεσα το θαλάσσιο περιβάλλον αφετέρου αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της ολοκληρωμένης πληροφορίας που συνήθως χρειάζεται ο τελικός χρήστης. Η τάση είναι να υπάρξει στο μέλλον ενιαία αντιμετώπιση ατμόσφαιρας και θάλασσας σαν ένα ενιαίο δυναμικό σύστημα. Πέρα από τα κοινά χαρακτηριστικά που υπάρχουν μεταξύ τους, καθώς διέπονται από τις ίδιες αρχές της μηχανικής των ρευστών, η μεταξύ τους αλληλεπίδραση καθορίζει σε μεγάλο ποσοστό την μεταβλητότητα τους. Παρόλο που αυτό ήταν από παλιά γνωστή η επίδραση της ατμόσφαιρας στην θάλασσα είναι μόλις την τελευταίες 2-3 δεκαετίες που γίνεται κατανοητός ο βασικός ρόλος των ωκεανών στην ατμοσφαιρική μεταβλητότητα τόσο στην συνοπτική και εποχική κλίμακα όσο και στις μεγάλες κλιματικές αλλαγές. Τέλος η Ε.Ω. είναι στενά συνδεδεμένη με την τεχνολογική ανάπτυξη τόσο σε θέματα θαλάσσιας τεχνολογίας όσο και σε θέματα πληροφορικής και τηλεπικοινωνιών. Η ανάπτυξη νέων μετρητικών συστημάτων τα τελευταία χρόνια είναι αυτή που έδωσε σημαντική ώθηση στην ανάπτυξη της Ε.Ω. Η συλλογή δεδομένων είναι βασική συνιστώσα ενός συστήματος Ε.Ω. και είναι γνωστές οι δυσκολίες που παρουσιάζει η μέτρηση στο θαλάσσιο περιβάλλον με τις αντίξοες συνθήκες που επικρατούν σε αυτό. Οι δυσκολίες είναι ακόμα μεγαλύτερες καθώς υπάρχει ανάγκη για συνεχείς μετρήσεις και μάλιστα με μετάδοση των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Ένα τέτοιο σύστημα πρέπει να είναι εξοπλισμένο με αισθητήρες που μπορούν να λειτουργήσουν αξιόπιστα για μεγάλο χρονικό διάστημα, με σύστημα που αποθηκεύει τα δεδομένα και κάνει την προ-επεξεργασία τους και με αξιόπιστο σύστημα μετάδοσης τους σε κάποιο επιχειρησιακό κέντρο (συνήθως δορυφορική ή άλλη ασύρματη σύνδεση). Ταυτόχρονα πρέπει να υπάρχει η κατάλληλη τεχνολογία που να εξασφαλίζει την ενεργειακή αυτονομία του συστήματος. Είναι λοιπόν φανερό ότι η ανάπτυξη αυτόνομων μετρητικών συστημάτων για την Ε.Ω. χρησιμοποιεί τα τελευταία επιτεύγματα της τεχνολογικής προόδου σε πολλαπλούς τομείς και αποτελεί από μόνη της ένα τομέα αναπτυσσόμενης υψηλής τεχνολογίας. 9

11 Ένα ολοκληρωμένο σύστημα Ε.Ω. αποτελείται συνήθως από τρία μέρη : α) το σύστημα συλλογής δεδομένων, β) το σύστημα επεξεργασίας τους και παραγωγής προγνώσεων και γ) το σύστημα διάθεσης των τελικών προϊόντων. Από αυτά τα μέρη αποτελείται και το σύστημα παρακολούθησης «ΠΟΣΕΙΔΩΝ» που έχει αναπτυχθεί για τις Ελληνικές θάλασσες. Το σύστημα βασίζεται σε δίκτυο πλωτών μετρητικών σταθμών που συλλέγει μετεωρολογικά και ωκεανογραφικά δεδομένα από διάφορα σημεία του Αιγαίου. Τα δεδομένα μεταδίδονται με δορυφορική επικοινωνία στο επιχειρησιακό κέντρο όπου γίνεται η ανάλυση τους, και η αξιοποίηση τους για την παραγωγή προγνώσεων. Τόσο τα δεδομένα όσο και οι προγνώσεις μετατρέπονται σε συμπυκνωμένες πληροφορίες και απλοποιημένα τελικά προϊόντα που διατίθενται στους τελικούς χρήστες μέσα από το διαδίκτυο ή χρησιμοποιώντας άλλα μέσα. Εικονα 1.1: Σχηματικό διάγραμμα του Συστήματος «ΠΟΣΕΙΔΩΝ». Αντίστοιχα, ένα άλλο σύστημα που έχει αναπτυχθεί στη θάλασσα της Βαλτικής, είναι το «ΒΟΟS». Η καρδιά του συστήματος αυτού είναι τα αριθμητικά μοντέλα που λαμβάνουν και αξιοποιούν τις παρατηρήσεις για να παράγουν προγνώσεις για μια σειρά από παραμέτρους. