Расчёт полей течений выполняется собственной оперативной системой прогнозирования состояния океана МГИ РАН, основанной на численном моделировании, спутниковых и метеорологических данных, а также на результатах расчётов собственных численных моделей океана, выполняемых на вычислительном кластере института: определение скорости перемещения базируется на комбинировании данных спутниковых альтиметров и метеоданных, полученных на основе современных реанализов (Stanichny et al., 2013), что позволяет осуществлять расчёты для любой акватории Мирового океана. Для выделенных акваторий возможно использование локальных численных моделей с вложенными сетками с высоким пространственным разрешением.

Система позволяет рассчитывать распространение пассивной примеси и нефтяных загрязнений с учётом процессов, влияющих на их динамику и массообмен с окружающей средой (растекание, испарение, диспергирование, эмульсификация) (Матвеев и др., 2015). Модель движения нефтяных пятен относится к классу моделей oil spill particle-tracking, в которых нефтяное пятно разбивается на k частиц, имеющих форму цилиндра толщиной h, соответствующей начальной толщине пятна. При расчёте учитываются несколько режимов распространения нефти, зависящих от времени существования разлива: гравитационно-инерционный, гравитационно-вязкий и режим поверхностного натяжения. Модель учитывает характеристики конкретного типа нефти (кинематическая вязкость, плотность, процент летучей фракции, константы испарения) и их изменения в процессе выветривания пятна.

Разработанная система позволяет рассчитывать перемещение точечного объекта (единичный разлив загрязняющих веществ, обломки судна, льдина), группы объектов (разлив пятна нефти), распространение вещества от постоянного источника (авария на буровой платформе) — как в прямом направлении с возможностью прогноза на 10 суток от текущего момента, так и в обратном направлении для определения источника загрязнения.

Система представлена в виде настольного приложения, устанавливаемого на персональный компьютер пользователя. Для загрузки спутниковых и метеорологических данных, а также полей течений из собственных численных моделей океана (расчёты на вычислительном кластере МГИ РАН) может потребоваться подключение к сети Интернет; расчёты FOTS выполняются локально при наличии данных региона. Для расчёта задаются начальные координаты и время, тип и масса разлива. Система обращается к архивам спутниковых и метеорологических данных и к результатам оперативного моделирования океана, вырезает массивы по нужному району, определяет и визуализирует поля поверхностных течений, рассчитывает траекторию распространения плавающих объектов и сохраняет результаты в текстовом и графическом форматах.

Рис. 1 Интерфейс программы: вкладка «Траектории нефти», расчёт разлива на карте

Рис. 2 Слой Sentinel‑1 SAR на карте расчёта с траекторией разлива

Рис. 3 Бюджет нефти: накопленные потери по процессам (график)

Рис. 4 Бюджет нефти: круговая диаграмма итоговых потерь по процессам

Рис. 5 Трёхмерная визуализация распространения пятна

Рис. 6 Слой метеоданных GFS: поле ветра на карте

Рис. 7 Расчёт траектории с учётом установленного нефтяного бона

Система прошла многочисленную апробацию и валидацию на основе сопоставления расчётных траекторий с данными радиолокационных снимков, что подтвердило высокое качество получаемых прогнозов.

FOTS успешно применялась при ликвидации аварии танкера «Волгонефть» в Керченском проливе: расчёты дрейфа нефтяного загрязнения использовались для оперативной оценки распространения пятна и поддержки решений по локализации и ликвидации разлива.

Ранние версии системы применялись в оперативной практике на морском портале инженерно-технологического центра «Сканекс» и неоднократно использовались для прогноза распространения нефтяных загрязнений и поиска объектов в различных районах Мирового океана (Чёрное, Каспийское, Карское, Средиземное и Балтийское моря).

Результаты и принципы работы системы опубликованы в ряде ведущих океанографических журналов (см. список литературы).

Инструкция пользователя. Полная инструкция «Инструкция пользователя ГИС FOTS» — с описанием всех вкладок, параметров расчёта, спутниковых слоёв, типовых сценариев, установки и эксплуатации. Документ предназначен для повседневной работы с программой и подготовки отчётов: Инструкция пользователя ГИС FOTS (HTML) · Содержание.

Видеоинструкция. Краткий видеоролик с обзором интерфейса, установки и типового сценария расчёта размещён на платформе VK Видео: смотреть видеоинструкцию FOTS.

Kubryakov, A., Stanichny, S., & Zatsepin, A. (2016). River plume dynamics in the Kara Sea from altimetry-based lagrangian model, satellite salinity and chlorophyll data. Remote sensing of environment, 176, 177-187.

Matveev, A. Y., Kubryakov, A. A., Boev, A. G., Bychkov, D. M., Ivanov, V. K., Stanichny, S. V., & Tsymbal, V. N. (2016). Modeling of oil spreading in a problem of radar multiangle diagnostics of Sea surface pollutions. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 52, 940-950.

Matveyev, A. Y., Kubriakov, А. А., Boyev, A. G., Bychkov, D. M., Velichko, S. A., Ivanov, V. K., … & Tsymbal, V. N. (2016). Multiangular satellite radar diagnostics of oil spills on the sea surface: Validation of the method. Telecommunications and Radio Engineering, 75(4).

Stanichny, S. V., Kubryakov, A. A., & Soloviev, D. M. (2016). Parameterization of surface wind-driven currents in the Black Sea using drifters, wind, and altimetry data. Ocean Dynamics, 66(1), 1-10.

Кубряков А. А., Станичный С. В., Калинин Е. И., Кучейко А. Ю., Станичная Р. Р., Медведева А. В. Применение лагранжевых методов для исследования динамических процессов и транспорта плавающих объектов в океане // Информационные технологии в дистанционном зондировании Земли — RORSE 2018: сб. ст. конф. 2019. C. 9–16. https://doi.org/10.21046/rorse2018.9.