Titlul proiectului:

COLABORARE ŞTIINŢIFICĂ ŞI TEHNOLOGICĂ PENTRU STUDIUL VARIAŢIILOR NIVELULUI MĂRII ŞI A MIŞCĂRILOR CRUSTALE VERTICALE ÎN VESTUL MĂRII NEGRE.

Durata proiectului: 2 ani

Cuvinte cheie: ŞTIINŢELE PĂMÂNTULUI, GEODEZIE, OCEANOGRAFIE, GEODINAMICĂ, GPS.

Director proiect: CP III, drd. Viorel MALCIU, incdmct”datanet.ro

Partea română:

INCDM „Grigore Antipa”:

MATEESCU Razvan, CS, doctor;

BUGA Luminita, CS doctor;

IORDACHE Gabriel, asistent cercetare;

SPÂNU Alina, asistent cercetare

Partea bulgară:

CLG-BAS Profesor asociat dr. Ivan Georgiev;

Profesor asociat dr. Tassi Beljashky;

Ing. Dimitar Georgiev, doctorand;

Ing. Georgi Marinov, doctorand;

IO-BAS Profesor asociat dr. Atanas Palazov;

Dr. Dobromir Grozdev, meteorolog;

Diana Demireva, doctorand.

Abstract

Creşterea nivelului mării este un rezultat al încălzirii globale şi a devenit o problemă cu implicaţii economice şi sociale. Din datele Consiliului Internaţional pentru Schimbări Climatice, (IPCC, 2007), nivelul mării a crescut în ultimul secol cu 1-2 m/an iar din 1992 măsurătorile de altimetrie satelitară efectuate de Topex/Poseidon indică o creştere de 3 mm/an. Aşadar, IPCC menţionează: „În secolul XX nu s-a observat o accelerare semnificativă a creşterii nivelului mării”. Încălzirea globală va influenţa creşterea nivelului mării în secolul actual.

În acest context, principalul scop al cecetărilor ăn cadrul „Cooperării Ştiinţifice şi Tehnologice Bilaterale” dintre România şi Bulgaria este de a investiga în detaliu variaşiile nivelului mării şi deformările verticale crustale recente de la coasta vestică a Mării Negre. Pentru această perioadă, numită „instrumentală”, se va realiza o analiză exactă a tendinţelor nivelului mediu şi a valorilor extreme. Sursele principale de datele de nivel istorice şi cele actuale, împreună cu datele despre fenomenele extreme, furtunile. Aceste analize şi experimente vor conduce la identificarea oscilaţiilor de nivel de înaltă şi de joasă frecvenţă. Tehnicile de nivelment disponibile cât şi observaţiile prin Sistemul de Poziţionare Globală (GPS) folosite în timpul campaniilor de măsurători vor conduce la identificarea deformaţiilor crustale verticale în regiunea litoralului românesc şi bulgar. Vitezele verticale crustale determinate cu tehnici DGPS vor fi folosite pentru a decupla oscilaţiile reale ale nivelului mării de cele ale scoarţei la locaţiile înregistratoarelor de nivel (maregrafele). Schimbările de înălţime obţinute vor fi raportate la un cadru de referinţă global şi la Sistemul European de Referinţă Verticală (EVRS) şi va fi ajustat la investigaţiile regionale din regiunea de vest a Mării Negre. Rezultatele finale (variaţiile nivelului mediu al mării, măsurătorile de furtuni de o anumită magnitudine, mişcările verticale neotectonice) cu o bună rezoluţie spaţială reprezintă o informaţie de bază ca date de intrare pentru modelarea geoidului şi determinarea topografiei suprafeţei dinamice a mării.

Rezultatele preconizate vor contribui la studiul impactului variaţiilor nivelului mării asupra mediului, pe termen scurt şi lung. La scară regională, abordarea problemei creşterii nivelului mării în Marea Neagră nu va presupune numai înregistrarea acestor oscilaţii ci dezvoltarea unui nou instrument de management integrat al creşterii nivelului mării şi la dezvoltarea practicilor decizionale. Competenţele şi capacităţile acumulate vor îmbunătăţi posibilităţile de cunoaştere ducând la creşterea competitivităţii ştiinţifice a partenerilor şi a creşterii ponderii de participare a acestora în programe internaţional importante, Asociaţia Internaţională a Geodezilor (IAG), Serviciul European pentru Nivelul Mării (ESEAS) şi Sistemul Global de Observare a Oceanelor (GOOS)