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα οι προγνώσεις είναι τριών ειδών α) μετεωρολογικές (άνεμος, θερμοκρασία κτλ) β) των φυσικών χαρακτηριστικών της θάλασσας (ρεύματα, ανύψωση στάθμης κτλ) και γ) βιοχημικών χαρακτηριστικών (οξυγόνο, θρεπτικά) και άλλων περιβαλλοντικών παραμέτρων (συγκέντρωση ρυπαντών κτλ). Για την παραγωγή τους χρησιμοποιούνται αντίστοιχα ατμοσφαιρικά μοντέλα, υδροδυναμικά μοντέλα 1,2 και 3 διαστάσεων, μοντέλα κύματος και οικολογικά μοντέλα. Υπάρχουν επίσης μοντέλα που περιγράφουν την παροχή ποταμών, την δημιουργία πάγου την μεταφορά ρυπαντών κ.α. 10

12 Εννοείται ότι το κάθε σύστημα Ε.Ω. είναι προσαρμοσμένο στις ανάγκες της περιοχής όπου εφαρμόζεται. Έτσι βλέπουμε ότι το σύστημα της Βαλτικής έχει αναπτύξει μεθόδους παρατήρησηςπρόγνωσης της θαλάσσιας στάθμης, που έχει σχετικά μεγάλες διακυμάνσεις λόγω παλιρροιών, καθώς και πρόγνωσης της δημιουργίας πάγου. Καμία από τις δύο αυτές παραμέτρους δεν θα είχε ενδιαφέρον για την Μεσόγειο όπου ούτε σημαντικές παλιρροιακές μεταβολές θαλάσσιας στάθμης έχουμε, ούτε και δημιουργία πάγου. Το είδος του προβλήματος που καλείται να αντιμετωπίσει μια εφαρμογή Ε.Ω. καθορίζει επίσης και την στρατηγική μέτρησης πρόγνωσης πληροφόρησης. Αν για παράδειγμα το βασικό πρόβλημα είναι η ασφάλεια ναυσιπλοίας τότε το σύστημα θα πρέπει να περιλαμβάνει μετρήσεις και πρόγνωση ανέμου, κυμάτων και ρευμάτων. Αν το πρόβλημα είναι η ρύπανση, τότε το σύστημα θα πρέπει να εστιάζεται στις βιοχημικές παραμέτρους που καθορίζουν την υγεία ενός οικοσυστήματος, δηλαδή τα επίπεδα διαλυμένου οξυγόνου, θρεπτικών αλάτων, χλωροφύλλης κ.α. Ένας ακόμα παράγοντας που καθορίζει τις στρατηγικές μέτρησης και πρόγνωσης είναι οι χωρικές / χρονικές κλίμακες ενδιαφέροντος. Αν για παράδειγμα η εφαρμογή αφορά την πρόγνωση ρευμάτων και ύψους στάθμης στην είσοδο ενός λιμανιού, τότε χρειάζεται υψηλή συχνότητα μετρήσεων, πχ. κάθε 20 λεπτά, και αντίστοιχη ανανέωση της πρόγνωσης κάθε λίγες ώρες. Αν, αντίθετα, η εφαρμογή αφορά την πρόγνωση της γενικής κυκλοφορίας του Ατλαντικού Ωκεανού, τότε αρκούν μετρήσεις κάθε λίγες ημέρες και η αντίστοιχη πρόγνωση ανανεώνεται κάθε 7-10 ημέρες, που είναι η περίπου διάρκεια της. Για τις λεγόμενες περιφερειακές θάλασσες όπως το Αιγαίο, η Αδριατική ή η Βόρειος Θάλασσα, οι αντίστοιχες χρονικές κλίμακες μέτρησης είναι της τάξης των λίγων ωρών και η πρόγνωση ανανεώνεται 1-2 φορές την ημέρα. Η διάρκεια της πρόγνωσης είναι 3-5 ημέρες, όσο δηλαδή είναι η προγνωστική ικανότητα για τις συνοπτικής κλίμακας ατμοσφαιρικές διαταραχές. TIME SPATIAL SCALES SCALES MONITORING MODELLING APPLICATIONS MILLENIA SATELITES GLOBAL: OCEAN XBT 3 - D CLIMATE ECOSYSTEM BUOYS SEASONAL LOCAL: RADAR FLOODING SHELF SEAS AIRCRAFT WASTE DISPOSAL 2 - D RECREATION DAYS COAST BOTTOM RIGS ACCIDENTS WATER QUALITY ESTUARIES HAND-HELD 1 - D Πίνακας 1.1 : Χωρικές, χρονικές κλίμακες, είδη μοντέλων και εφαρμογών (Prandle 2000) 11

