From ocean science to policy-ready services: the European Digital Twin Ocean in practice

إن المحيط شاسع، وديناميكي، وغالباً ما يكون غير مرئي للناس الذين يتعين عليهم اتخاذ القرارات بشأنه. لعقود من الزمن، بنى العلماء نماذج حاسوبية معقدة لفهم كيفية حركة المياه، وكيفية انتقال الحرارة، وكيف تنجو الحياة في أجزاء مختلفة من البحر. هذه النماذج قوية، لكنها غالباً ما عاشت في عزلة، محبوسة في مختبرات الأبحاث حيث لا يمكن إلا للخبراء ذوي التدريب المتخصص تشغيلها. وفي الوقت نفسه، كان صانعو السياسات، وقادة السفن، وحماة البيئة بحاجة إلى إجابات لأسئلة ملحة: أين ينبغي وضع منطقة محمية بحرية جديدة؟ كيف يمكن لسفينة شحن عبور المحيط الهادئ بأقل قدر من استهلاك الوقود؟ أين سينتهي المطاف بتسرب نفطي أو بلاستيكي في حال وقوع حادث؟ لقد كانت الفجوة بين العلم رفيع المستوى والعمل الواقعي عقبة مستمرة. ولجسر هذا الفجوة، ظهر مفهوم جديد: التوأم الرقمي. فكر في التوأم الرقمي كنسخة افتراضية حية ومتنفسة لنظام حقيقي، يتم تحديثها باستمرار ببيانات طازجة من الأقمار الصناعية وأجهزة الاستشعار، مما يسمح للمستخدمين باختبار السيناريوهات ورؤية النتائج قبل حدوثها في العالم الحقيقي.

تصف هذه الورقة خطوة كبيرة للأمام في جعل هذا المفهوم حقيقة واقعة بالنسبة للبحار الأوروبية. فقد قام فريق من الباحثين من جميع أنحاء أوروبا ببناء منصة تسمى "التوأم الرقمي للمحيط الأوروبي"، أو EDITO. وبدلاً من مجرد إنشاء مجموعة أخرى من النماذج المعقدة، ركزوا على تحويل تلك النماذج إلى أدوات سهلة الاستخدام يمكن لأي شخص لديه اتصال بالإنترنت الوصول إليها. أخذ الباحثون ست تطبيقات محددة — تتراوح من رسم خرائط لمكان نمو أعشاب البحر إلى التنبؤ بمسار الجسيمات البلاستيكية الدقيقة — وغلّفوها في نظام يسمح بنقلها، وإعادة استخدامها، وتشغيلها عند الطلب. والنتيجة الجوهرية هي أنه من خلال توحيد كيفية بناء هذه الأدوات ومشاركتها، يمكنهم تحويل البيانات العلمية الخام إلى خرائط وتقارب واضحة وقابلة للتنفيذ تدعم مباشرة سياسات الحكومات بشأن التنوع البيولوجي، والشحن، والتلوث. يوضح العمل أنه من الممكن الانتقال من كود بحثي مجزأ وصعب الاستخدام إلى خدمة متماسكة وسهلة الاستخدام تساعد صناع القرار على حماية المحيط والملاحة فيه بشكل أكثر أماناً.

بدأت الرحلة بملاحظة بسيطة: بينما أصبحت بيانات المحيط أكثر سهولة في الوصول إليها، إلا أن الأدوات اللازمة لتحليلها لا تزال صعبة الاستخدام. لقد طور العلماء نماذج ممتازة لكل شيء من تيارات المحيط إلى سلوك التسرب النفطي، لكن هذه الأدوات كانت غالباً منعزلة، وتتطلب معرفة تقنية عميقة لتشغيلها. قرر الفريق وراء EDITO تغيير ذلك من خلال إنشاء بنية تحتية لـ "توأم رقمي". يعمل هذا النظام كمركز محوري حيث يتم تخزين النماذج العلمية المعتمدة، وتوحيدها، وإتاحتها من خلال نقطة دخول واحدة. لم يكتف الباحثون ببناء المنصة فحسب، بل ملؤوها بستة تطبيقات متميزة، كل منها مصمم لحل مشكلة محددة تواجه المجتمع. تغطي هذه التطبيقات طيفاً واسعاً من الاحتياجات، من مساعدة الحكومات في التخطيط لأماكن استعادة الطبيعة إلى مساعدة شركات الشحن في تقليل بصمتها الكربونية.