Descrierea proiectului

Starea actuală şi interesul comun

Motivul principal de a propune acest proiect este de a iniţia o cooperare complexă şi coerentă între România şi Bulgaria în domeniile conexe oceanografie şi geodezie şi de a contribui la o viitoare integrare a partenerilor în proiectele şi programele de cercetare internaţionale. Acest proiect comun va oferi posibilitatea unui schimb comun de cunoştinţe şi va întări capacitatea şi competenţa partenerilor în domeniul cercetării ştiinţifice. Activităţile de cercetare se vor concentra pe stabilirea principiilor de colaborare între cele trei instituţii participante: Institutul Naţional de Cercetare – Dezvoltare Marină „Grigore Antipa”, Constanţa, Laboratorul Central de Geodezie, Sofia şi Institutul de Oceanologie al Academiei de Ştiinţe a Bulgariei, Varna.

Variaţiile suprafeţei mării reprezintă un fenomen fizic foarte complex. Starea oceanelor şi a mărilor este o prioritate gestionată printr-un monitoring în timp real realizat de Serviciul European pentru Nivelul Mării (ESEAS) şi Sistemul Global de Observare a Oceanelor (GOOS). Măsurarea şi interpretarea variabilităţii nivelului mării şi sunt probleme importante pentru înţelegerea ciclului hidrologic al Mării Negre. Cunoaşterea ratei creşterii nivelului, la scară regională sau globală, este importantă deoarece afectează zonele costiere şi în consecinţă economia acestor zone. Construcţiile realizate pentru apărarea zonei costiere, supusă creşterii nivelului şi efectului furtunilor puternice trebuiesc dimensionate ţinând cont de dinamica şi tendinţa pe termen lung a acestor parametri Aşadar, observaţiile, măsurătorile şi analiza ştiinţifică sunt necesare pentru a putea oferi un ghid necesar pentru dezvoltarea adecvată a zonei costiere şi pentru a atenua impactul socio-economic şi de mediu al viitoarelor schimbări climatice într-o manieră eficientă şi economic permisivă.

În prezent evoluţia nivelului mării este o consecinţă a schimbărilor climatice, afectând atât mediul cât şi societatea. Problema variaţiilor nivelului mării şi a creşterii acestuia sunt de o importanţă crucială pentru înţelegerea fenomenelor naturale, a interacţiunilor cu mediul terestru, pe plan local, regional şi global, interesând atât România cât şi Bulgaria. Determinarea variaţiilor relative şi absolute ale nivelului mării este o preocupare de bază a geodeziei şi aşadar, pentru a înţelege sistemul terestru este necesară o abordare complexă folosind toate tehnicile de observare disponibile, spaţiale sau in-situ, cât şi modele teoretice.

Datele de nivel obţinute în diferite perioade, cu standarde metrologice şi de analiză diferite de la o ţară la alta arată o lipsă de omogenitate care nu permite obţinerea unui tablou exact al schimbărilor relative şi absolute ale nivelului mării. Aceasta se întâmplă în mod special când se analizează tendinţa pe termen lung a nivelului, la scară regională, în comparaţie cu observaţiile satelitare(Tziavos et al, 2004; Kotzev et al, 2007).

Elementul de originalitate al proiectului constă în standardizarea la nivel regional şi în conformitate cu practicile şi metodele internaţionale de măsurare, procesare, analiză şi interpretare a valorilor nivelului mării cât şi evaluarea mişcărilor crustale recente, cu scopul de obţine date comparabile şi competitive. Acest proiect va da posibilitatea includerii în analiză a mai multor staţii GPS şi astfel asigură o înţelegere mai bună a mişcărilor crustale verticale recente de coastele României şi Bulgariei.

Elementul esenţial care va asigura succesul proiectului este că Laboratorul Central de Geodezie (LCG), este organizaţia responsabilă cu stabilirea şi menţinerea Reţelei Geodetice de Stat a Bulgariei, stabilind şi Reţeaua de Nivelment Naţională cât şi Reţeaua Gravimetrică de Bază; LCG răspunde de reţeaua de maregrafe naţională; cercetare ştiinţifică şi activităţi experimentale care asigură performanţa naţională în domeniul geodeziei şi cartografiei (Decretul Nr. 1 al Consilului de Miniştri, Gazeta de Stat a Bulgariei nr. 6 18.01.2005 şi Legea Geodeziei şi Cartografiei, Gazeta de Stat a Bulgariei nr 29 din 07.04.2006.

Problematica propusă spre rezolvare se include în ariile tematice de interes comun: Mediu şi Ştiinţe Marine.