13 Στον πίνακα 1.1 φαίνονται οι διαφορετικές χωρικές και χρονικές κλίμακες την επιχειρησιακής ωκεανογραφίας, σε συνδυασμό με τις μεθόδους προσομοίωσης και μέτρησης και τις σχετικές εφαρμογές (Prandle 2000). Βλέπουμε ότι οι χρονικές κλίμακες κυμαίνονται από χιλιετίες μέχρι ημέρες και αντιστοιχούν σε χωρικές κλίμακες που κυμαίνονται από επίπεδο υδρογείου σε επίπεδο παράκτιων περιοχών. Πράγματι, οι μεταβολές της θερμόαλης κυκλοφορίας του παγκόσμιου ωκεανού έχει μεταβλητότητα της τάξης των χιλιετιών ενώ αντίθετα στην παράκτια ζώνη η μεταβλητότητα είναι της τάξης των λίγων ημερών (με εξαίρεση τον ανεμογενή κυματισμό και της παλίρροιες που είναι της τάξης των ωρών). Οι μεθοδολογίες μέτρησης για κάθε περίπτωση είναι επίσης διαφορετικές: για τον παγκόσμιο ωκεανό χρησιμοποιούνται κυρίως δορυφόροι ή μετρήσεις από ποντοπόρα πλοία «ευκαιρίας» δηλαδή μέσα που προσφέρουν μια κάλυψη όλης σχεδόν της υδρογείου. Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιούνται επίσης και οι παρασυρόμενοι μετρητικοί σταθμοί που ταξιδεύουν σε μεγάλα βάθη και συλλέγουν ταυτόχρονα προφίλ θερμοκρασίας αλατότητα. Για μικρότερες χωρικές κλίμακες (ωκεανοί, περιφερειακές θάλασσες) χρησιμοποιούνται οι προηγούμενες μεθοδολογίες αλλά και δίκτυα σταθερών πλωτών μετρητικών σταθμών η συντήρηση των οποίων είναι εφικτή στις κλίμακες αυτές. Σε παράκτιες περιοχές χρησιμοποιούνται επιπλέον ραντάρ εγκατεστημένα σε σημεία της ακτογραμμής, όργανα τηλεπισκόπισης από μικρά αεροσκάφη καθώς και φορητά όργανα σημειακής μέτρησης. Αντίστοιχες διαφορές υπάρχουν και στους τύπους αριθμητικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται. Για την προσομοίωση των ωκεανών και των περιφερειακών θαλασσών όπου το ενδιαφέρον εστιάζεται στην μεγάλης κλίμακας θερμόαλη κυκλοφορία είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν τρισδιάστατα αριθμητικά μοντέλα. Αντίθετα σε παράκτιες αβαθείς περιοχές είναι πολλές φορές αρκετό να χρησιμοποιήσουμε δύο διαστάσεων (βαροτροπικά) μοντέλα ιδίως όταν η παλίρροια και ο άνεμος είναι τα κυρίαρχα αίτια. Τέλος, οι εφαρμογές που σχετίζονται με τις διάφορες χώρο-χρονικές κλίμακες κυμαίνονται από πρόγνωση κλιματικών αλλαγών σε υδρογειακό επίπεδο μέχρι προστασία από πλημμύρες σε παράκτιες περιοχές και μελέτες ποιότητας νερού στις εκβολές ποταμών. 1.2 ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ Η Ωκεανογραφία και γενικά οι θαλάσσιες επιστήμες είναι ένας σχετικά καινούργιος κλάδος που ξεκίνησε πριν από περίπου έναν αιώνα. Μάλιστα οι μεγάλες ανακαλύψεις για την δυναμική των Ωκεανών έγιναν μετά την δεκαετία του 1940 όταν ξεκίνησαν οι πιο συστηματικές Ωκεανογραφικές μετρήσεις και άρχισαν να είναι διαθέσιμα τα απαραίτητα δεδομένα για την κατανόηση μηχανισμών 12

