• 我们根据整个MODIS-Aqua数据集计算了生物群落位置的平均状态。大约有20种不同类型的生物群落(取决于所分析的时间段)。其中一些与Longhurst(1998)首次描述的生物群落/省份显示出显著的相似性。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，我们可以详细地研究这些省份随时间的演变，以及沿边界的相互作用。
• 我们已经用原位航迹和著名的气候指数验证了我们预测的省份边界位置。我们已经确认了北大西洋、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，因此我们有信心我们的方法在全世界都适用。
• 我们制作了两个省份随时间分布的时间序列，一个用于MODIS-Aqua，一个用于seaifs /AVHRR组合。2002年1月至2006年12月的MODIS-Aqua时间序列显示了这些省份在5年期间的季节演变。

大陆架上的光学性质是复杂的，代表了浮游植物、有色溶解有机物(CDOM)和非藻类粒子的不同贡献。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，这些观测结果非常有效地描绘了传统物理数据中不明显的水文特征，目前这些数据已被纳入数值预报模型。

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理工州立大学的研究人员正在合作，将物理和光学观测与模型结合起来，以增强我们对沿海过程的理解。

项目的主要目标是:

• 提高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。这包括使用国际卫星星座(热图像、海洋颜色和合成孔径雷达)，嵌套CODAR阵列，提供横跨整个大西洋中部海湾的每小时地表速度地图，以及能够现场测量物理和光学特性的沿海auv舰队(滑路机和REMUSs);
• 利用耦合模型来研究大西洋中部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，从美国宇航局的Aqua和Terra卫星收集MODIS数据，以及从印度的海洋卫星收集海洋颜色数据。

将数据处理成各种产品(如海面温度、海洋颜色等)，然后制作成jpeg格式的图像，方便下载和查看。每个产品页面上都有详细的产品描述。海洋表面温度是我们最大的图像库，图像可以追溯到1993年。叶绿素浓度图像可以追溯到2001年。我们的其他图片档案开始于2004年。

在过去的两个世纪里，海洋学通过一种分布式的、以天文台为基础的方法增强了以船为基础的探险科学，在这种方法中，科学家不断地与仪器、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。为了向美国海洋科学研究界提供在海洋中进行持续、长期和自适应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偶发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。创新的海洋天文台提供前所未有的电力和通信水平，并接入实时传感器网络，将推动科学创新，并提供教育和推广能力，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包括三个分布但相互连接的全球、区域和沿海尺度的天文台，当数据结合起来时，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)构成了集成元素，将三种类型的海洋天文台和相关传感器连接并绑定为一个连贯的系统系统。
OOI CI的目标是提供一个由天文台、实验室、教室和实现OOI使命的设施组成的综合联邦系统。通过OOI为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倡议还包括统一项目管理、数据传播和存档以及教育和推广活动等组成部分，这些活动对海洋天文台科学的长期成功至关重要。OOI CI的愿景是为OOI用户(从科学界开始)提供一个系统，使其能够简单而直接地使用OOI资源来实现其科学目标。这一愿景包括对上述仪器数据、控制和操作活动的直接访问，以及与其他科学家、机构、项目和学科无缝协作的机会。

COSEE-NOW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。

COSEE-NOW的使命是利用变革性的海洋研究和有效的教育实践来激励学生和公众进行海洋探索、发现和管理。

COSEE- now已经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教育和公共宣传(EPO)，并为COSEE网络做出贡献。

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工作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社区的科学家中更好地使用有效的教育实践。
• 提高公众对海洋观测系统的认识。COSEE-NOW通过创新媒体产品、K-12课堂应用和自由选择的学习环境，从外部专注于建立公众对OOS的认识。通过这一目标，我们希望提高各种目标受众对OOS和海洋素养概念的认识。

主题COSEE-网络化海洋世界(NOW)可作为提供教育领导的工具，因为天文台继续从愿景向现实过渡。COSEE的努力将成为与现有以及新的天文台、可视化和网络基础设施技术相关的EPO合作活动的探路者，这些技术将在未来五到十年内投入使用。

COSEE NOW将解决已确定的OOS社区需求，包括发展教育领导者社区，创建连贯的教育产品集合，并实施将这些产品和信息传递给目标用户群体的战略。此外，我们将为海洋天文台的科学和社会需求提供桥梁，同时促进教学和学习，扩大代表性不足的受众的参与，加强教育基础设施，并向教育工作者和科学家传播我们的成果。

核心工作人员将确保实现中心的目标，并将召集咨询委员会和工作组。项目伙伴将管理中心的具体任务。未来，更多的项目伙伴将被纳入，因为COSEE的协作和合作性质将有助于在相关领域利用资金。

