Polska w Euro-Argo ERIC. IOPAN bada morza przy pomocy specjalistycznych pływaków Argo

8 czerwca br. Polska została stałym członkiem Globalnej Sieci Obserwacji Oceanów Euro-Argo ERIC. Jest to znaczący krok w zaangażowaniu Polski w międzynarodowy program monitorowania mórz i oceanów za pomocą pływaków Argo. Był on możliwy dzięki wysiłkom polskich oceanografów oraz poparciu Ministerstwa Edukacji i Nauki.

Rys. 1. 8 czerwca 2023, Triest. Uroczystość podpisania przystąpienia Polski jako stałego członka Euro-Argo ERIC. Od lewej: Agnieszka Beszczynska-Moeller (oceanograf z IOPAN), Yann-Hervé De Roeck (Kierownik Programu Euro-Argo ERIC), Marta Stawicka (Ministerstwo Edukacji i Nauki - Polska) i Jean-Marie Flaud, Przewodniczący Rady Euro-Argo ERIC (Ministerstwo Edukacji i Nauki - Francja). Źródło: © Euro-Argo ERIC, https://www.euro-argo.eu/News-Meetings/News/Latest-News/A-12th-Member-joined-Euro-Argo-ERIC

Argo to globalny system obserwacji oceanograficznych. Służy do tego sieć 4000 autonomicznych pływaków profilujących, które mierzą temperaturę, zasolenie i inne właściwości wody morskiej od powierzchni do głębokości 2000 m (Rys.2). Zebrane wyniki przekazywane są drogą satelitarną do centrów odbiorczych. Ogólnodostępne dane są natychmiast wykorzystywane przez służby meteorologiczne i oceanograficzne oraz do analiz naukowych.

Rys.2. Globalna sieć pływaków Argo w czerwcu 2023. Źródło: https://www.ocean-ops.org/board?t=argo

Polska uczestniczy w światowym programie Argo i w projekcie europejskiej infrastruktury badawczej Euro-Argo od roku 2008. Euro-Argo ma na celu wniesienie europejskiego wkładu do sieci światowej poprzez wodowanie i utrzymanie ¼ floty pływaków Argo. Przedstawicielem Polski w organizacjach Argo jest Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk (IOPAN), działaniami Argo-Polska kieruje prof. dr hab. Waldemar Walczowski.

Od roku 2011 IOPAN uczestniczył w procesie kształtowania Konsorcjum na rzecz Europejskiej Infrastruktury Badawczej Euro-Argo ERIC. European Research Infrastructure Consortium (ERIC) to szczególna forma prawna, która ułatwia tworzenie i eksploatację infrastruktur badawczych o znaczeniu europejskim. W roku 2014 Polska była jednym z współzałożycieli Euro-Argo ERIC, przystępując do niego jako obserwator. W roku 2021 zawiązano konsorcjum Argo-Polska, w skład którego wchodzą Instytut Oceanologii PAN w Sopocie (lider konsorcjum), Instytut Geofizyki PAN w Warszawie i Akademia Marynarki Wojennej w Gdyni. W roku 2022 konsorcjum otrzymało finansowanie z Ministerstwa Edukacji i Nauki (umowa nr 2022-WK-04). Program obejmuje regularny zakup i wodowanie pływaków w Arktyce i w Morzu Bałtyckim, monitorowanie kluczowych parametrów oceanicznych, takich jak temperatura, zasolenie i poziom tlenu rozpuszczonego w wodzie oraz dostarczanie danych naukowym badaczom na całym świecie. Jako członek Euro-Argo IOPAN współpracuje z innymi instytucjami i programami naukowymi, dzieląc się wynikami i doświadczeniem w dziedzinie badań oceanograficznych. Celem konsorcjum jest również rozwijanie nowych metod i technologii, które przyczynią się do lepszego zrozumienia zmian zachodzących w oceanach i ich wpływu na środowisko.

Technologia Argo

Pływaki Argo to autonomiczne urządzenia mierzące podstawowe właściwości wody morskiej. Urządzenia te nie posiadają własnego napędu, w płaszczyźnie horyzontalnej przenoszone są przez prądy morskie. Mogą one natomiast poruszać się w pionie, ruch ten wymuszany jest przez zmianę objętości zewnętrznego pęcherza napełnionego olejem. Zasysanie oleju do sztywnego kadłuba powoduje utratę pływalności i powolne zanurzanie pływaka, wpompowanie oleju do pęcherza powoduje unoszenie urządzenia i wypłynięcie na powierzchnię (Rys. 3). Na otwartym oceanie profilowanie do 2000 m głębokości odbywa się co 10 dni, finalnym efektem są przesyłane drogą satelitarną dane środowiskowe. Ogólnodostępne dane są w czasie krótszym niż 24 godziny od pomiaru wykorzystywane w prognozach meteorologicznych i oceanograficznych. To jedyny globalny system dostarczający operacyjne dane oceanograficzne w czasie niemal-rzeczywistym. Dane po dalszej walidacji i obróbce używane są również do analiz naukowych. Postęp technologiczny spowodował, że Argo to urządzenia bardzo wydajne i stosunkowo tanie – na otwartym oceanie pływak może pracować do 5 lat. Obok standardowych pływaków Argo mierzących temperaturę i zasolenie w funkcji głębokości (Core Argo), budowanych jest coraz więcej Argo głębinowych (Deep Argo, pomiar do 6000 m) i Argo Biogeochemicznych (BGC). Te ostatnie to urządzenia wyposażone w większą ilość czujników, mogące mierzyć temperaturę, zasolenie, zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie, pole światła, zawartość nutrientów, chlorofilu, zawiesinę, pH i inne właściwości wody morskiej.