14 και την υποστήριξη θεωριών. Εξαίρεση αποτελούν δύο κλάδοι που κατεξοχήν ενδιαφέρουν την Επιχειρησιακή Ωκεανογραφία : η μελέτη και πρόγνωση της παλίρροιας και των ανεμογενών κυμάτων επιφανείας. Και τα δύο αυτά αντικείμενα είχαν απασχολήσει τον άνθρωπο από παλιά καθώς σχετίζονται άμεσα με την δραστηριότητα στην θάλασσα. Ειδικά για τις παλίρροιες και τα παλιρροιακά ρεύματα είχε γίνει από τους αρχαίους χρόνους η σύνδεση με τις αστρονομικές κινήσεις και από τον 13 ο αιώνα άρχισαν να γίνονται προσπάθειες εμπειρικής πρόγνωσης που σχετίζονταν με την κίνηση του φεγγαριού. Η κατανόηση όμως του φαινομένου ξεκίνησε το 1687 όταν ο Νεύτωνας διατύπωσε τον νόμο της βαρύτητας και εκεί στηρίχτηκαν οι περαιτέρω προσπάθειες συστηματικής και όχι εμπειρικής πρόγνωσης. Η πρόγνωση των επιφανειακών ανεμογενών κυμάτων ήταν επίσης για πολλά χρόνια εμπειρική και στηριζόταν στην μετεωρολογική πρόγνωση του ανέμου. Γενικότερα η εξέλιξη της δυναμικής ωκεανογραφίας και της μετεωρολογίας ακολούθησαν παράλληλες πορείες λόγο της κοινής τους επιστημονικής βάσης που είναι η δυναμική των ρευστών. Παρόλα αυτά η μετεωρολογία εξελίχτηκε πολύ πιο γρήγορα επειδή οι μετεωρολογικές παρατηρήσεις, και αργότερα μετρήσεις, ήταν και είναι πολύ πιο εύκολες. Οι μετρήσεις στην θάλασσα παρουσιάζουν μεγάλες τεχνικές δυσκολίες και το κόστος τους είναι πολλαπλάσιο από το αντίστοιχο κόστος των μετεωρολογικών μετρήσεων. Ακόμα και σήμερα που οι δορυφόροι χρησιμοποιούνται συστηματικά για την παρακολούθηση των ωκεανών, οι παρατηρήσεις τους περιορίζονται στην επιφάνεια ή στα πρώτα λίγα μέτρα της θάλασσας. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που κατά κόρο χρησιμοποιείται στις μετρήσεις στην ατμόσφαιρα, δεν έχει μεγάλη διεισδυτική ικανότητα στην θάλασσα. Το μέγιστο βάθος διείσδυσης δεν ξεπερνά τα 100 μέτρα και αφορά μόνο το ορατό μπλε-πράσινο κομμάτι της ακτινοβολίας. Ο καλύτερος τρόπος αξιοποίησης των δορυφορικών και in-situ μετρήσεων είναι η συνδυασμένη χρήση τους. Πράγματι, όπως φαίνεται στον πίνακα 1.2 κάθε μία μέθοδος έχει διαφορετικά προβλήματα και πλεονεκτήματα. In - situ: Τηλεπισκόπιση Μικρή χωρική κάλυψη Μεγάλη χωρική κάλυψη Μεγάλη ακρίβεια Μικρή ακρίβεια Υψηλή συχνότητα μετρήσεων Χαμηλή συχνότητα μετρήσεων Ποικιλία μετρήσεων Περιορισμένες παράμετροι Μετρήσεις στην υδάτινη στήλη Επιφανειακές μετρήσεις Πίνακας 1.2 : Σύγκριση δεδομένων in-situ και τηλεπισκοπησης. Οι in-situ μετρήσεις προσφέρουν μικρή και σημειακή κάλυψη ενώ οι δορυφορικές μετρήσεις μεγαλύτερη κάλυψη που πολλές φορές καλύπτει όλη την υδρόγειο σε συνοπτικό χρόνο. Από την 13

15 άλλη, η ακρίβεια των μετρήσεων τηλεπισκόπισης υπολείπονται σε ακρίβεια (διορθώσεις κλπ) και συχνότητα δειγματοληψίας ενώ αφορούν σχετικά λίγες παραμέτρους. Τέλος, όπως ήδη αναφέραμε η τηλεπισκόπιση αφορά τα επιφανειακά στρώματα, ενώ οι in-situ μετρήσεις όλη την υδάτινη στήλη. Ενα παράδειγμα συνδυασμένης χρήσης είναι ο υπολογισμός της κατακόρυφης δομής θερμοκρασίας από μετρήσεις του ανάγλυφου της θάλασσας (altimetry) έχοντας υπολογίσει συντελεστές συσχέτισης και συνδιακύμανσης από περιορισμένο αριθμό προφίλ θερμοκρασίας. Ειδικά όταν προχωρήσουμε πέρα από την δυναμική φυσική ωκεανογραφία και ασχοληθούμε με την χημεία την βιολογία και την γεωλογία της θάλασσας, οι τεχνικές δυσκολίες μέτρησης πολλαπλασιάζονται και οι διαθέσιμες μετρήσεις είναι ελάχιστες. Πολλοί μηχανισμοί είναι ακόμα άγνωστοι και ορισμένα ακραία περιβάλλοντα όπως τα μεγάλα βάθη ή οι αρκτικές θάλασσες αποτελούν τα λιγότερα γνωστά οικοσυστήματα του πλανήτη. Καθώς λοιπόν η δυνατότητα συνεχούς μέτρησης και η κατανόηση μηχανισμών είναι βασικά συστατικά της Επιχειρησιακής Ωκεανογραφίας, ο κλάδος αυτός έχει, μέχρι τώρα, εφαρμογή κατά κύριο λόγο στην φυσική της θάλασσας. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1980 οι δορυφόροι δίνουν μια συνοπτική εικόνα του παγκόσμιου ωκεανού για μια αυξανόμενη σειρά παραμέτρων. Η επιφανειακή θερμοκρασία και το χρώμα της θάλασσας (Sea Surface Temperature, Ocean Color) ήταν οι πρώτες παράμετροι μέτρησης ενώ ακολούθησαν η θαλάσσια στάθμη και ο έμμεσος υπολογισμός ρευμάτων και κυμάτων με την χρήση ραντάρ. Οι πλωτοί μετρητικοί σταθμοί έχουν εξελιχτεί τα τελευταία χρόνια και ενώ στην αρχή περιορίζονταν σε μετεωρολογικές και κυματικές μετρήσεις, σήμερα έχουν επεκταθεί σε φυσικές και βιοχημικές ωκεανογραφικές μετρήσεις τόσο στα επιφανειακά όσο και στα βαθιά στρώματα. Οι παράμετροι που σήμερα μπορούμε να μετρήσουμε σε επιχειρησιακή βάση, φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΡΟΓΝΩΣΗ Μετεωρολογικές Επιφανειακά Κύματα Θαλάσσια στάθμη Θερμοκρασία Ρεύματα Αλατότητα Θολερότητα Οξυγόνο Χλωροφύλλη - α Θρεπτικά άλατα Ph Πίνακας 1.3 Σημερινές δυνατότητες επιχειρησιακής μέτρησης και πρόγνωσης στο θαλάσσιο περιβάλλον. Η κλίμακα είναι αυθαίρετη και κυμαίνεται από 1 5 ανάλογα με την αξιοπιστία της μέτρησης / πρόγνωσης.. 14

16 Η αξιοπιστία μετρήσεων και προγνώσεων είναι αυξημένη για τις φυσικές παραμέτρους και μειωμένη για τις βιολογικές. Για τον κυματισμό, τη στάθμη της θάλασσας και τη θερμοκρασία γίνονται οι πλέον αξιόπιστες μετρήσεις και παράγονται οι πλέον αξιόπιστες προγνώσεις με την χρήση κυματικών και υδροδυναμικών μοντέλων. Οι μετρήσεις αλατότητας παρουσιάζουν ακόμα σημαντικά προβλήματα ακρίβειας για τους αισθητήρες που χρησιμοποιούνται για επιχειρησιακή παρακολούθηση, ενώ η μέτρηση ρευμάτων κυρίως με την χρήση ακουστικών τομογράφων παρουσιάζει μερικές φορές προβλήματα διόρθωσης. Η πρόγνωση ρευμάτων και αλατότητας ιδίως στα βαθιά στρώματα είναι επίσης λιγότερο αξιόπιστη μια και δεν υπάρχουν αρκετά δεδομένα για διόρθωση σε πραγματικό χρόνο (αφομοίωση δεδομένων). Οι μετρήσεις οξυγόνου, χλωροφύλλης και ph είναι επίσης ιδιαίτερα ευαίσθητες σε βιο-επίστρωση (bio-fouling) δηλαδή ανάπτυξη ή προσκόλληση μικροοργανισμών πάνω στους αισθητήρες, ενώ η μέτρηση θρεπτικών αλάτων είναι μια πολύ καινούργια τεχνολογία που δεν έχει λύσει ακόμη σημαντικά προβλήματα. Η πρόγνωση των παραμέτρων αυτών, στις λίγες περιπτώσεις που επιχειρείται, έχει επίσης μικρή αξιοπιστία αφενός γιατί λείπουν οι σχετικές μετρήσεις και τα κατάλληλα μοντέλα, αφετέρου γιατί σε πολλές περιπτώσεις λείπει η αντίστοιχη κατανόηση μηχανισμών. Η βελτίωση την ποιότητας βιολογικών μετρήσεων και η ανάπτυξη καλύτερων οικολογικών μοντέλων είναι δύο από τους τομείς εξέλιξης της Επιχειρησιακής Ωκεανογραφίας για τα επόμενα χρόνια. Σκοπός θα είναι η προσομοίωση και πρόγνωση των βιολογικών κύκλων μέχρι το επίπεδο δευτερογενούς παραγωγής και ιχθυοαποθεμάτων. Ένας ακόμα τομέας ενδιαφέροντος είναι η επέκταση της προγνωστικής ικανότητας στο ωκεανό σε επίπεδο εποχικό ή και υπερετήσιο. Για τον τομέα αυτό υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον από την κοινότητα των κλιματικών μελετών. Βασικό βήμα στην εξέλιξη στον τομέα αυτό είναι η ζεύξη ωκεανογραφικών και μετεωρολογικών μοντέλων (coupled ocean-atmosphere models). 