Morze Bałtyckie jest jednym z najbardziej wrażliwych ekosystemów morskich Europy. Jego specyficzne warunki hydrologiczne, ograniczona wymiana wód z Morzem Północnym, dopływ substancji biogennych z rzek oraz rosnąca presja działalności człowieka wpływają na zmienność procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Szczególnym wyzwaniem są eutrofizacja, zakwity sinic, zmiany produktywności biologicznej oraz występowanie obszarów o obniżonym stężeniu tlenu. Skuteczne monitorowanie tych procesów wymaga wykorzystania nowoczesnych technologii, łączących pomiary oceanograficzne, obserwacje satelitarne oraz wysokorozdzielcze modelowanie numeryczne. Takie podejście zastosowano podczas opracowywania Cyfrowego Systemu Informacji dla Polskich Obszarów Morskich (www.csipom.pl & www.csipom2.pl), rozwijanego w Instytucie Oceanologii Polskiej Akademii Nauk w Sopocie.
Od modelowania hydrodynamicznego do kompleksowego systemu informacji o Bałtyku
System CSI-POM powstał z myślą o dostarczaniu aktualnych i prognozowanych informacji o warunkach środowiskowych południowego Bałtyku. Jego rozwój realizowany jest w dwóch etapach. W pierwszym etapie, w ramach projektu CSI-POM, opracowano narzędzia umożliwiające analizę procesów fizycznych i hydrodynamicznych, takich jak zmienność temperatury i zasolenia, prądy morskie, struktura kolumny wody, występowanie wirów oraz zjawiska upwellingu. Drugi etap, realizowany w ramach projektu „Cyfrowy System Informacji dla Polskich Obszarów Morskich – CSI-POM II”, finansowanego ze środków programu „Nauka dla Społeczeństwa II”, obejmuje rozbudowę systemu o procesy biogeochemiczne, w tym produkcję pierwotną, obieg substancji biogennych, zmienność stężenia chlorofilu-a oraz występowanie zakwitów sinic. Podstawowym elementem systemu jest wysokorozdzielczy, trójwymiarowy model ekohydrodynamiczny 3D CEMBS-PolSea, integrujący procesy fizyczne i biogeochemiczne zachodzące w środowisku morskim. Model wykorzystuje dane meteorologiczne, hydrologiczne i obserwacyjne, a jego wyniki podlegają walidacji z wykorzystaniem pomiarów oceanograficznych oraz danych satelitarnych.
Nowoczesne narzędzia do analizy środowiska morskiego
Istotnym osiągnięciem projektu CSI-POM II jest opracowanie zestawu specjalistycznych narzędzi informatycznych, umożliwiających użytkownikom analizowanie wyników modelowania numerycznego w formie interaktywnych map, przekrojów pionowych, szeregów czasowych oraz produktów tematycznych.
Jednym z produktów jest narzędzie do analizy produkcji pierwotnej i czynników ograniczających rozwój fitoplanktonu. Umożliwia ono ocenę produktywności biologicznej morza oraz identyfikację czynników środowiskowych wpływających na rozwój poszczególnych grup fitoplanktonu, w tym okrzemek i sinic.
Kolejnym rozwiązaniem jest narzędzie do analizy struktury kolumny wody, pozwalające użytkownikowi samodzielnie wyznaczać przekroje pionowe i analizować rozkłady wybranych parametrów fizykochemicznych oraz biologicznych. Uzupełnieniem tej funkcjonalności jest możliwość prezentacji zmienności czasowej parametrów w wybranych lokalizacjach.
Szczególne znaczenie dla ochrony środowiska ma narzędzie do analizy rozprzestrzeniania się substancji biogennych pochodzenia rzecznego. Pozwala ono określać kierunki i zasięg transportu azotu i fosforu w wodach morskich oraz identyfikować obszary potencjalnie narażone na zwiększone dopływy tych substancji.
Jednym z najbardziej innowacyjnych produktów jest narzędzie do automatycznej detekcji zakwitów sinic i analizy krótkoterminowych trendów ich rozwoju. Na podstawie wyników modelowania identyfikowane są obszary, w których stężenie chlorofilu-a związanego z sinicami przekracza określone wartości progowe. System umożliwia również ocenę tendencji zmian intensywności zakwitów, wskazując obszary ich rozwoju, stabilizacji lub zanikania.
Opracowano także narzędzie do identyfikacji obszarów spełniających określone kryteria środowiskowe. Użytkownik może zdefiniować wymagane zakresy wybranych parametrów, takich jak temperatura, zasolenie czy stężenie tlenu, a system automatycznie wskaże obszary spełniające zadane warunki. Rozwiązanie to może znaleźć zastosowanie między innymi w badaniach siedlisk morskich, rybołówstwie i planowaniu działalności gospodarczej na morzu.