يركز أحد التطبيقات الأكثر عملية على صحة الحياة البحرية. فغالباً ما يحتاج العلماء إلى معرفة أين يمكن لأنواع معينة، مثل الأعشاب البحرية أو المحاريات، أن تزدهر للتخطيط بفعالية للمناطق البحرية المحمية. في السابق، كانت عملية إنشاء خريطة لموطن مناسب لنوع معين في موقع معين عملية بطيئة ومكلفة تتطلب فريقاً من الخبراء. تغير أداة ملاءمة الموطن الجديدة هذه الديناميكية؛ فهي تسمح للمستخدمين باختيار نوع معين وموقع معين، ويقوم النظام تلقائياً بتشغيل المحاكاة اللازمة لإنتاج خريطة توضح أين من المرجح أن ينجو هذا النوع. تم اختبار هذه الأداة في منطقة "وادن" الهولندية، حيث نجحت في رسم خريطة لملاءمة الأعشاب المائية والمحار. الابتكار الرئيسي هنا هو أن الأداة "قابلة للنقل"، مما يعني أن نفس سير العمل يمكن تطبيقه على أي ساحل في العالم، بشرط أن يمتلك المستخدم معرفة أساسية بالظروف المحلية. وهذا يحول تمريناً علمياً معقداً إلى خدمة يمكن للمخططين استخدامها لاستعادة النظم البيئية وتحقيق الأهداف الدولية للحفظ.

يتناول تطبيق آخر قضية تغير المناخ الملحة في صناعة الشحن. تعد السفن مصدراً رئيسياً لانبعاثات الكربون، وغالباً ما تُحدد مساراتها بناءً على الحاجة لتجنب الطقس السيئ، مما قد يؤدي إلى مسارات غير فعالة وزيادة في استهلاك الوقود. يعالج تطبيق "الممر الأخضر في المحيط الهادي" هذا الأمر من خلال حساب المسارات الأكثر كفاءة للسفن التي تسافر بين الموانئ الرئيسية، مثل شنغهاي ولوس أنجلوس. فهو يجمع بين توقعات الأمواج وتيارات المحيط ونموذج لكيفية أداء سفينة معينة. ومن خلال تحليل هذه العوامل، يقترح النظام تعديلات طفيفة على مسار السفينة أو سرعتها يمكن أن تقلل بشكل كبير من استهلاك الوقود والانبعاثات دون تأخير الرحلة. تم عرض هذه الأداة عبر شمال المحيط الهادئ، مما أظهر أنه من الممكن تحسين مسارات الشحن في الوقت الفعلي لدعم أهداف إزالة الكربون العالمية. وأشار الباحثون إلى أن هذا الحل يمكن نقله بسهولة إلى محيطات أخرى، مما يوفر طريقة قابلة للتوسع لجعل النقل البحدي أكثر نظافة.

إدارة التلوث هي مجال حيوي آخر يثبت فيه هذا التوأم الرقمي قيمته. المحيط مهدد بشكل متزايد بالجسيمات البلاستيكية الدقيقة والتسربات النفطية، وكلاهما يصعب تتبعه والتنبؤ به. طور الفريق أداتين منفصلتين لهذه التحديات. الأولى تتبع مصير الجسيمات البلاستيكية الدقيقة في بحر البلطيق، وهي منطقة متأثرة بشدة بالتلوث الناتج عن اليابسة. فبدلاً من مجرد إظهار مكان وجود البلاستيك حالياً، يقوم النظام بمحاكاة كيفية تحركه بمرور الوقت، وتحديد أماكن تراكمه وكيفية انتقاله بين الدول. يساعد هذا السلطات على فهم مصادر التلوث وتصميم استراتيجيات أفضل لتنظيفه. أما الأداة الثانية فتركز على التسربات النفطية؛ حيث توفر وضعين للتشغيل: محاكاة حتمية سريعة للاستجابة الطارئة الفورية، والتي يمكن أن توضح أين قد يتجه التسرب في الأيام القليلة القادمة، وتحليل احتمالي طويل المدى يرسم المناطق الأكثر عرضة لتراكم الزيت على مدى خمس سنوات. تم التحقق من صحة هذه الأدوات في البحر الأبيض المتوسط، مما وفر للمستجيبين في حالات الطوارئ والمخططين بيانات مرئية واضحة لتوجيه جهود التنظيف ولوائح السلامة.

