• 我们基于MODIS-Aqua数据集计算了生物群系位置的平均状态。大约有20种不同类型的生物群落(取决于所分析的时间段)。其中有几个与Longhurst(1998)首次描述的生物群落/省份表现出显著的相似性。然而，由于我们的分析不依赖于长期的气候分析来定义区域，我们可以检查这些省份随时间的演变，以及边界上的相互作用的详细情况。
• 我们用当地的航迹和著名的气候指数验证了我们预测的省界位置。我们已经验证了北大西洋、南太平洋、赤道上升流区和地中海的边界位置。这五个地区的水文情况不同，因此我们相信我们的方法将在全世界奏效。
• 我们做了两个省份分布的时间序列，一个是MODIS-Aqua，一个是SeaWiFS/AVHRR组合。MODIS-Aqua时间序列从2002年1月至2006年12月显示了这些省份在5年期间的季节演变。

大陆架的光学性质是复杂的，代表了浮游植物、有色溶解有机物(CDOM)和非藻类颗粒的不同贡献。在过去几年中，通过远程或现场观测获得的光学数据量迅速增加。事实证明，这些观测在圈定水文特征方面非常有效，这些特征在目前同化为数值预报模式的传统物理数据中不明显。

在这个项目中，来自罗格斯大学、伍兹霍尔海洋研究所、达尔豪斯大学和加州州立理工大学的研究人员正在合作，将物理和光学观测与模型相结合，以增强我们对海岸过程的理解。

该项目的主要目标是:

• 提高对海洋颜色的预测能力;
• 利用海洋颜色观测来揭示在水文场中不容易看到的特征，从而改进物理模型。

为了实现这些目标，我们目前正在努力:

• 数据同化技术的发展和改进，包括物理和光学数据的使用;
• 我们观测能力的不断扩展。这包括进入一个国际卫星星座(热图像、海洋颜色和合成孔径雷达)，嵌套CODAR阵列，提供横跨整个中大西洋海湾的每小时表面速度图，以及一支沿海auv(滑翔机和REMUSs)舰队，能够测量现场物理和光学特性;
• 利用耦合模式研究中大西洋海湾的海洋物理和光学之间的关系。

x波段天线(右)安装于2003年秋天，收集来自美国宇航局的Aqua和Terra卫星的MODIS数据，以及来自印度海洋卫星的海洋颜色数据。

数据被处理成各种产品(如海面温度、海洋颜色等)，然后转换成jpeg图像，方便下载和查看。每个产品页面都有详细的产品描述。海表温度是我们最大的影像库，影像可追溯至1993年。叶绿素浓度的图像可以追溯到2001年。我们的其他图片档案始于2004年。

海洋学通过一种分布式的、基于观测的方法，不断地与仪器、设施和其他科学家相互作用，以远程探索地球-海洋-大气系统，增强了过去两个世纪的船基探险科学。为了向美国海洋科学研究界提供在海洋中进行持续、长期和适应性测量所需的基本基础设施，美国国家科学基金会(NSF)海洋科学部门发起了海洋天文台计划(OOI)。
在大范围的空间和时间尺度上对周期性海洋过程进行常规的长期测量，对于解决与地球气候、地球动力学和海洋生态系统有关的科学问题至关重要。创新的海洋观测站提供前所未有的电力和通信水平，并接入实时传感器网络，这将推动科学创新，并提供教育和外联能力，这将极大地影响人们对海洋科学的普遍理解和公众对海洋科学的态度。
OOI由三个分布但相互联系的观测站组成，跨越全球、区域和沿海尺度，当数据结合在一起时，将允许科学家研究社区强调的一系列高优先级过程。OOI网络基础设施(CI)构成集成元素，将三类海洋天文台和相关传感器连接并绑定为一个连贯的系统中的系统。
OOI CI的目标是提供一个由天文台、实验室、教室和设施组成的综合联邦系统，以实现OOI的使命。通过OOI向研究科学家提供的基础设施将包括海底电缆与水柱固定和移动系统相结合。CI计划还包括统一项目管理、数据传播和归档、教育和外联活动等组成部分，这些活动对海洋观测科学的长期成功至关重要。OOI CI的远景是为从科学界开始的OOI用户提供一个系统，该系统支持简单而直接地使用OOI资源来实现他们的科学目标。这一愿景包括直接访问上述仪器数据、控制和操作活动，以及与其他科学家、机构、项目和学科无缝合作的机会。