Rys. 3. Cykl pracy pływaka Argo: (1) wodowanie, (2) zanurzenie do głębokości dryfu, (3) dryf, (4) zanurzenie do głębokości profilowania, (5) wynurzanie i pomiar Podstawowych Zmiennych Oceanicznych, (6) transmisja danych, (7) początek nowego cyklu. Źródło: https://argo.ucsd.edu/how-do-floats-work/

Argo-Polska

W okresie od roku 2009 IOPAN wodował 39 pływaków Argo, 26 w Arktyce Europejskiej i 13 w Morzu Bałtyckim. Wodowania Argo w Arktyce są połączone z corocznymi rejsami statku badawczego IOPAN Oceania i długoterminowym programem AREX (Rys. 4).

Rys. 4. Przygotowania do wodowania pływaka Argo na pokładzie r/v Oceania. Fot. Przemysław Makuch.

Polska, obok Finlandii, jest prekursorem wodowań Argo w Morzu Bałtyckim i zmierza do stałego monitoringu tego akwenu przy pomocy sieci pływaków. Duże znaczenie w wadze działalności Argo-Polska mają rejony w których wodowane są pływaki. Arktyka jest ciągle słabo pokryta pomiarami oceanograficznymi, Bałtyk nie był brany pod uwagę w początkowej fazie działalności globalnego systemu Argo. Doświadczenia IOPAN pokazały jednak, że mimo małych rozmiarów i niewielkiej głębokości, nasze morze nadaje się doskonale do implementacji Argo. W Bałtyku pracujemy w innym reżimie niż na oceanie. Pływaki profilują toń wodną od powierzchni do dna z częstotliwością od 8 do 48 godzin. W przeciwieństwie do oceanu, małe rozmiary akwenu pozwalają na wydobywanie pływaków (Rys. 5), kalibrację czujników, wymianę baterii i ponowne użycie. Od roku 2016 zgromadzono potężną bazę danych obejmujących Bałtyk Południowy – ponad 3300 profili temperatury i zasolenia (CTD) (Rys. 6). Większość profili zawiera również dane dotyczące zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie. Dane te są dostępne dla wszystkich zainteresowanych.

Rys. 5. Pływak Argo wydobyty w Basenie Gotlandzkim podczas rejsu s/y Magnus Zaremba w lutym 2020. Fot. Jaromir Jakacki. 

Rys. 6. Przykładowe trajektorie dryfu i miejsca pomiarów trzech bałtyckich pływaków Argo. Źródło: materiały własne.

Najważniejsze wnioski wynikające z naszej dotychczasowej działalności:

• Rośnie znaczenie autonomicznych urządzeń w pomiarach oceanograficznych.
• Pływaki Argo to wiarygodne i tanie źródło danych oceanograficznych dostarczanych w czasie rzeczywistym.
• Oceaniczna sieć Argo jest dobrze zorganizowana i utrzymywana.
• Dane Argo są dostępne w serwisie Coriolis.
• Polska jest ważnym uczestnikiem infrastruktury Argo.
• Pływaki Argo mogą być wykorzystywane w ramach kompleksowego systemu monitoringu Bałtyku.
• Różne źródła danych, takie jak pływaki, rejsy i kotwiczone piony pomiarowe (mooringi) mogą dostarczyć obszernych, uzupełniających się danych dla lepszego monitoringu Morza Bałtyckiego, doskonalenia modeli numerycznych i walidacji obserwacji satelitarnych.
• Do podstawowego monitoringu wód głębinowych Bałtyku powinno wystarczyć minimum siedem stale pracujących pływaków.
• W przeciwieństwie do głębokiego oceanu, małe wymiary Morza Bałtyckiego powodują, że wydobywanie pływaków jest opłacalne, zwłaszcza w przypadku drogich pływaków BGC.
• W niedalekiej przyszłości, oprócz standardowych pływaków CTD, wzrośnie liczba i znaczenie pływaków BGC.

Więcej na temat Argo-Polska na stronie internetowej:
https://old.iopan.pl/hydrodynamics/po/Argo/argo_pl.html

Prof. dr hab. Waldemar Walczowski
Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk

Publikacja powstała w ramach projektu dofinansowanego przez Ministra Edukacji i Nauki na podstawie umowy nr 2022/WK/04