Platforma transferu wiedzy FindFISH jest odpowiedzią na główny problem zdiagnozowany w sektorze rybołówstwa, jakim jest zmniejszenie opłacalności połowów rybackich. Dodatkowymi problemami są: rosnące koszty eksploatacyjne ponoszone przez rybaków, konieczność odbywania przez rybaków dłuższych i dalszych wypraw w poszukiwaniu ryb, połowy mało wartościowych bądź małych ilości ryb, prowadzenie działalności na granicy opłacalności poprzez rosnące koszty, ograniczenie limitów połowowych i związane z tym trudności.

Szybki dostęp do wiedzy eksperckiej jest bardzo cenny, szczególnie w kontekście podejmowania decyzji, nie tylko przez Rybaków, dla zdiagnozowania w jakich warunkach hydrologicznych łowiska ryb, dla czterech gatunków: śledzia, szprota, dorsza i storni, powinny być najbardziej obfite w zasoby. Aby spełnić te wymagania, opracowano serwis cyfrowy/internetowy. Jest to usługa utworzona w ramach projektu FindFISH, która udostępnia wyniki z wszystkich opracowanych modeli: hydrodynamicznego, biochemicznego i Fish – dla konkretnych gatunków ryb poławianych przemysłowo. Strona (www.findfish.pl)  działa dynamicznie w trybie operacyjnym, umożliwiając wizualizację prognoz w formie map, szeregów czasowych i przestrzennych oraz tabel. 

Celem projektu było zwiększenie intensywności transferu wiedzy i wykorzystania potencjału naukowego przez Rybaków podnosząc ich konkurencyjność poprzez wykorzystanie innowacyjnych rozwiązań wypracowanych w ramach projektu.

Liderem projektu pn. „Platforma transferu wiedzy FindFISH – Numeryczny System Prognozowania warunków środowiska morskiego Zatoki Gdańskiej dla Rybołówstwa” był Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk z siedzibą w Sopocie, a kierownikiem prof. dr hab. Lidia Dzierzbicka-Głowacka.
Projekt realizowany w partnerstwie z Instytutem Morskim Uniwersytetu Morskiego w Gdyni i Zrzeszeniem Rybaków Morskich – Organizacja Producentów z siedzibą we Władysławowie.
Projekt jest współfinansowany z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego (EFRR) w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Pomorskiego na lata 2014-2020, Oś Priorytetowa 01. Komercjalizacja wiedzy.

Udany połów to dosyć złożone przedsięwzięcie, gdyż zależy od wielu czynników zewnętrznych oraz od ciągu następujących po sobie wyborów dokonywanych przez załogę. Pytania, na które wychodzący w morze rybak musi sobie odpowiedzieć, to: Gdzie się udać konkretnego dnia? Jakie będą warunki na morzu? Gdzie można spodziewać się najlepszych połowów?

Decyzje, jakie zostają podjęte przez kapitana, warunkują to, czy jego łódź bezpiecznie powróci do portu na czas, czy połów okaże się obfity. Decyzje muszą być podjęte w sposób optymalny, aby zysk był możliwie największy, a straty najmniejsze.

Platforma FindFISH zakłada udzielenie odpowiedzi na wszystkie postawione powyżej pytania, gdyż jest systemem dostarczającym informacji, który ma być przydatny rybakom w ich codziennej pracy na morzu. Decyzje, jakie podejmują rybacy, mają również poważne konsekwencje wpływające na funkcjonowanie całego ekosystemu morskiego. Dzięki zastosowaniu systemu FindFISH możliwe będzie zwiększenie rentowności rybołówstwa przy jednoczesnym zmniejszeniu negatywnego wpływu na środowisko poprzez bardziej selektywne i wydajne połowy.

Do tej pory nie odnotowano tego typu narzędzia – czyli metody numerycznej jako systemu działającego w trybie operacyjnym, które miałoby możliwość jednoczesnego diagnozowania i prognozowania stanu środowiska morskiego Zatoki Gdańskiej, pod względem parametrów hydrodynamicznych i biochemicznych oraz wskazywania miejsc, w których powinny występować potencjalne łowiska konkretnych gatunków ryb poławianych przemysłowo w badanym akwenie. 