海洋科学与环境国际研讨会提议利用海洋观测系统(OOS)产生的信息作为一个强大的平台，以提高公众对海洋的认识，并激发公众对海洋研究的支持。

国际海洋交流中心的使命是利用变革的海洋研究和有效的教育实践，激励学生和公众进行海洋探索、发现和管理。

COSEE- now确定了三个关键的投资领域，将项目pi的资源和经验结合起来，以促进高质量的OOS教育和公共推广(EPO)，并为COSEE网络做出贡献。

这些目标包括:

• 评估OOS目标受众的知识和需求:pi建议调查目标受众，包括K-16学生/教师、政策/决策者和科学素养公众，以了解他们对OOS的认识、知识和态度。这些需求评估的结果将使COSEE-NOW和OOS EPO供应商能够开发有用的产品，同时提高这些受众对OOS及其相关性的认识。
• 改善OOS社区中科学家和教育者之间的协作和协调。这项拟议的工作将支持现有OOS网络中的EPO项目，同时帮助制定计划中的OOS举措。我们的工作将增加科学数据和知识的有效翻译和传播给更广泛的受众，并在OOS社区的科学家中改进有效教育实践的使用。
• 提高公众对海洋观测系统的认识。国际see - now的外部重点是通过创新的媒体产品、K-12课堂应用和自由选择的学习环境，建立公众对OOS的认识。通过这个目标，我们希望提高不同目标受众对OOS和海洋素养概念的认识。

在观测站继续从愿景向现实过渡的过程中，一个COSEE主题-网络化海洋世界(NOW)可以作为提供教育领导的工具。COSEE的工作将作为合作EPO活动的探路者，与现有的以及新的天文台、可视化和网络基础设施技术相关，这些技术将在未来5到10年上线。

COSEE NOW将解决已确定的OOS社区需求，包括发展一个教育领袖社区，创建一个连贯的教育产品集合，并实施向目标用户群体提供这些产品和信息的战略。此外，我们将为海洋天文台的科学和社会需求提供桥梁，同时促进教与学，扩大代表性不足的受众的参与，加强教育基础设施，并将我们的成果传播给教育工作者和科学家。

核心工作人员将确保中心的目标得到实现，并将召集咨询委员会和工作组。项目合作伙伴将管理特定的中心任务。未来还将包括更多的项目合作伙伴，因为COSEE的协作与合作性质将有助于在相关领域调动资金。

COSEE-NOW及其合作伙伴、目标和目标已经集合和组织起来，以满足OOS科学和EPO社区在本提案的支持信中所明确提出的需求。我们之前在COSEE网络的经验，在OOS EPO方面的良好记录，以及我们对成功合作伙伴的素质的理解，将有助于我们完成本提案中概述的任务。

海洋网络的成功将由对海洋的科学认识的提高和人类社会海洋知识的提高来衡量。拟议中的全球海洋科学研讨会将建立科学家和教育工作者的伙伴关系，以创建一个网络化的海洋世界。

• 提高MTS、沿海和海上作业的安全性，利用安全投资提高经济绩效;
• 改进对海事领域事件的应急反应;而且
• 提高MTS、海上作业和沿海环境的弹性。

“我走进我们的控制室，在那里可以看到美丽的海景。有卫星上的远程传感器更新的全球图片，有不断变化的地下变量地图，有显示我们所有Slocum科学平台位置和状态的图表，我很满意，我们比其他任何地方都更深入、更深入地观察海洋。”亨利Stommel (1989)

探索全球海洋一直是推动人类社会发展的根本因素。历史上，几个世纪以来，人类一直依靠船只作为生活、旅行和探索海洋的平台。船舶之后，海洋探测的下一个重大技术进步是卫星遥感的发展。20世纪70年代的这场革命提供了一种全球天气视角，从根本上改变了我们对世界表面海洋的看法。过去十年中海洋机器人的出现为海洋学带来了下一场技术革命。机器人提供了海洋的大型水下图像。我们在沿海海洋观测实验室致力于推进机器人革命。