Ważną funkcjonalnością jest również śledzenie trajektorii przemieszczania się elementów pasywnych w powierzchniowej warstwie morza. Narzędzie pozwala analizować potencjalne kierunki transportu obiektów unoszonych przez prądy morskie, co może wspierać działania związane z bezpieczeństwem na morzu i oceną rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń.
System uzupełniają specjalistyczne narzędzia do analizy mikrowarstwy powierzchniowej morza (SML) oraz zależności pomiędzy właściwościami optycznymi i biologicznymi wód.
Cyfrowe informacje dla nauki, gospodarki i społeczeństwa
System CSI-POM i CSI-POM II został zaprojektowany nie tylko jako narzędzie badawcze, ale również jako platforma wspierająca praktyczne wykorzystanie informacji o środowisku morskim. Opracowane produkty mogą wspomagać monitorowanie stanu ekosystemu Bałtyku, ocenę zagrożeń środowiskowych, planowanie przedsięwzięć realizowanych na morzu oraz podejmowanie decyzji w gospodarce morskiej. Potencjalnymi użytkownikami systemu są instytucje naukowe, administracja morska, służby odpowiedzialne za bezpieczeństwo i ochronę środowiska, podmioty gospodarcze działające w sektorach rybołówstwa i marikultury, a także organizacje zajmujące się edukacją i popularyzacją wiedzy o morzu. Szczególnie istotne jest wykorzystanie narzędzi systemu do identyfikacji zagrożeń związanych z eutrofizacją, dopływem substancji biogennych z obszarów lądowych oraz występowaniem zakwitów sinic. Wyniki analiz mogą stanowić wsparcie dla działań związanych z ochroną ekosystemu morskiego i racjonalnym gospodarowaniem jego zasobami. Możliwość analizowania prądów morskich i trajektorii przemieszczania się elementów pasywnych stwarza również potencjał wykorzystania systemu w działaniach służb poszukiwawczo-ratowniczych oraz podczas oceny transportu zanieczyszczeń.
Operacyjny dostęp do informacji o stanie Bałtyku
Wyniki modelowania numerycznego są przetwarzane na produkty informacyjne i udostępniane za pośrednictwem internetowych portali CSI-POM oraz CSI-POM II. System zapewnia dostęp do map przestrzennych, przekrojów pionowych, przebiegów czasowych i specjalistycznych analiz środowiskowych. Produkty modelowe aktualizowane są cztery razy na dobę, umożliwiając śledzenie bieżących zmian oraz analizę prognozowanych warunków w południowym Bałtyku. Istotną zaletą opracowanego rozwiązania jest możliwość samodzielnego wyboru przez użytkownika analizowanych parametrów, lokalizacji, przedziałów czasowych i kryteriów środowiskowych. Dzięki temu system stanowi nie tylko źródło danych, ale również interaktywne narzędzie wspomagające ich interpretację i wykorzystanie w praktyce.
Cyfrowy Bałtyk – wiedza wspierająca przyszłość morza
Rozwój systemów CSI-POM i CSI-POM II stanowi ważny krok w kierunku budowy nowoczesnej infrastruktury informacji o środowisku morskim w Polsce. Połączenie wysokorozdzielczego modelowania numerycznego, danych satelitarnych, pomiarów oceanograficznych i zaawansowanych narzędzi informatycznych umożliwia kompleksową analizę procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących w południowym Bałtyku. Opracowane rozwiązania wpisują się w rozwój operacyjnej oceanografii oraz europejskich inicjatyw związanych z monitorowaniem i ochroną środowiska morskiego, w tym działań prowadzonych w ramach Ramowej Dyrektywy w sprawie Strategii Morskiej, programu Copernicus Marine Service oraz Komisji Helsińskiej (HELCOM).
Cyfrowy Bałtyk to nie tylko nowoczesne technologie, lecz przede wszystkim możliwość przekształcania wyników badań naukowych w praktyczne informacje wspierające ochronę środowiska, bezpieczeństwo na morzu i zrównoważony rozwój gospodarki morskiej.
Autor: Prof. dr hab. Lidia Dzierzbicka-Głowacka
Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk w Sopocie
Kierownik Projektu CSI-POM2 (www.csipom2.pl)
Projekt finansowany jest ze środków budżetu państwa w ramach programu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego „Nauka dla Społeczeństwa II”, nr NdS-II/SP/0003/2023/01, o całkowitej wartości dofinansowania 1 996 763,77 PLN.