Metodyka prac eksperymentalno-rozwojowych

Budowa Platformy transferu wiedzy FindFISH poprzez Numeryczny System Prognozowania warunków środowiska morskiego Zatoki Gdańskiej dla Rybołówstwa opiera się na badaniach in situ, danych środowiskowych (fizykochemicznych i hydrometeorologicznych), ilościowych i jakościowych danych dotyczących połowów oraz numerycznym modelowaniu parametrów hydrodynamicznych, fizykochemicznych i biologicznych rejonu Zatoki Gdańskiej.

Prace w ramach projektu zostały podzielone na pięć głównych etapów i zrealizowane w trzech blokach: badania środowiskowe, prace numeryczne i prace informatyczne (rys.1). 

Rys. 1. Schemat platformy FindFISH  Źródło: wpracowanie własne IO PAN.

W pierwszym etapie dokonano oceny stanu środowiska Zatoki Gdańskiej (rozdziały 2 i 3) poprzez analizę aktualnego – na dzień wykonania prac – stanu chemicznego i ekologicznego środowiska Zatoki Gdańskiej pod kątem ichtiofauny na bazie istniejących i nowych danych pozyskanych w ramach projektu. 

Drugi etap prac stanowiły wyprawy rybackie (rozdział 4). Podczas rejsów pomiary środowiskowe były przeprowadzane przy użyciu wyspecjalizowanych urządzeń/sond Midas CTD+ firmy Valeport. Ich celem było zebranie danych fizykochemicznych, głównie wartości temperatury, zasolenia i natlenienia wody, które wraz z notatkami z dzienników połowowych i innymi danymi dostarczonymi przez kapitanów, takimi jak: dane meteorologiczne, ilościowe i jakościowe wyniki połowów, obserwacje i komentarze, zostały wykorzystane do określenia preferencji życiowych wybranych gatunków ryb i opracowania modułu Fish, a także dokonania walidacji modelu ekohydrodynamicznego Zatoki Gdańskiej – EcoFish. W ankietach rybaków poza wynikiem połowowym trzeba było uzupełnić dane, takie jak: nazwa statku, data i godzina wystawienia i zebrania narzędzia połowu (data i godzina początku zaciągu dla narzędzi ciągnionych), kwadrat rybacki, pozycja wystawienia narzędzia połowu (pozycje początkowa i końcowa zaciągu dla narzędzi ciągnionych), siła i kierunek wiatru, zachmurzenie, opad, temperatura powietrza oraz wody powierzchniowej, stan morza (wysokość fali). Niektóre statki rybackie były wyposażone w najnowocześniejsze echosondy sieciowe i sonary sieciowe NMEA. Dzięki temu możliwe było zintegrowanie pomiaru ilości ryb wprowadzanych do aktywnego narzędzia połowowego (pomiar ilościowy metodą graficzną na wlocie) z zegarem wewnętrznym sond i pokazanie dokładnego związku między liczebnością ryb a zmierzonymi parametrami wody. 

W latach 2018–2022 w ramach projektu przeprowadzono 587 wypraw rybackich z wykorzystaniem sond Midas. Łodzie rybackie (długość jednostek 8–10 m) wykonały w tym okresie 280 rejsów, kutry (jednostki o długości powyżej 18 m) wykonały natomiast 307 rejsów. Połowy kutrami rybackimi skupiały się na gatunkach pelagicznych: szprocie (Sprattus sprattus) i śledziu (Clupea harengus) oraz dorszu (Gadus morhua, wyłącznie do czasu wprowadzenia całkowitego zakazu połowu dorsza we wschodniej części Bałtyku w lipcu 2019 r.), natomiast łodzie rybackie poławiały głównie stornię (Platichthys flesus), a w okresie jej niewystępowania na łowiskach – śledzie, trocie wędrowne i okonie. Podczas wypraw rybackich złowiono 4780 kg storni przy użyciu narzędzi stawnych, a podczas badawczych połowów kutrowych: 1 440 958 kg szprota, 850 427 kg śledzia oraz 22 861 kg dorsza (w okresie, kiedy można go było łowić).