2006年在立陶宛，美国国家海洋和大气管理局的里克·斯宾拉德博士让我们坐下来。他看着我们，开始了谈话:“为了你们国家的利益，你们必须激励下一代的科学家和工程师，我想让你们用机器人穿越一个海洋盆地。”从那以后，我们与韦伯研究中心合作，专注于斯普林拉德博士面临的挑战。我们相信，利用机器人在海洋中发展永久存在是激励下一代科学家和工程师的有力工具。因此，我们希望开发长时间飞行，并让这些任务由年轻科学家在本科期间执行。我们相信，这将至关重要，向年轻人展示科学、工程和探索是最有回报的职业可能。

光学性质复杂，代表浮游植物、有色溶解有机物(CDOM)、海洋和大气衍生的非藻类颗粒的不同贡献。这些因素对地中海等封闭的内海的相对影响尤其复杂。从卫星收集区域海洋颜色数据至关重要，必须辅以空间地下测量。配备了一系列物理/光学传感器包的自主平台的开发提供了巨大的潜力。Slocum海岸滑翔机与适当的光学传感器套件相结合，是一个理想的平台。滑翔机的实用性导致了滑翔机操作中心(GOC)的发展，允许世界上任何地方的操作人员远程控制和可视化滑翔机数据，也可以很容易地与数值模型数据输出和/或遥感图像合并。

滑翔机的数据将解决地中海大气尘埃的重要性。从大气中获得的营养物质的重要性已经得到证明，它对海洋生态和生产力的作用也经常被假设。例如，在地中海，据推测，来自撒哈拉和北欧国家的沙尘占地中海新产量的15%，占初级总产量的14%;然而，记录沉积及其与初级生产力在时间(几周到几个月)和空间(100-1000公里)尺度上的变化是很困难的。这迫使工作人员依赖遥感;然而，这些方法容易受到灰尘的影响，这模拟了卫星图像中浮游植物的存在。海洋颜色算法使用遥感反射率来估计叶绿素a的浓度。在非常清澈的水域中，灰尘的存在会影响经验算法的准确性。鉴于此，与大气尘埃有关的海洋信号与受刺激的浮游植物生产力有关吗?还是仅仅是尘埃本身?我们必须量化在相关的空间(100公里)和时间(月)尺度上，在寡营养水域中灰尘对原位光学特性和生物群落的影响。

考虑到这些利益，我们将在这个项目中:

• 使用韦伯滑翔机舰队提供区域水下物理和光学数据集，以支持2008年秋季和2009年春季在地中海开展的舰载NASA、北约和ONR工作，
• 协调配备了各种传感器的滑翔机舰队的活动，以量化地中海沿岸和近海水域的物理水文情况，
• 演示了一个基于web的滑翔机GOC，在长达一个月的实验中，舰队控制在船上的操作人员、拉斯彭齐亚北约设施的人员和美国的科学家和学生之间转移，
• 利用数据了解地中海的物理和光学动力学，重点是了解大气衍生亚微米尘埃颗粒和浮游植物对确定衍生卫星数据产品的相对重要性。

这一国际伙伴关系的重点是开发技术，以记录和了解沿海水域的变化如何影响挪威海岸和西南巴伦支海的生物资源和生态。极地生态系统在上个世纪经历了巨大的变化。变暖的气温正在融化永久霜冻，增加河流流量，北极冰变薄。很难通过自然变化来解释这些变化，而人类活动已经牵涉其中;然而，低频盆地尺度旋回和偶发性事件的作用仍然是一个悬而未决的问题。此外，船只运输增加了，亚北极地区石油和天然气的生产和运输也在扩大。巴伦支海也受到大河(鄂毕河、莱纳河和叶尼塞河)和俄罗斯军事设施的污染，这些都是核废料的来源。所有这些都是影响沿海水域的复杂国际问题，跨越多个时间和空间尺度，需要收集有关的空间时间序列数据

在海洋中收集连续时间序列数据的挑战是巨大的，因为只有用天基遥感或岸基雷达才能到达海面。物理水文和生物地球化学参数变化很大，并且在很大的空间和时间尺度范围内耦合(米到数千公里，小时到几十年)，使用传统采样方法无法充分采样。这就需要地下机器人网络的发展。需要时间序列观测来解决与偶发性事件相关的参数的平均值和方差，以及发生在季节性、年度和年代际尺度上的参数。未来十年的这一伙伴关系将为全面理解生物地球化学循环和时间趋势奠定基础，从而能够开发、参数化、初始化和验证全球沿海生物地球化学模型。其目标是开发一个联合本科项目，让国际学生骨干成为实施团队，部署尖端的新型机器人网络，研究南极潜在的气候反应。

