为海洋造一个数字孪生

海洋数字孪生正在迅速成为海洋十年计划的（Ocean Decade）一大基石。

数字孪生通过整合和理解大量海洋科学数据（历史数据和实时数据），正在增强世界对海洋、未来风险以及如何减轻这些风险的了解。

用于海洋领域的数字孪生技术结合了水文数据集和海洋学信息，生成海洋、地下和海洋资产的交互式动态虚拟表示。数字孪生提供的知识和洞察，及其广泛的建模和预测能力，在保护海洋健康的努力中发挥着至关重要的作用。

海洋的重要性

众所周知，海洋对生命是至关重要的，是食物、能源、贸易、娱乐和就业的来源。

海洋还在影响气候和天气模式方面发挥着重要作用，保护这一非凡而脆弱的自然资源符合所有人的最大利益。

然而，海洋的长期健康状况仍然受到来自人类的持续威胁。人类在不懈地、常常以自我为中心的追求过程中留下了一系列棘手的问题，包括过度开发、生物多样性丧失、污染和气候变化。

模拟海洋变化对气候和生物多样性的影响

创建海洋数字孪生的基础，始于水文测量中收集的数据。

这个数据集是构建海洋及其相关海洋资产虚拟表示的基础。

随后，数字孪生与实时观测数据链接并进行同步，这种同步扩展到从远程传感器收集的现实世界信息，包括但不限于风、潮汐、海流和海水温度等因素的测量。

此外，历史数据和预测可以无缝集成到这个数据集中。

需要强调的是，数字孪生仍然是与物理世界中的实时数据保持连接的。这些数据经过复杂的软件和算法进行处理和分析，包括过滤、标准化和转换，以确保准确性和实用性，系统利用数据科学、人工智能和机器学习技术，以及不断扩展的数据存储库，最终打造出具有预测能力的综合模型。

与数字孪生不同，这种模型是独立于现实世界运行的。

有了这些丰富的信息，数据科学家就可以利用数字孪生模型来模拟涉及海洋各个方面的大量“假设”场景，这些情景可能涵盖洋流、温度波动、生态系统以及对不同环境条件或操作变量（包括气候和生物多样性）的响应等方面。

事实证明，这种能力对于研究和管理海洋环境的健康和可持续性具有极高的价值，例如评估海水温度升高五度对洋流、极地冰盖和海洋生物的影响。这项技术使我们能够探索和理解环境变化对海洋的潜在影响。

模拟海洋与人类活动的相互作用

数字孪生技术提供了一个安全的数字测试环境，使海洋科学家能够加深对复杂海洋过程以及海洋与人类活动相互作用的理解。事实证明，数字孪生对于促进与海洋密切相关行业的决策过程具有极大的价值，例如，数字孪生可以模拟防波堤等措施的长期有效性，以保护港口免受海平面上升或罕见的、100年一次或500年一次的风暴事件所带来的影响。

此外，数字孪生还可以用于预测海水温度升高五度的影响：如果海水温度上升导致海草死亡，那么也会导致生物多样性的减少和幼鱼重要繁殖地的丧失，从而破坏渔业。此外，数字孪生技术可以对整个海洋生态系统进行建模，包括物种、栖息地和环境因素之间复杂的关系。这种模型有助于就海洋保护区、渔业管理和保护举措给出明智的选择。

展望理想的未来场景，我们看到蓬勃发展的蓝色经济与充满活力且受保护的海洋环境将能够和谐共存。

增进我们对气候变化的理解

数字孪生技术有助于实现“海洋十年”这一愿景——即寻求“实现我们想要的海洋这一目标所需要的科学技术”。数字孪生通过不断地利用真实世界的数据、远程收集的数据来丰富传统气候模型，从而无缝地补充传统气候模型，此外数字孪生还为海洋与地球气候变化之间错综复杂的关系提供了宝贵的洞察。

数字孪生模型已经能够为可持续海洋管理和气候适应措施提供基于证据的决策，使当代和子孙后代受益。数字孪生通过以下方式促进政府机构、海事行业和环境组织之间的合作：

• 提供大量数据、信息和洞察，从根本上重塑决策过程。
• 推进数据格式的标准化，促进实时监控和预测建模，从而有助于制定缓解和适应策略。
• 支持旨在治愈海洋的努力措施。

数字孪生作为一种强大的工具，弥合了科学理解与实际行动之间的差距，具有保护海洋和确保可持续未来的潜力。

优化海洋环境和海洋产业

在数字时代，整合不同来源的数据并确保其可访问性是一个明显的趋势。数字孪生技术完美地契合了这一趋势，数字孪生提供了一个框架，可以促进各种来源的数据和信息的集成和利用，包括来自遥感设备的实时数据。

未来，海运业采用数字孪生来优化供应链和运营流程只是时间上的问题。想象一下这样一个场景：港口使用数字孪生技术来优化集装箱船的到达时间，需要考虑的因素可能包括船舶的尺寸、重量、集装箱数量、预计行程时间、天气条件、港口活动和火车时刻表，所有这些都是为了确保高效的货物装卸和后续运输。

总结

数字孪生技术在推进海洋资源管理方面的潜在应用，确实有无限的可能。

数字孪生能够很好地加深我们对海洋的了解、促进可持续管理实践和促进利益相关者之间的合作。

这种功能多样化且适应性强的工具，通过无缝集成数据、对复杂系统进行建模、以及在推进海洋十年目标方面发挥着关键作用。