Analiza danych pozyskanych w trakcie rejsów rybackich pozwoliła na określenie preferencji życiowych wybranych gatunków ryb poławianych przemysłowo w Zatoce Gdańskiej. Sukces połowowy był uzależniony głównie od temperatury, przy czym odnotowano istotną statystycznie korelację pomiędzy spadkiem temperatury a wzrostem masy odłowionych ryb; korelacja ta była silna przede wszystkim dla śledzia i szprota. Pozostałe analizowane parametry nie wykazały takiej zależności.

Model EcoFish (rys. 2) został opracowany na trzecim etapie prac. Trójwymiarowy prognostyczny model ekohydrodynamiczny Zatoki Gdańskiej składa się z trzech głównych modułów/modeli: hydrodynamicznego, biochemicznego i modułu Fish dla potrzeb działania platformy FindFISH, co umożliwia monitorowanie stanu środowiska morskiego oraz śledzenie i przewidywanie zachodzących w nim zmian, a także określenie najkorzystniejszych warunków środowiskowych dla bytowania konkretnych gatunków ryb poławianych przemysłowo w badanym rejonie.

Rys. 2. Schemat modelu ekohydrodynamicznego EcoFish z modułem Fish Źródło: opracowanie własne IO PAN.

Dodatkowo w skład modelu EcoFish wchodzą moduły przetwarzania danych wejściowych i wyjściowych, moduły asymilacji danych z różnych źródeł oraz moduł koordynujący pracę modelu EcoFish w trybie operacyjnym. Dane satelitarne, dotyczące temperatury powierzchni morza oraz koncentracji powierzchniowej chlorofilu a, wykorzystane do asymilacji w modelu EcoFish po ich przetworzeniu, są pozyskiwane z bazy danych systemu SatBaltyk (www.satbaltyk.pl). Dane meteorologiczne z 72-godzinną prognozą są pobierane z modelu atmosferycznego UM Interdyscyplinarnego Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego (ICM UW) i wykorzystywane w modelach 3D CEMBS i 3D EcoFish. Model EcoFish bazuje na kodzie źródłowym modelu Parallel Ocean Program (POP), na podstawie którego został opracowany również model ekosystemu Morza Bałtyckiego 3D CEMBS (www.cembs.pl). Dane z tego modelu, działającego w trybie operacyjnym, są wykorzystywane w czasie rzeczywistym do wyznaczania warunków brzegowych na granicy woda–woda w modelu EcoFish. 

Ostatecznie wizualizacja danych pomiarowych z sond i połowów rybackich, danych ilościowych i jakościowych oraz modelowych z modelu EcoFish i modelu Fish, w postaci tabel, wykresów i map, została wykonana w ramach etapu czwartego i zaprezentowana z wykorzystaniem platformy FindFISH (www.FindFISH.pl) zbudowanej w ramach projektu. Platforma zapewnia bieżący dostęp do prognoz parametrów hydrodynamicznych i biochemicznych, a także potencjalnych lokalizacji najkorzystniejszych warunków środowiskowych dla bytowania konkretnych gatunków ryb poławianych przemysłowo w Zatoce Gdańskiej.

Piąty etap obejmował testowanie działania systemu numerycznego FindFISH. Porównywano efektywność rejsów z użyciem i bez użycia systemu numerycznego FindFISH poprzez porównanie wyników modelu Fish z rzeczywistymi wynikami połowów. Wyniki testów pomogły ustalić, czy system jest użytecznym źródłem informacji dla rybaków, naukowców i administratorów rybołówstwa oraz czy jego wykorzystanie prowadzi do poprawy wydajności i wyższej konkurencyjności.