يعتمد نجاح هذه التطبيقات بشكل كبير على كيفية تصميمها ومشاركتها. وجد الباحثون أن الطريقة التي تُقدم بها الأداة للمستخدم لا تقل أهمية عن العلم الكامن وراءها. بعض التطبيقات مبنية كتدفقات عمل "جاهزة للتشغيل"، حيث يمكن للمستخدم اختيار الخيارات وتشغيل محاكاة معقدة دون كتابة سطر واحد من الكود. بينما البعض الآخر أكثر تكاملاً، حيث يقدم واجهة ويب واحدة يمكن للمستخدم من خلالها إطلاق محاكاة مسار السفينة أو توقعات التسرب النفطي ببضع نقرات. كما ضمن الفريق أن تتبع جميع هذه الأدوات مجموعة من المبادئ المعروفة باسم FAIR، مما يعني أن البيانات والكود قابلة للإيجاد، والوصول، والتشغيل البيني، وإعادة الاستخدام. وهذا يعني أن عالماً في بلد ما يمكنه أخذ أداة طورها زميل له في بلد آخر، وتكييفها لمنطقته الخاصة، وتشغيلها على نفس المنصة. تسمح هذه الوحدات (Modularity) للنظام بالنمو، مع إضافة تطبيقات جديدة وتحسين التطبيقات الموجودة بمرور الوقت.

تسلط الورقة الضوء أيضاً على أهمية إشراك الأشخاص الذين سيستخدمون هذه الأدوات بالفعل. فخلال عملية التطوير، عمل الباحثون عن كثب مع صانعي السياسات، والوكالات البيئية، وشركات الشحن لضمان تلبية التطبيقات للاحتياجات الواقعية. هذا النهج القائم على "التصميم المشترك" يعني أن الأدوات لم تكن دقيقة علمياً فحسب، بل كانت عملية وسهلة الفهم أيضاً. على سبيل المثال، تسمح أداة مؤشرات التنوع البيولوجي للمستخدمين بوضع عتباتهم الخاصة لما يشكل نظاماً بيئياً صحياً، مما يمنحهم المرونة لتكييف الأداة مع القوانين المحلية وسيناريوهات المناخ المستقبلية. وقد ساعد هذا المستوى من المشاركة في بناء الثقة في النظام، حيث أعرب مسؤولون من المفوضية الأوروبية والعديد من الوكالات البحرية عن دعم قوي للمنصة باعتبارها نقطة تحول في إدارة المحيطات.

على الرغم من هذه النجاحات، يشير المؤلفون بحذر إلى أن النظام لا يزال في طور التطور. تعتمد المنصة على مكونات خارجية مفتوحة المصدر، مما يعني أنها يجب أن تتكيف باستمرار مع التغييرات في التكنولوجيا الأساسية. هناك أيضاً تحديات تتعلق بقدرة الحوسبة والتخزين، مع نمو الطلب على تشغيل هذه عمليات المحاكاة. يقر الباحثون أنه رغم قوة هذه الأدوات، إلا أنها تتطلب مستوى معيناً من المهارة التقنية لدمجها في تدفقات عمل معقدة، وهم يعملون على توفير تدريب ودعم أفضل لمساعدة المستخدمين على تجاوز هذه التحديات. ومع ذلك، فإن الرؤية واضحة: إنشاء توأم رقمي كامل التشغيل للمحيط بحلول عام 2030، يمكنه دعم اتخاذ القرارات القائمة على العلم لكوكب الأرض بأكمله.

الهدف النهائي لهذا العمل هو سد الفجوة بين الاكتشاف العلمي والعمل السياسي. ومن خلال تحويل نماذج المحيط المعقدة إلى خدمات سهلة الاستخدام وجاهزة للسياسات، يساعد التوأم الرقمي للمحيط الأوروبي في تحويل كيفية فهمنا وحمايتنا لسيولنا. إن التطبيقات الستة الموصوفة في الورقة ليست سوى البداية. فهي توضح أنه من الممكن بناء نظام بيئي رقمي حيث تجتمع البيانات والنماذج والمستخدمون لحل المشكلات البيئية الملحة. سواء كان الأمر يتعلق باستعادة ساحل متضرر، أو تقليل البصمة الكربونية للتجارة العالمية، أو تنظيف التلوث البلاستيكي، توفر هذه الأدوات الوضوح والثقة اللازمين لاتخاذ الإجراءات. ومع استمرار نمو المنصة وجذب المزيد من المستخدمين، فإنها تعد بأن تصبح مورداً أساسياً لكل من يعمل لضمان مستقبل مستدام للمحيط.