Starea actuală în domeniu

Studii ale variaţiilor nivelului mării şi mişcări crustale vertcale.

Observarea nivelului mării a devenit importantă pentru geodezie din secolul al XIX – lea, legat de iniţiativa „ Marea măsurătoare din Europa de Est” , care a inclus realizarea unui sistem unificat de altitudini (Bayer, 1861). Din perioada respectivă geodezia s-a implicat permanent în măsurarea variaţiilor nivelului mării. Ulterior, interesul ştiinţific s-a orientat spre determinarea suprafeţei geoidului prin nivelul mediu global.

Variaţiile nivelului mării, caracterizate de o distribuţie spaţială continuă, au fost analizate pentru intervale diferite de timp, de la câteva secunde la secole. Natura dinamică a schimbărilor actuale ale nivelului în Marea Neagră este rezultatul influenţei comune a proceselor isostatice, eustatice şi tectonice, cât şi a factorilor antropogeni. Pentru geodezie, nivelul mediu al mării înseamnă definirea altitudinii de referinţă a locului (datum) în concordanţă cu care vor fi determinate punctele de elevaţie. O presupunere de bază că nivelul mediu „real” al mării, respectiv geoidul, nu se schimbă în perioade lungi de timp a fost contrazisă de măsurătorile geodezice clasice şi de măsurătorile satelitare. S-a constatat că nici nivelul mării şi nici uscatul nu sunt constante în timp.

Marea Neagră este o mare înconjurată de uscat şi schimbul de ape prin fluxuri laterale este slab. Este un bazin de tip estuarin şi majoritatea aportului fluvial o primeşte pe zona de şelf din nord – vest. Stratificarea puternică a densităţii împiedică amestecul vertical. Marea Neagră este un ocean în miniatură devenind un loc de testare natural pentru modele interdisciplinare cuplate pentru înţelegerea fenomenelor oceanografice comune tuturor oceanelor. Este un „laborator” ideal pentru a studia efectele impactului antropic, sinoptic şi ale variabilităţii climatice asupra ecosistemelor.

În ultima perioadă, dezvoltarea tehnicilor spaţiale, în special a Sistemului de Poziţionare Globală (GPS), au oferit posibilitatea unică de a determina schimbările de înălţime ale staţiilor faţă de un sistem de referinţă geocentric global. Observaţiile de GPS executate la staţiile maregrafelor permit separarea variaţiilor relative ale nivelului mării de mişcările verticale ale scoarţei terestre, din înregisrările de nivel astfel: 1) mişcări verticale ale scoarţei pe de o parte şi 2) variaţia absolută a nivelului în raport cu geocentrul.

În prezent, datele de nivel nu sunt folosite numai pentru definirea unui sistem de referinţă verticală. Variaţiile nivelului mării sunt factorul esenţial pentru determinarea şi explicarea proceselor geodinamice la scară globală. Observaţiile de nivel ale mării sunt o componentă importantă a Sistemului de Observare Geodezică Globală (GGOS, www.ggos.org).

.Activităţile de cercetare ale echipei internaţionale sunt concentrate pe un program interdisciplinar de colaborare între oceanografi şi geodezi. În ultimii ani cercetările asupra variaţiilor nivelului mării şi a deformărilor crustale recente au fost intensificate.

Pentru a înţelelege procesele oceanografice/geodinamice raportate le variaţiile nivelului mării s-au derulat studii regionale in colaborare internaţională. Marea Neagră poate fi considerată ca o regiune cheie, unde în ultima decadă s-au demarat importante studii internaţionale (proiecte ca SELF II, ARENA, ASCABOS, ECOOP, etc. S-au făcut studii referitoare la analiza datelor de la maregrafe şi campanii GPS repetate (Kotzev et al, 1998a; 1998b; Becker et al., 2002, Pashova, 2002). Pentru combinarea valorilor nivelului cu cele determinate cu GPS este nevoie de modele exacte de geoid/quasigeoid (Tziavos et al, 2004) şi care vor forma obiectul actualului proiect de cercetare.

Studii anterioare ale echipei în domeniul propus.