COSEE-NOW，其合作伙伴，目标和目标，已经被组织起来，以满足OOS科学界和EPO界在本提案的支持信中所指出的需求。我们之前在COSEE网络中的经验，在OOS EPO方面的良好记录，以及我们对成功合作伙伴的品质的理解，将有助于我们完成本提案中概述的任务。

海洋网络的成功将以提高对海洋的科学认识和提高人类社会的海洋素养来衡量。提议的COSEE-NOW将建立必要的科学家-教育者伙伴关系，以创建一个网络化的海洋世界。

• 提高MTS和沿海和海上作业的安全性，利用安全投资来提高经济绩效;
• 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，在那里可以看到海景。有来自卫星遥感器的最新全球图片，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·斯托梅尔(1989)

探索全球海洋一直是推动人类社会发展的根本因素。几个世纪以来，人类一直依赖船只作为生活、旅行和探索海洋的平台。继船舶之后，海洋探测领域的下一个重大技术进步是卫星遥感技术的发展。20世纪70年代的这场革命提供了一种全球天气观，从根本上改变了我们对世界表面海洋的看法。海洋机器人在过去十年的出现，为海洋学带来了下一次技术革命。机器人提供了海洋的大型地下图像。我们沿海海洋观测实验室致力于推动机器人革命向前发展。

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。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，在与韦伯研究中心的合作中，我们一直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的科学家在他们的本科期间进行。我们相信，这将至关重要，向年轻人展示科学、工程和探索是最有价值的职业。

光学性质是复杂的，代表浮游植物，有色溶解有机质(CDOM)，海洋和大气衍生的非藻类颗粒的不同贡献。对于像地中海这样的封闭内海，这些因素的相对贡献尤其复杂。从卫星上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。当配合适当的光学传感器套件时，Slocum海岸滑翔机是一个理想的平台。滑翔机的实用性导致了滑翔机操作中心(GOC)的发展，它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，这些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得到证实，其对海洋生态和生产力的作用也经常被提出假设。例如，在地中海，假定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)尺度上这些过程的关系一直很困难。这迫使工作人员依赖遥感技术;然而，这些方法很容易受到尘埃的影响，因为尘埃模仿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，还是仅仅是尘埃本身?我们必须量化沙尘对寡营养水域相关空间(100公里)和时间(月)尺度上的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:

• 使用韦布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年春季在地中海进行的舰载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，
• 演示了一个基于网络的滑翔机GOC，在整个为期一个月的实验中，舰队控制权在船上的操作员、拉斯宾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，重点是了解大气中衍生的亚微米尘埃颗粒和浮游植物对确定衍生的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巴伦支海西南部的生物资源和生态。在上个世纪，极地生态系统经历了巨大的变化。变暖的气温使永久霜冻融化，河流流量增加，北极冰层变薄。很难通过自然变异来解释这些变化，而人类活动也牵涉其中;然而，低频盆地尺度旋回和幕式事件的作用仍然是一个悬而未决的问题。此外，船舶交通增加，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、勒拿河和叶尼塞河)和俄罗斯军事设施的污染，俄罗斯军事设施是核废料的来源。所有这些都是影响沿海水域的复杂国际问题，跨越多个时空尺度，需要收集相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，因为只有在海洋表面才能使用天基遥感或岸基雷达。物理水文和生物地球化学参数变化很大，在很大的空间和时间尺度上(米到数千公里，小时到几十年)相互耦合，传统采样方法无法对其进行充分采样。这就需要开发地下机器人网络。需要时间序列观测来解析与情景事件相关的参数的平均值和方差，以及在季节、年度和年代际尺度上发生的参数。未来十年的这种伙伴关系将为全面了解生物地球化学循环和时间趋势奠定基础，从而使全球沿海生物地球化学模型的发展、参数化、初始化和验证成为可能。其目标是开发一个联合本科项目，让国际骨干学生成为部署尖端新型机器人网络的实施团队，以研究南极潜在的气候响应。

拟议的国际合作侧重于挪威海岸洋流(NCC)对巴伦支海南部物理海洋学和生物地球化学的影响。灰线表示主要洋流。虚线黑色表示冬季平均气候海冰范围。实线红线表示每月将使用auv组合进行的跨岸调查。红色折线表示将在春季或夏季过程研究期间进行的沿岸朗格日测量(每次测量由箭头指定)。蓝色实线表示现有和已投资的岸基海面挪威海面洋流雷达巢穴。

• 潮汐产生的内波的垂直和水平位移，已知发生在当地称为“埃尔皮钦丘”的地点。
• 建立由内波带来的光学和微生物调制。
• 想象一下海浪对蒙娜岛冰架边缘的冲击。

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至关重要。

• 描述纽约湾中陆架锋的垂直结构及其时间变化，以及它如何响应地面风和热通量的强迫。
• 以确定关于中架锋形成的两个相互竞争的理论，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。
• 确定锋面抑制跨货架水性质交换的程度。