Ostatnim krokiem jest wdrożenie platformy FindFISH do użytku operacyjnego, które obejmie zarówno techniczne aspekty uruchomienia platformy przez personel IT na serwerze docelowym, jak i jej wprowadzenie do użytku przez rybaków na ich statkach/łodziach rybackich.

Usługa FindFISH

Wyniki modelu ekosystemu Zatoki Gdańskiej 3D EcoFish dla modułu hydrodynamicznego, modułu biochemicznego i modułu Fish dla badanych w ramach projektu gatunków ryb, jest usługą udostępnioną w serwisie FindFISH (www.findfish.pl) poprzez zakładkę „Usługa FindFISH” na pasku nawigacyjnym i wybór „Dane modelowe” poprzez „Wejdź” (rys.3), a następnie „Zaloguj się do konta”. Dostęp do usługi wymaga założenia konta i jest płatny. 

Rys. 3. Strona projektu FindFISH i wyboru usługi „Dane modelowe” Źródło: Opracowanie własne IOPAN.

Okres, jaki pokrywają dane w usłudze FindFISH, rozpoczyna się od stycznia 2017 roku, aż do najświeższej prognozy, czyli na najbliższe 48 godzin w przód. Dla wszystkich produktów modelowych (4A) i zmiennych (4B) można generować mapy rastrowe (4C) dla poszczególnych głębokości, które reprezentują kolejny poziom pionowy modelu. Ponadto możliwe jest tworzenie szeregów czasowych (4D1) i przestrzennych (4E) dla ustalonych okresów w wybranej lokalizacji (po wcześniejszym ustaleniu lub wskazaniu żądanej szerokości i długości geograficznej), a także tabel danych modelowych (4D2) dla wybranego parametru (4B).

Rys. 4 Strona projektu FindFISH i wyboru usługi „Dane modelowe” – prezentacja: wyboru modelu (A) i wyboru zmiennej (B) modelu Fish  a także modelu hydrodynamicznego i biochemicznego; prezentacja: wyników w formie map (C) i wykresów (D1) i tabel (D2) dla wybranego punktu na mapie (D) i dla wybranego okresu czasowego, a także dla zmiennych 3D w formie przekroju pionowego pomiędzy dwoma wybranymi  punktami (E).Źródło: Opracowanie własne IOPAN.

Poprzez usługę „EcoFish – Model hydrodynamiczny” dostępne są prognozy następujących parametrów: temperatura wody (oC), zasolenie (psu), poziom powierzchni morza (cm) i prądy (cm s-1) – wartość i kierunek, z prognozą 48-godzinną tych parametrów. Dla przykładu poniżej zaprezentowano mapy dla dwóch zmiennych hydrodynamicznych, temperatury i prądów na wybranych głębokościach: 2,5 m i 27,5 m (rys. 5 i 6).

Rys. 5 Zrzut ekranu dla usługi portalu internetowego „EcoFish - Moduł hydrodynamiczny” dla zmiennej: temperatura na głębokości 2,5 m (A) i 27,5 m (B) przy wyborze prezentacji danych „Mapa”. Źródło: Opracowanie własne IOPAN.

Rys. 6. Zrzut ekranu dla usługi portalu internetowego „EcoFich - Moduł hydrodynamiczny” dla zmiennej: prądy na głębokości 2,5 m (A) i 27,5 m (B) przy wyborze prezentacji danych „Mapa”. Źródło: Opracowanie własne IOPAN.

Poprzez usługę „EcoFish – Moduł biochemiczny” dostępne są prognozy następujących parametrów: stężenia chlorofilu a (mg m-3), azotanów (mmol m-3) , amoniaku (mmol m-3), fosforanów (mmol m-3) i krzemianów (mmol m-3), tlenu rozpuszczonego (mmol m-3), rozpuszczonego węgla organicznego (mmol m-3) oraz biomasę fitoplanktonu (mmol m-3) i mikrozooplanktonu (mmol m-3). Dla przykładu podano mapy dla trzech zmiennych biochemicznych, stężenie chlorofilu a (rys. 7A), biomasy mikrozooplanktonu (rys. 7B) i stężenie azotanów na głębokości 2,5 m (rys. 8A) i 82,5 m (rys. 8B).