拟议的国际合作侧重于挪威沿海海流(NCC)对南巴伦支海物理海洋学和生物地球化学的影响。灰线表示主要洋流。虚线表示冬季海冰的平均气候范围。实红色的线表示将使用auv组合进行每月一次的跨海岸调查。虚线表示在春季或夏季过程研究期间进行的沿岸朗格拉日测量(每个测量由箭头指定)。蓝色实线表示现有的和资助的挪威岸基表面海流雷达巢穴。

• 潮汐产生的内波的垂直和水平位移已知发生在当地称为“El Pichincho”的地点。
• 建立内波所带来的光学和微生物调制。
• 想象海浪撞击蒙娜岛大陆架边缘的情景。

最后，这种从滑翔机获得实时数据的能力对于21世纪海洋动力学和生物学研究的自适应采样要求是至关重要的。

• 描述了纽约湾中大陆架前沿的垂直结构及其时间变化，以及它如何响应地面风和热流的强迫。
• 确定关于陆架中锋形成的两种相互竞争的理论，即Ou等人(2003)的TD机制和Chapman和Lentz(1994)的BBL机制，是否足以解释观测结果。
• 确定锋面抑制跨陆架交换水性质的程度。

绘制浮游植物的浓度和生产力图是了解地球生物地球化学的关键。虽然在利用海洋颜色技术绘制浮游植物浓度图方面已经取得了很大进展，但测量速率过程的能力仍然很困难。我们集团一直在开发探索世界海洋的新平台(电缆和机器人)。由于这些技术代表着海洋勘探的未来，因此必须为这些平台开发新的传感器。浮力驱动滑翔机是最具挑战性的平台，因为这些系统需要较小的传感器，功率需求最小。因此，本项目的目标是开发一种新的传感器，可以测量浮游植物的健康与韦伯Slocum滑翔机能够携带的传感器。在过去的十年中，叶绿素荧光测量为研究海洋浮游植物生理和初级生产的控制因素提供了前所未有的见解。该技术依赖于在微和毫秒时间尺度上主动刺激和检测叶绿素荧光产量的诱导和随后的弛豫。对诱导可变荧光的分析提供了一套全面的浮游植物的荧光和光合参数。从这些数据中，可以推导出光合作用状态的详细图像。 The measured parameters provide the basis to model gross primary productivity and assess the impact of environmental stresses. This project will build a miniature Fluorescence Induction and Relaxation (FIRe) System for Webb Gliders. This project will demonstrate the FIRe mounted on a Webb Glider.

到目前为止，我们的研究结果如下:

• FIRe原型已经构建完成。它将被安装到滑翔机中。初始部署目前计划在2008年8月进行。
• 为了提高滑翔机的动力能力，开发了一种新的锂有效载荷，并通过驾驶滑翔机从新泽西飞往加拿大哈利法克斯进行测试。部署的博客可以在http://blog.i-cool.org/．
• FIRe原型将用于研究中大西洋海湾秋冬季节浮游植物的生理状况。目的是评估大型风暴对浮游植物健康的影响。

• 安全和高效的航行和海上作业
• 高效的溢油及危险物质轨迹预测及清理;
• 监测、预测和减轻沿海灾害，
• 军事行动,
• 搜救，还有
• 预测有害的藻华、缺氧条件和其他生态系统或水质现象。

本研究的目标是开发新的基础设施、理论、算法、工程解决方案和跨学科课程，以应对未来海洋学中具有挑战性的问题。具体目标包括:

• 开发、部署和评估一个普适动态海洋生态系统原型，该系统集成了传感器、网络、天文台和计算算法，以实现动态数据驱动的海洋学研究，特别是对新泽西州沿海缺氧和缺氧的研究。
• 发展跨学科研究课程，为学生提供快速扩展的研究及应用天文台网络所需的技能。

• 开发新的声学技术，利用auv的高频多波束声纳测量鱼类聚集，并与中频多波束声纳进行比较，
• 将中频声学双基地和后向散射与高频多波束和分裂波束后向散射以及两者与鱼类活动联系起来
• 将鱼类引起的声散射与物理和生物海洋学联系起来