Un obiectiv al activităţilor ce se vor desfăşura de către echipa de cercetare este determinarea şi evaluarea înregistrărilor de nivel de la începutul secolului XX. In prezent, s-au analizat înregistrările de la maregrafele din Varna (din 1998), Burgas (1929), Nesebar (din 1924) şi Constanţa (1933). Rezultatele au fost publicate în baza internaţională de la Serviciul Permanent pentru Nivelul Mării (PSMSL,UK). Analiza acestor serii temporale din această regiune a permis decelarea tendinţei nivelului în ultimul secol. Rezultatele au fost compilate într-o hartă a tendinţei nivelului în Marea Neagră (Pashova, 2004)

Membrii echipei bulgare şi române au participat în diferite proiecte de cercetare a Mării Negre:

Doi membri ai LCG au participat în următoarele proiecte:

- în 1994 s-a executat o campanie GPS pantru a conecta maregrafele din Bulgaria (Burgas şi Irakli) cu Grecia (Alexandropoulos) (Kotzev et al., 1998a).

• In 1994 a GPS campaign was performed for connecting Bulgarian (Burgas and Irakli) to Greek (Alexandropoulos) tide gauges (Kotzev et al., 1998a).

• În perioada 1996 – 1998 LCG a participat la proiectul intenaţional „Oscilaţiile nivelului Mării Mediterane: Interacţiuni cu procesele climatice şi mişcările crustale verticale” (SELF II), finanţat de UE. În cadrul acestui proiect, s-au trimis mediile lunare şi anuale ale nivelului la Serviciul Permanent pentru Nivelul Mării, UK. Campania GPS a constat în măsurători într-o reţea de şase puncte, pentru a determina mişcările crustale verticale absolute de la litoralul bulgar. Vitezele verticale au fost determinate în trei campanii GPS. toate informaţiile rezultate au fost incluse în catalogul proiectului SELF II (Kotzev et al, 1998b; Becker et al., 2002).

• În perioada 1996- 1998 LCG a lucrat la proiectul „Planul de referinţă naţional” finanţat de Consiliul Naţional pentru Cercetare. In cadrul acestui proiect s-au analizat înregistrările continue de nivel de la Varna şi Burgas, ăncepute în 1928. S-a obţinut un nivel mediu şi o tendinţă a nivelului pentru această regiune a Mării Negre. Mişcările crustale verticale din locaţiile maregrafelor s-au calculat folosindu-se detrminările de nivelment existente pentru perioada 1930 – 1990 (Kotzev et al, 1998b, Pashova and Beljashky, 1998; Pashova, 2002). A fost studiată corelaţia dintre variaţia nivelului mării, presiunea atmosferică şi temperatura apei pentru regiunea Varna şi Burgas pentru perioada 1929 - 1997(Pashova, 2002) şi variaţia nivelului mării şi alţi factori meteorologici pentru perioada 1950 – 1997 (Tzenkov and Pashova, 2003).

• Din 1992 LCG participă la Cadrul de Referinţă European (EUREF) şi la Sistemul European de Referinţă Verticală (EVRS). Reperii maregrafelor de Varna şi Burgas au fost incluşi în Reţeaua Unificată de Nivelment European (UELN). În perioada 1997 – 1999 LCG a participat la unificarea sistemelor gravimetrice din ţările central şi est europene. (proiect UNIGRACE). În cadrul acestui proiect s-au executat măsurători de gravimetrie absolută în anumite puncte de la observatorul geodezic de la Plana şi la observatorul astronomic de la Varna. Maregrafele de la Varna, Burgas şi Irakli au fost conectate la punctele de gravimetrie absolută prin nivelment relativ (Milev et al., 1998).

• În perioada 2002 – 2005 LCG a participat la proiectul „Studii de altimetrie satelitară în Marea Neagră şi Marea Egee” finanţat de Consiliul Naţional pentru Cercetare. S-a determinat un model de înaltă precizie şi exactitate al geoidului pentru Marea Neagră folosind măsurătorile de altimetrie satelitară (Tziavos et al., 2004; Kotzev et al., 2007).

• Intre 1989 -1990, ăn cadrul colaborării bilaterale româno – bulgare s-a derulat proiectul „Studiul variaţiilor nivelului şi mişcările crustale recente la litoralul românesc şi cel bulgar”. La acest proiect au participat specialişti (în prezent unul este membru al LCG) de la Institutul de Geodezie şi Fotogrametrie din Sofia şi de la Institutul National de Geodezie, Cartografie, Fotogrametrie si Teledetectie – INGCFT, Bucureşti. S-au determinat mişcările crustale recente din cele două regiuni pe baza măsurătorilor de nivelment între cele două ţări, legănd reperii de la Consatnţa cu cei de la Varna. Această linie de nivelment a fost măsurată şi în 1981, iar la graniţa dintre ţări nivelmentul a fost executat de ambele echipe pentru intercalibrare (Beljashky, 1977; 1978; 1982; 1985; 1986). Variaţiile nivelului mării s-au determinat folosindu-se datele de la maregrafele din Varna şi Constanţa pentru perioada 1928 – 1988.