绘制浮游植物浓度和生产力的能力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。我们的团队一直在开发用于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，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，因为这些系统需要小型传感器，功耗要求最低。因此，这个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状况，传感器可以携带在韦伯斯洛克姆滑翔机上。在过去的十年中，叶绿素荧光测量为控制海洋中浮游植物生理和初级生产的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松弛。诱导可变荧光的分析提供了一套全面的浮游植物荧光和光合参数。从这些数据中，可以推断出光合作用状态的详细情况。 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.

我们到目前为止的研究结果:

• FIRe的原型已经建成。它将被安装到滑翔机中。初步部署计划于2008年8月进行。
• 为了提高滑翔机的动力能力，开发了一种新的锂载荷，并通过从新泽西州飞往加拿大哈利法克斯的滑翔机进行了测试。部署的博客可以在这里找到http://blog.i-cool.org/．
• FIRe原型将用于研究大西洋中部海湾秋季和冬季浮游植物的生理学。目标是评估大型风暴对浮游植物健康的影响。

• 安全高效的航行和海上作业，
• 高效的石油和有害物质泄漏轨迹预测和清理，
• 监测、预测和减轻海岸灾害，
• 军事行动,
• 搜救，还有
• 有害藻华，缺氧条件，和其他生态系统或水质现象的预测。

这项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，以应对海洋学中未来具有挑战性的问题。具体目标包括:

• 开发、部署和评估一个原型普及动态海洋生态系统，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，特别是新泽西州海岸的缺氧和缺氧研究。
• 发展跨学科研究课程，为学生提供快速扩展的研究和应用天文台网络所需的技能。

• 开发新的声学技术，利用auv的高频多波束声纳来测量鱼类的聚集，并与中频多波束声纳进行比较，
• 将中频声学双基地和反向散射与高频多波束和分裂波束反向散射以及两者与鱼类活动联系起来
• 将引起声散射的鱼类与物理和生物海洋学联系起来

背景:撕裂流循环

离岸流是美国沿海地区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，71%的冲浪区救援事件(12137起)是由离岸流造成的。离岸流是强烈的近岸特征，其跨岸速度约为1米/秒，沿岸规模为数十米。裂谷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)。海岸水流是由波浪破碎产生的辐射应力驱动的。这个理论发展得很好。相对不太完善的理论是表层跨大陆架流，即离流。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加强现有的遥感测量技术，以提供近岸波浪和洋流的实时连续测量。这些数据将有利于研究近岸波浪/水流相互作用，并可直接纳入国家气象局现有的冲浪区预报。迄今为止，总水面水流数据需要至少两个地点的重叠，限制了近岸的覆盖范围。同样，浅水也限制了波浪观测，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市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(电流和波浪):虽然高频雷达电流和波浪数据已提供给多个用户，包括位于新泽西州Mount Holly的NWS WFO，但这些数据仅用于假定深水色散和无波浪折射的产品。随着水深或作业频率的降低，测深效应变得更加重要。在这些情况下，波的完全色散和折射必须整合到波和电流估计中。当波进入浅水时，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的近岸波浪和水流观测。桑迪胡克基地为波浪和当前产品的开发和评估提供了一个极好的测试平台。标准、中程和远程系统分别在1公里、3公里和6公里的尺度上连续地对洋流和海浪进行采样。部署在桑迪胡克基地的这三个基地代表了世界各地部署的高频雷达系统的绝大多数。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。

南极半岛西部(WAP)正在经历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趋势，是全球平均水平的5.4倍。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先兆。
随着海洋生态系统的变化和发展，解决这些变化并了解其对人类的影响的能力是海洋学的一个响亮的呼吁。传统的取样方式是不够的，必须集中努力发展能够在恶劣环境中工作并在海上持续维持的网络。拟议中的机器人网络将为社区提供所需的关键进步。我们还强调，拟议的网络是模块化的，可以搬迁到任何海岸大陆架，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。我们把这种灵活而智能的网络称为达尔文集群。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，其运作方式类似于一个由“工人”机器人组成的分布式网络，所有这些机器人都具有特定的能力，共同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。我们建议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态相互作用。这些数据将与较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将是灵活的，以便随着生态系统的演变而对海洋的物理强迫做出调整。最初将优先考虑南极半岛沿线的“生物热点”，这些地区是生物地球化学、浮游植物生产力和更高营养级喂养(浮游动物、企鹅、鲸鱼、海豹)的关键地区。当船只在附近时，机器人网络数据还将允许自适应采样。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。