​В последние десятилетия Мировой океан становится перспективной областью освоения разнообразных ресурсов. Его исследования важны и для повышения эффективности освоения сырьевого потенциала нашей страны, и для большей информированности и защиты людей от стихийных бедствий, связанных с процессами, происходящими в морской среде.

Известно также, что погодные условия на планете в значительной степени формирует океан, а потому его глобальный мониторинг давно стал основой долгосрочных атмосферных прогнозов. Недавно в состав Российской академии наук вошел расположенный в Севастополе Морской гидрофизический институт. Важнейшие направления научных исследований МГИ связаны с изучением процессов, определяющих изменчивость морей, с разработкой моделей циркуляции вод Мирового океана и его экосистем. В прошлом году исследования вышли на новый уровень, поскольку проект института “Новые методы и суперкомпьютерные технологии анализа и прогноза Мирового океана и Арктического бассейна” получил поддержку Российского научного фонда. О том, какие работы выполняются в рамках гранта РНФ, корреспонденту “Поиска” рассказал научный руководитель Морского гидрофизического института, член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Геннадий КОРОТАЕВ. 

- Исследования в области прогноза состояния морей и океана, прославившие МГИ, начались еще в СССР. Их инициатором во многом был академик Гурий Марчук, благодаря которому в 1980-1990 гг. в стране была реализована передовая по тем временам программа непрерывного мониторинга океана “Разрезы”, опиравшаяся на новейшие вычислительные возможности и достижения в области проведения наблюдений, - отметил Г.Коротаев. - В этой программе участвовали многие научные группы из нескольких научных центров АН СССР и Гидрометслужбы, и именно в те годы начал образовываться научный коллектив, в состав которого вошли сотрудники нашего института. Направленный на оценку роли Мирового океана в формировании климата проект успешно развивался и получил признание в мире, а затем начался постсоветский период в истории МГИ. 

Институт, завоевавший благодаря реализации “Разрезов” весомую научную репутацию, принялся активно налаживать сотрудничество с Европой, где с начала 1990-х годов аналогичные программы мониторинга океана стали наиболее актуальным направлением океанологических исследований. В середине 2000-х МГИ включился в работу над крупным европейским проектом “Мой океан”, в рамках которого решалась задача прогнозирования полей всего Мирового океана, Арктического бассейна и морей Европы, в число которых входит и Черное море. Европейские центры формировали прогнозы по акваториям океанов и морей Евросоюза, а Черное море стало зоной ответственности МГИ, где был образован Черноморский центр мониторинга и прогноза. Эта работа вызывала интерес и в России.

- Однажды академик Гурий Марчук пригласил меня на свой семинар, где я сделал доклад, который ему очень понравился, - вспоминает Г.Коротаев. - Сразу же возникла идея организовать совместную российско-украинскую программу. Марчук был ее руководителем с российской стороны, а Борис Патон (президент НАН Украины) стал куратором и координатором программы со стороны Украины. В качестве первого шага мы хотели создать совместную прогностическую систему на Черном море, чтобы потом распространить ее на другие моря России и Мировой океан. К сожалению, реализовать хороший проект в полном объеме тогда не удалось. Но идея о том, что в России есть все необходимые ресурсы, чтобы построить свою систему прогнозов, по-прежнему актуальна, и мы продолжаем ее осуществлять, - поделился Геннадий Коротаев.

- Давайте все же разберемся, почему прогнозы Мирового океана это так важно?
- Я бы начал с того, что население растет, ресурсы Земли, ее почвы истощаются, а океан в этом смысле имеет огромный потенциал, с ним связано будущее человечества. Такие идеи существовали и раньше, просто в последние 30-40 лет технологический уровень, который дает возможность использовать ресурсы океана, настолько возрос, что это уже становится не абстрактной, а реальной задачей. Но есть и другая сторона медали. Допустим, вы занимаетесь деятельностью, связанной с сельским хозяйством, и вам мешают то засуха, то наводнение. Для того чтобы эффективно работать, нужно уметь контролировать среду, то есть заблаговременно получать прогнозы ее состояния. Тогда возможно либо подготовиться к не очень благоприятным ситуациям, либо принять превентивные меры, чтобы их избежать.

По мнению Г.Коротаева, России необходимо иметь прогностическую систему на весь Мировой океан, Арктику, основные окраинные моря, включая северные, тем более что для ее создания в стране сохранился прекрасный потенциал. Основываясь на том опыте, который был получен еще во времена СССР и на разработках МГИ, созданных в сотрудничестве с учеными стран Евросоюза, а также используя открытые данные европейской Морской службы программы “Коперникус”, в Морском гидрофизическом институте предложили разработать единую прогностическую систему, не уступающую аналогам, имеющимся в Европе, Америке, Китае. В проекте, выполняемом при поддержке РНФ, предлагается развивать три модуля: Мировой океан, Арктика и Черное море. Поскольку база для прогнозов Черного моря уже создана в рамках европейских проектов “Мой океан” (Черноморский центр мониторинга и прогноза), она, по словам Геннадия Коротаева, может стать прототипом для других систем. 