背景:撕裂电流环流

激流是美国沿海海洋溺水和救援事件的头号原因。根据美国救生协会(USLA)的数据，2003年冲浪区总救援事件中，有71%(12137起)是由激流造成的。离岸流是强烈的近岸特征，跨岸速度约为1米/秒，沿岸速度为几十米。撕裂形成的机制包括波底边界相互作用、波-波相互作用和波-流相互作用(Dalrymple, 1975;Dalrymple, 1978;Sonu, 1972)。海浪破碎时产生的辐射应力驱动着岸流。这个理论发展得很好。关于表层跨大陆架流的理论，也就是撕裂流，发展得不太完善。加州的方法是使用高频雷达电流作为外部边界来驱动内部陆架模型。 Wave height, period, and direction are a second input required at the boundary. Increased wave and current observations nearshore will help researchers to better understand the conditions favorable for rip current formation, and ultimately provide the necessary boundary conditions to predict rip currents.

项目目标和目的

1. 该项目的主要目标是增强现有遥感测量技术，提供近岸波浪和海流的实时连续测量。这些数据将有利于关注近岸波浪/洋流相互作用的研究，并可直接纳入国家气象局现有的冲浪区预报。迄今为止，海面总洋流数据需要至少两个地点的数据重叠，从而限制了近岸的覆盖范围。同样，浅水区也限制了波的观测，特别是对低频系统。为此，我们提出了一个为期2年的项目，该项目将在新泽西州桑迪胡克的罗格斯大学运营的现有高频雷达试验台内开发和评估增强的近岸波和电流产品。
2. 算法增强(电流和波):虽然HF雷达电流和波数据已提供给多个用户，包括NWS在新泽西Mount Holly的WFO，但这些数据仅适用于假设深水色散和无波折射的产品。随着水深或工作频率的降低，测深效应变得更加重要。对于这些情况，必须将全波色散和折射综合到波和电流的估计中。当波移动到浅水中时，它们被折射，色散关系发生变化。后向散射信号的一阶和二阶区域都会受到影响。因此，波浪和水流的估计必须对浅水进行修正。
   评估高频雷达在桑迪胡克试验台导出的近岸波和海流观测。桑迪胡克油井为波浪和当前产品的开发和评估提供了绝佳的测试平台。标准、中、远程系统分别在1公里、3公里和6公里的尺度上对洋流和海浪进行连续采样。部署在桑迪胡克的所有三个站点代表了部署在世界各地的绝大多数高频雷达系统。在这里开发的产品可以转移到新泽西海岸和世界各地的其他系统。

西南极半岛(WAP)正在经历一些地球上最剧烈的气候变化。在过去的半个世纪里，WAP地区经历了冬季变暖的趋势，是全球平均水平的5.4倍。要理解这些变化是极其困难的，我们正在观察的前所未有的变化可能是未来海洋潜在变化的预兆。
随着海洋生态系统的变化，发展解决这些变化并了解其对人类的影响的能力是对海洋学的响亮呼吁。传统的抽样模式是不够的，必须努力发展能够在恶劣环境下工作并在海上持续维持其自身的网络。拟议中的机器人网络将提供社区所需的关键进展。我们还强调，提议的网络是模块化的，可以重新定位到任何海岸陆架，并扩大到盆地规模。
我们将结合物理/生物地球化学机器人采样，在生态相关的空间尺度上实现基于船舶的自适应采样。当船只无法使用时，机器人网络还将提供生态系统数据。我们称这种灵活而智能的网络为达尔文集群。在相关的规模上，达尔文集群将提供一个长期的传感器和仪器的现场网络，其运行方式类似于一个昆虫蜂巢和一个分布式的“工人”机器人网络，所有这些机器人都具有特定的能力，可以集体和合作地服务于一个集中的、基于海岸的“大脑”的特定需求。
收集到的数据将为数值生态系统建模提供关键的空间数据。我们拟利用机器人研究大气强迫、物理混合与浮游植物浓度、代谢和多样性之间的动力学相互作用。这些数据将与更高营养水平的主动和被动声学采样相结合。这个机器人网络的采样策略是灵活的，以便随着生态系统的进化，以应对海洋的物理力量，在飞行中进行调整。首先优先考虑的是南极半岛沿线的“生物热点地区”，这些地区是生物地球化学、浮游植物生产力和更高营养水平的喂养(浮游动物、企鹅、鲸鱼、海豹)的关键地区。当船只在附近时，机器人网络数据还可以进行自适应采样。这项工作将直接利用国家科学基金会资助的长期生态研究(LTER)项目，该项目正在沿着WAP进行。