1.3 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ Η Ε.Ω. έχει μια πληθώρα εφαρμογών αφού ως σκοπό έχει να υποστηρίξει όπως αναφέραμε κάθε δραστηριότητα που σχετίζεται με το θαλάσσιο περιβάλλον. Στις επόμενες παραγράφους γίνεται μια ομαδοποίηση και περιγραφή των εφαρμογών αυτών. 15

17 Ασφάλεια ναυσιπλοίας και θαλάσσιων επιχειρήσεων Η ακριβής παρακολούθηση και πρόγνωση των κυματικών και μετεωρολογικών συνθηκών συμβάλει αποτελεσματικά στην ασφάλεια κάθε είδους ναυσιπλοίας (εμπορική, επιβατηγός, αναψυχής κλπ). Πέρα από την προφανή συνεισφορά στην πρόληψη ατυχημάτων, η επιχειρησιακή πρόγνωση βοηθάει σημαντικά στην επιλογή της βέλτιστης πορείας ενός πλοίου και στην απόφαση για απαγόρευση απόπλου σε περιπτώσεις κακοκαιρίας μειώνοντας σημαντικά με τον τρόπο αυτό πιθανές οικονομικές απώλειες. Ιδιαίτερα χρήσιμη είναι η ακριβής παρακολούθηση και πρόγνωση ρευμάτων και θαλάσσιας στάθμης σε εισόδους λιμανιών με μικρό βάθος. Καθώς πολλά από τα μεγαλύτερα λιμάνια του κόσμου είναι χτισμένα σε εκβολές ποταμών, δηλαδή σε αβαθείς περιοχές που δέχονται συνεχώς ιζήματα, είναι συχνό φαινόμενο να είναι αδύνατη η προσπέλαση μεγάλων πλοίων εκτός από περιπτώσεις μέγιστης παλιρροιακής στάθμης. Στο παρελθόν γινόταν χρήση αστρονομικών πινάκων για τον προσδιορισμό της παλίρροιας αλλά σε πολλές περιπτώσεις το φαινόμενο είναι πιο σύνθετο μια και σημαντικό ρόλο παίζει η ατμοσφαιρική πίεση, ο άνεμος και η παροχή του (τυχόν) ποταμού. Έτσι είναι πια συνήθης πρακτική η χρήση μετρητικών σταθμών για τον ακριβή προσδιορισμό της στάθμης αλλά και άλλων παραμέτρων όπως τα επιφανειακά ρεύματα που είναι σημαντικά όταν πρέπει να γίνουν χειρισμοί ακριβείας από μεγάλα πλοία. Εκμετάλλευση θαλάσσιων πόρων Η συνεχής παρακολούθηση και η ακριβής πρόγνωση των περιβαλλοντικών συνθηκών επιτρέπει τον βραχυπρόθεσμο αλλά και στρατηγικό σχεδιασμό την εκμετάλλευσης των θαλάσσιων πόρων. Η παρακολούθηση των ρευμάτων σε περιοχές ιχθυοκαλλιεργειών είναι σημαντική πληροφορία για τον υπολογισμό της ανανέωσης των νερών. Η πρόγνωση ακραίων κυματικών καταστάσεων βοηθάει επίσης την προστασία των κλωβών ενώ η παρακολούθηση των επιπέδων οξυγόνου και θρεπτικών είναι σημαντική για την πρόληψη ανοξικών συνθηκών και τοξικών ερυθρών παλιρροιών (algae blooms). Οι χάρτες επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας είναι πολύ χρήσιμοι για τον εντοπισμό περιοχών πλούσιων σε αλιεύματα (π.χ. περιοχές με έντονα θερμικά μέτωπα) και την καθοδήγηση αλιευτικού στόλου. Οι εγκαταστάσεις εξόρυξης πετρελαίου στην θάλασσα χρησιμοποιούν συστηματικά μετρήσεις και προγνώσεις κυμάτων ρευμάτων και μετεωρολογικών συνθηκών τόσο για την ασφάλεια των εργασιών φόρτωσης-εκφόρτωσης όσο και για την επιτυχία των γεωτρήσεων. Μια σχετικά νέα δραστηριότητα είναι η εγκατάσταση ηλεκτροπαραγωγών γεννητριών στην θάλασσα. Καθώς οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποκτούν αυξανόμενη σημασία για το μέλλον, οι 16

