Опубликовано: 18 сентября 2025 г.
Метки: публикация МГИ, Коротаев Г.К., Мизюк А.И.
Морской гидрофизический институт РАН разработал новую методику анализа и прогнозирования состояния морских акваторий, которая при относительной простоте алгоритмов демонстрирует точность, сравнимую с технологически сложными зарубежными системами. Результаты исследования опубликованы в журнале «Известия РАН. Физика атмосферы и океана».
Автор: Д. Дерюжкин
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 альтиметрическими спутниками. Используя архивы океанографических наблюдений, исследователи построили регрессионные модели этих зависимостей.
Последствия аварии на Каховской ГЭС. Моделирование и спутниковые наблюдения. Автор: Артем Мизюк
«За относительно короткое время в МГИ удалось разработать довольно простую, но при этом эффективную методику ассимиляции данных наблюдений температуры и солености, которую удалось 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», – объясняет 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.
Наиболее примечательным результатом стало сравнение точности российской системы с продуктами европейской службы Copernicus. Несмотря на использование более простых алгоритмов ассимиляции данных и меньшее пространственное разрешение по сравнению с системами GLO12, основанными на фильтре Калмана, российская разработка показала сопоставимые оценки погрешностей.
Исследователи объясняют этот результат фундаментальным свойством океанической изменчивости, которая выражается в том, что колебания температуры и солености на разных глубинах происходят согласованно, по определенным закономерностям. Точный учет этого свойства оказывается важнее детального разрешения модели или сложности алгоритмов.
Технология имеет широкие перспективы практического применения. Системы морского прогноза востребованы для планирования морских операций, обеспечения безопасности судоходства, экологического мониторинга и климатических исследований. Особую актуальность они приобретают для России с ее протяженной береговой линией и возрастающей активностью в арктических широтах.
Работа развивает научное наследие академика Г.И. Марчука. Его идеи в области вычислительной океанологии и программа «Разрезы» 1980-х годов стимулировали развитие глобальной системы океанических наблюдений и современной оперативной океанологии.
«Работа продолжается непрерывно, поскольку известно, в каких местах необходимы доработки схемы усвоения, а спрос на результаты работы наших системы в последнее время заметно вырос», – отмечают ученые.
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 темы государственного задания FNNN-2024-0012 «Анализ, диагноз и оперативный прогноз состояния гидрофизических и гидрохимических полей морских акваторий на основе математического моделирования с использованием данных дистанционных и контактных методов измерений» (шифр – «Оперативная океанология»).