Rys. 7. Zrzut ekranu dla usługi portalu internetowego „EcoFich - Moduł biochemiczny” dla dwóch zmiennych: stężenie chlorofilu a (A) i biomasy mikrozooplanktonu (B) przy wyborze prezentacji danych „Mapa”. Źródło: Opracowanie własne IO PAN.

Rys. 8. Zrzut ekranu dla usługi portalu internetowego „EcoFich - Moduł biochemiczny” dla zmiennej: stężenie azotanów na głębokości 2,5 m (A) i 82,5 m (B) przy wyborze prezentacji danych „Mapa”.Źródło: Opracowanie własne IOPAN.

Poprzez usługę „Moduł Fish”, prezentującą w jakich warunkach hydrologicznych łowiska ryb dla czterech gatunków (śledzia, szprota, dorsza i storni) powinny być najbardziej obfite w zasoby, dostępne są dane: maksymalne HSI (*) w kolumnie w wody, głębokość dla maksymalnego HSI > 0.9, głębokość dla maksymalnego HSI > 0.8, głębokość dla maksymalnego HSI > 0.7, głębokość dla maksymalnego HSI w kolumnie wody i HSI na wybranej głębokości, z prognozą 48 godzinną tych parametrów. Dla przykładu podano mapy dla trzech zmiennych śledzia: HSI na wybranej głębokości 2,5 m (rys. 9A) i 47,5 m (rys. 9B), maksymalne HSI w kolumnie wody (rys. 10A) i głębokość maksymalnego HSI w kolumnie wody (rys. 10B).

Rys. 9. Zrzut ekranu dla usługi portalu internetowego „Moduł Fish” dla śledzia dla zmiennej: HIS na wybranej głębokości 2,5 m (A) i 47,5 m (B) przy wyborze prezentacji danych „Mapa”. Źródło: Opracowanie własne IO PAN.

Rys. 10. Zrzut ekranu dla usługi portalu internetowego „Moduł Fish” dla śledzia dwóch zmiennych: maksymalne HSI w kolumnie wody (A) i głębokość maksymalnego HSI w kolumnie wody (B) przy wyborze prezentacji danych „Mapa”. Źródło: Opracowanie własne IO PAN.

Dla przykładu podano prezentację danych poprzez wybór „Punkt” dla parametru - maksymalne HSI w kolumnie w wody, dla śledzia dla zadanego okresu czasowego np. 2022 roku w formie  tabeli  i wykresu (rys. 11).

Rys. 11. Zrzut ekranu dla usługi portalu internetowego „Moduł Fish” dla zmiennej: maksymalne HSI w kolumnie wody dla 2022 roku w formie wykresu  przy wyborze prezentacji danych „Punkt” a następnie „Tabela” lub  „Wykres.”. Źródło: Opracowanie własne IO PAN.

Usługa także daje  możliwość prezentacji danych w przekroju pionowym, tylko dla zmiennych 3-wymiarowych (3D), poprzez wybór dwóch lokalizacji na mapie (rys. 12A). Po wyborze następuje tworzenie wykresu 2D ze zmiennością przestrzenną dla wybranego parametru między wybranymi lokalizacjami od powierzchni do dna (rys. 12B). Na rysunku 12 wybór prezentacji danych  poprzez „Przekrój pionowy” przykładowo dodano dla zmiennej HSI na wybranej głębokości dla śledzia.

Rys. 12. Zrzut ekranu dla usługi portalu internetowego „Moduł Fish” dla zmiennej: HSI na wybranej głębokości, przy wyborze prezentacji danych „Mapa” a następnie „Przekrój pionowy”. Źródło: Opracowanie własne IO PAN.