18 ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε περιοχές με αυξημένο αιολικό δυναμικό. Ενώ μέχρι τώρα τέτοια πάρκα αναπτύσσονταν μόνο στην στεριά, τα τελευταία χρόνια έχουν αρχίσει οι πειραματικές εφαρμογές στην θάλασσα. Αντίστοιχες προσπάθειες γίνονται για παραγωγή ρεύματος από κυματισμό. Και στις δύο περιπτώσεις, η παρακολούθηση και πρόγνωση καιρικών και κυματικών συνθηκών είναι απαραίτητο στοιχείο για τον προγραμματισμό λειτουργίας των μονάδων. Ο τουρισμός είναι, τέλος, μια ακόμα οικονομική δραστηριότητα που μπορεί να επωφεληθεί από προϊόντα της επιχειρησιακής ωκεανογραφίας. Η πρόγνωση μετεωρολογικών / κυματικών συνθηκών για καλύτερο προγραμματισμό δραστηριοτήτων αναψυχής στην θάλασσα και η παρακολούθηση της ποιότητας του θαλασσινού νερού είναι δύο από τις εφαρμογές ενδιαφέροντος για τις τουριστικές επιχειρήσεις. Προστασία περιβάλλοντος Η αύξηση των δραστηριοτήτων στο θαλάσσιο περιβάλλον αυξάνει αντίστοιχα και τους κινδύνους ρύπανσης του. Ταυτόχρονα, το φαινόμενο της αστικοποίησης έχει ενταθεί τα τελευταία χρόνια και ιδιαίτερα σε πόλεις με πρόσβαση στην θάλασσα αυξάνοντας τις περιβαλλοντικές πιέσεις ακόμα και από δραστηριότητες που δεν σχετίζονται άμεσα με την θάλασσα. Η ρύπανση της θάλασσας με πετρελαιοειδή και χημικά είναι η πιο διαδεδομένη πηγή ρύπανσης. Τα περιστατικά αυτά συνήθως συνοδεύουν ατυχήματα σε τερματικούς σταθμούς φόρτωσης πετρελαίου / χημικών ή ναυτικά ατυχήματα κατά την διάρκεια της μεταφοράς τους. Σε μερικές περιπτώσεις οφείλονται σε ελλιπή μέτρα προστασίας, όπως π.χ. η διάθεση αποβλήτων από εργοστάσια σε παράκτιες περιοχές ή σε ποτάμια που καταλήγουν στην θάλασσα χωρίς να έχει προηγηθεί η κατάλληλη επεξεργασία. Σε άλλες περιπτώσεις οφείλονται σε ηθελημένες αλλά παράνομες δραστηριότητες όπως το ξέπλυμα δεξαμενών πετρελαίου κατά την διάρκεια πορείας του πλοίου. Έχει υπολογιστεί ότι η απόρριψη πετρελαιοειδών στην Μεσόγειο, είτε σκόπιμα είτε λόγω ατυχημάτων, κυμαίνεται από έως τόνους κάθε χρόνο. Η επιχειρησιακή παρακολούθηση του θαλάσσιου περιβάλλοντος μπορεί να συμβάλει αποτελεσματικά στον έγκαιρο εντοπισμό τέτοιων περιστατικών, ενώ η πρόγνωση ρευμάτων συμβάλει στην αποτελεσματική αντιμετώπιση τους. 17

19 Εικόνα 1.2: Έρευνα και διάσωση σε περίπτωση ναυαγίου. Η υποστήριξη επιχειρήσεων στη θάλασσα είναι μια από τις βασικές εφαρμογές της Επιχειρησιακής Ωκεανογραφίας. Η διάθεση μεγάλων ποσοτήτων θρεπτικών αλάτων στο θαλάσσιο περιβάλλον οδηγεί σε φαινόμενα ευτροφισμού και σε βίαιες «ανθήσεις» φυτοπλαγκτού που σε ακραίες περιπτώσεις είναι τοξικό (harmful algae blooms). Οι ημίκλειστες λεκάνες που έχουν μικρό ρυθμό ανανέωσης και ιδιαίτερα αυτές που δέχονται νερά ποταμών είναι ευάλωτες σε τέτοια φαινόμενα. Τα λιπάσματα που χρησιμοποιούνται για την εντατικοποίηση της αγροτικής παραγωγής καταλήγουν στα ποτάμια και μέσα από αυτά στην θάλασσα. Τα αστικά λύματα είναι ακόμα μια πηγή θρεπτικών ακόμα και αν έχουν υποστεί πρωτοβάθμιο καθαρισμό. Για την Μεσόγειο έχει υπολογιστεί ότι το 