Institutul de Oceanologie din Varna studiază nivelurile extreme cauzate de furtuni şi caută să determine probabilitatea de apariţie a acestora. S-au determinat valorile maxime induse de anumite furtuni în regiunea Burgas (Kostichkova et al., 2001) dar şi riscul indus de creştera accelerată a nivelului mării pentru populaţie (Palazov at al., 2006).

Membrii echipei de la Institutul de Oceanologie din Varna au participat lşa proiectul ARENA (2003 – 2006). Prin proiect s-a stabilit a reţea de internet care a reglat schimbul de date şi informaţii oceanografice şi meteorologice între principalele institute specializate din bazinul Mării Negre(Palazov et al, 2005a; 2005b; 2006; Slabakov et al., 2005; 2006a-2006g; 2007).

În prezent specialiştii de Institutul de Oceanologie din Varna (membri în proiectul propus) participă la proiectul „ASC ABOS”, finanţat de UE în PC 6. Proiectul îşi propune să întărească sistemul de comunicatii asigurând schimbul flexibil şi operativ de informaţii şi date oceanografice/ meteorologice între parteneri şi utilizatorii finali. ASCABOS are ca scop creşterea conştientizării publice şi stimularea utilizării oceanografiei operaţionale pentru management şi luarea de decizii. O activitate susţinută a fost compilarea bazelor de metadate de mediu de la Marea Neagră, împreună cu informaţii şi cercetări din programele internaţionale anterioare. ASCABOS sprijină şi întăreşte schimbul între specialişti, manageri guvernamentali şi alţi utilizatori. ASCABOS are ca obiective combinarea experienţei şi a instrumentelor pentru a dezvolta un sistem informatic la Marea Neagră, care să conţină metadatele disponibile, validate şi de ultimă oră, prin Internet.

Institutul Naţional de Cercetare Dezvoltare Marină „Grigore Antipa”

Institutul Roman de Cercetari Marine (IRCM) – Constanta a fost fondat la 30.03.1970, prin unificarea institutiilor de cercetare marina existente la acea data in Romania. Acesta se reorganizeaza in anul 1999 ca Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare Marina „Grigore Antipa” (INCDM), conform cu prevederile HG 686/ 23.08.1999.

Institutul este mostenitorul unei traditii, marcata prin continuitate, de 80 de ani de oceanologie institutionalizata in Romania, plecandu-se de la anul 1926 si mai apoi anul 1932, momentele de infiintare a primelor doua institutii de cercetare marina, create de Prof. Ioan BORCEA si respectiv de Prof. Grigore ANTIPA.

In prezent, se constituie intr-o institutie nationala reprezentativa, avand structura pluridisciplinara si interdisciplinara si functioneaza sub coordonarea Ministerului Mediului si Gospodăririi Apelor. Are ca obiect principal de activitate efectuarea de cercetari fundamentale, aplicative si de dezvoltare tehnologica in domeniul ecologiei si protectiei mediului marin, oceanografiei, ingineriei marine si costiere, precum si al gestionarii resurselor vii din Marea Neagra si din Oceanul Mondial.

Este suport pentru rezolvarea cerintelor de interes national si international in sectorul marin romanesc si in zona economica exclusiva la Marea Neagra, dand curs inclusiv obligatiilor asumate de Romania, prin semnarea conventiilor internationale din domeniul sau de activitate. Asigura implementarea strategiilor/planurilor nationale, regionale si europene in domeniu.

Prin atributiile conferite de actul de infiintare, INCDM este operatorul tehnic al retelei nationale de monitoring fizic, chimic si biologic al apelor marine si de supraveghere a eroziunii costiere.

INCDM participa la propunerea de proiect prin Departamentul de Oceanografie, Inginerie Marină şi Costieră, care este responsabil de reţeaua naţionala de supreveghere a nivelului mării. Aceasta se executa de către personal specializat la Sulina, Constanţa şi Mangalia cu echipamentele specifice, maregrafele şi mirele hidrometrice.

Prin Departamentul de oceanografie INCDM Grigore Antipa a colaborat cu Oficiul Naţional pentru Geodezie, Cartografie şi Fotogrametrie, Bucureşti, cu care a executat campanii GPS la reperele maregrafelor.