Российские ученые разработали эффективную систему морских прогнозов
Специалисты Морского гидрофизического института РАН (МГИ РАН) разработали новую методику анализа и прогнозирования состояния морских акваторий, которая при относительной простоте алгоритмов демонстрирует точность, сопоставимую с технологически сложными зарубежными системами.
Оперативная океанология — дисциплина, нацеленная на создание прогнозов состояния морей и океанов, по аналогии с метеорологическими службами. Задача осложняется спецификой морской среды — спутники регистрируют только поверхностные характеристики, буи-профилемеры дают точечные измерения, а сложная динамика течений затрудняет создание точных моделей. При этом потребность в морских прогнозах растет — они необходимы для судоходства, рыболовства, поисково-спасательных операций, мониторинга загрязнений и климатических исследований.
Ученые МГИ РАН под руководством члена-корреспондента РАН, доктора физико-математических наук Геннадия Коротаева решили эту проблему, создав алгоритм восстановления трехмерной структуры океана по спутниковым данным. Метод основан на обнаруженной корреляции между изменениями температуры и солености воды на разных глубинах и колебаниями высоты морской поверхности, измеряемой спутниковыми альтиметрами. Используя архивы океанографических наблюдений, исследователи построили регрессионную модель этих зависимостей.
«За относительно короткое время нам удалось разработать довольно простую, но при этом эффективную методику ассимиляции данных наблюдений температуры и солености, которую получилось применить в Черном море, а позже — обобщить этот подход для Мирового океана. Результаты получаются не хуже, чем в зарубежных системах, использующих довольно затратные в вычислительном смысле схемы», — рассказал участник исследования, заведующий лабораторией численного моделирования МГИ РАН Артем Мизюк.
Разработанный подход применен для создания прогностических систем в нескольких регионах. Для Азово-Черноморского бассейна создана модель с пространственным разрешением 4,6 км, которая воспроизводит как крупномасштабную циркуляцию, так и синоптические вихри. Система продемонстрировала практическую ценность во время аварии на Каховской ГЭС в 2023 году, когда модель использовалась для прогноза распространения загрязнений. Результаты расчетов хорошо согласовались со спутниковыми наблюдениями.
Для Арктического региона адаптирована модель с разрешением около 3,7 км, учитывающая ледовый покров и влияние речного стока. Создана также глобальная система для Мирового океана с разрешением 0,25°, воспроизводящая основные черты планетарной циркуляции.
По оценкам ученых, технология имеет широкие перспективы практического применения. Дальнейшие планы включают совершенствование алгоритмов для более точного учета динамики фронтальных зон и горизонтальных перемещений водных масс, а также адаптацию технологии для других российских морских акваторий — Балтийского, Каспийского и Японского морей.
Исследование выполнено в рамках государственного задания.