60% των αστικών λυμάτων καταλήγουν στην θάλασσα χωρίς καμία είδους επεξεργασία. Παρόλο λοιπόν που η Μεσόγειος είναι γενικά μια ολιγότροφη θάλασσα, σε παράκτιες περιοχές μπορούμε να έχουμε τοπικά προβλήματα ευτροφισμού. Η επιχειρησιακή παρακολούθηση του θαλάσσιου περιβάλλοντος μπορεί να εντοπίσει γρήγορα τέτοια περιστατικά, είτε μέσα από in-situ μετρήσεις είτε μέσα από δορυφορικές εικόνες, ώστε να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα. Προγνωστικά μοντέλα ρευμάτων και βιοχημικών χαρακτηριστικών μπορεί να περιγράψουν την εξέλιξη των περιστατικών αυτών και να χρησιμεύσουν ως συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης. 18

20 Ασφάλεια κατασκευών στην θάλασσα Η γνώση των περιβαλλοντικών συνθηκών που επικρατούν σε μια περιοχή (κυματισμός, ρεύματα) επιτρέπει τον σωστό σχεδιασμό κατασκευών στο θαλάσσιο περιβάλλον (αγωγοί, λιμάνια, εξέδρες εξόρυξης κ.α.) τόσο από πλευράς ασφάλειας κατασκευής όσο και από πλευράς επίπτωσης στο θαλάσσιο περιβάλλον και τις ακτές. Κατά την διάρκεια κατασκευής του έργου η ακριβής γνώση των συνθηκών κύματος και ρεύματος καθώς και η πρόγνωση ακραίων φαινομένων βοηθούν στον σωστό προγραμματισμό και την ασφαλή εκτέλεση του έργου. Ιστορικά δεδομένα ρευμάτων και κυμάτων σε μία περιοχή είναι επίσης απαραίτητα για τον σωστό σχεδιασμό του έργου, τόσο για την ασφάλεια του (π.χ. πρόβλεψη για αντοχή στο μέγιστο αναμενόμενο κυματισμό της περιοχής) όσο και για την πρόγνωση των επιπτώσεων του στο περιβάλλον (π.χ. συσσώρευση ιζημάτων). Παρόλο που τα δεδομένα αυτά δεν χρειάζονται σε πραγματικό χρόνο στις περισσότερες περιπτώσεις έχουν συλλεγεί μέσα από κάποιο πρόγραμμα επιχειρησιακής παρακολούθησης και έτσι συνδέονται έμμεσα με την Ε.Ω. Μετεωρολογία και Παγκόσμιο κλίμα Είναι πλέον γενικά αποδεκτό πως οι Ωκεανοί αποτελούν τον ρυθμιστή του παγκόσμιου κλίματος. Η συνεχής παρακολούθηση των ωκεανών συμβάλει στην πρόγνωση των κλιματικών συνθηκών τόσο σε επίπεδο μηνών (El-Nino) όσο και σε επίπεδο δεκαετιών (φαινόμενο θερμοκηπίου). Η μεταβολή της επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας (SST) και η εξάτμιση που προκαλείται είναι σημαντικοί ρυθμιστικοί παράγοντες της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας. Η αξιόπιστη πρόγνωση του SST μπορεί να βελτιώσει θεαματικά την πρόγνωσης, ιδίως για διάστημα άνω των 10 ημερών. Για τις προγνώσεις στην συνοπτική κλίμακα, οι μετεωρολογικές παρατηρήσεις από πλωτούς μετρητικούς σταθμούς βελτιώνουν επίσης θεαματικά την πρόγνωση ιδίως σε παράκτιες περιοχές. Τέλος, για τις μακροχρόνιες προβλέψεις πιθανών κλιματικών αλλαγών είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ο ρόλος των Ωκεανών. Προγράμματα συνεχούς παρακολούθησης της βαθιάς θερμικής δομής των ωκεανών που σχετίζεται με την μεγάλης κλίμακας θερμόαλη κυκλοφορία βοηθούν στην κατανόηση και πρόγνωση των μελλοντικών μεταβολών. Στρατιωτικές εφαρμογές Οι στρατιωτικές ναυτικές επιχειρήσεις είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα εφαρμογής της Ε.Ω. Για τον λόγο αυτό, όπως ήδη αναφέραμε, στρατιωτικές υπηρεσίες μεγάλων κρατών έχουν αναπτύξει 19