- Какие же данные нужны для построения прогнозов?
- Морская среда характеризуется течениями, температурой и соленостью морской воды, то есть основных характеристик не так много, - поясняет Г.Коротаев.

- А волны, глубинные процессы? 
- Оказывается, это - лишь производные. Скорость, температура, соленость и давление описывают практически все многообразие океанских событий, в том числе поведение разнообразных волн - от поверхностных, которые хорошо наблюдать на пляже, до внутренних, которые развиваются в толще воды. Если уметь рассчитывать вышеназванные параметры, можно не только описать трехмерное состояние моря в данный момент, но и прогнозировать его изменения. В этом, собственно, и состоит задача ученых.

Длительное время основным источником информации о состоянии океана являлись данные экспедиционных измерений. В советское время у АН СССР было свыше двух десятков исследовательских судов, которые ходили в экспедиции, накапливали данные. Да и другие корабли нередко оснащали измерительной аппаратурой, а собранную информацию передавали в единый центр. Но все же это были относительно небольшие объемы данных. Для оперативного прогноза состояния океана нужно было совершить какой-то принципиально новый шаг. Он был сделан на границе 1980-1990-х гг. и в первую очередь оказался связан с возможностью наблюдения Мирового океана с космической орбиты. Специальные океанографические спутники появились у США, ряда европейских стран. В СССР первый специализированный спутник был запущен в 1981 году, и оказалось, что с таких аппаратов хорошо определяются температура поверхности океана, поле приводного ветра, цвет моря, характеризующий состояние экосистемы.

Одним из эффективных измерительных инструментов стал альтиметр - это радарная система, которая измеряет расстояние от поверхности моря до спутника. Если хорошо рассчитать его орбиту (а для этого существует целая сеть станций слежения), при прохождении спутником одной и той же точки можно определить, как меняется расстояние до поверхности океана. После множества коррекций на волнение, изменение состояния атмосферы с помощью альтиметров удается оценить топографию поверхности океана с точностью примерно 2-3 см. Альтиметрические наблюдения позволяют определить и характеристики поверхностных течений. При этом известно: поверхностные процессы очень хорошо коррелируют с глубинными. То есть, наблюдая какие-то события на водной глади, их с определенной точностью можно экстраполировать на глубину. Поскольку альтиметры охватывают значительную поверхность океана, они позволяют нарисовать моментальную картинку того, что в нем происходит: вихри, колебания течений, крупномасштабные волновые процессы.

В последнее время в ряде стран были разработаны и внедрены в практику океанографических исследований поверхностные дрейфующие буи и буи-профилемеры, которые позволяют контролировать состояние Мирового океана до глубин в несколько километров. Эти буи могут менять свою плавучесть - держаться на поверхности, потом “тонуть” и вновь всплывать. Управляют их действиями встроенные микропроцессоры, кроме того, буи оборудованы датчиками для измерения температуры и солености, а в последнее время и других важных характеристик. Накопленные данные передаются на спутник, а затем в центры сбора наблюдений. Сейчас по Мировому океану разбросаны примерно 3,5 тысячи таких буев (российских среди них, к сожалению, нет). Их данные совместно с альтиметрическими измерениями позволяют описывать мгновенное состояние океана, включая синоптические процессы.

Всеобъемлющую информацию о состоянии Мирового океана поставляют измерительные комплексы многих стран, и благодаря концепции открытости она доступна для всех, в том числе для России.

- Так стоит ли развивать свою наблюдательную и прогностическую систему, если на нынешнем этапе у нас есть возможность строить прогнозы, опираясь на международные данные?
- Стоит, причем на основе собственных разработок аппаратуры и численных моделей, - уверен Г.Коротаев. Поскольку Морская служба программы “Коперникус” ориентирована, в первую очередь, на производство качественных продуктов в морях Европы, точность ее прогнозов в Арктическом бассейне, а также окраинных и внутренних морях России недостаточна. Поэтому необходимо создать отечественную систему, отвечающую потребностям нашей страны.

В реализации проекта участвуют ученые Института вычислительной математики РАН, Института океанологии РАН, МГИ РАН и специалисты Гидрометцентра России. Уже определено, что за прогностический модуль для Мирового океана отвечает совместная группа из Института вычислительной математики и Института океанологии. Ее возглавляет член-корреспондент РАН Рашит Ибраев. Вторая группа - под руководством доктора физико-математических наук Владимира Залесного, куда также входят специалисты ИВМ, - взялась за Арктику. А ученые МГИ готовят модель для Черного и Азовского морей.

- Мы рассматриваем ее как прототип будущей прогностической системы для окраинных и внутренних морей России, - поясняет Геннадий Коротаев.

- Вы часто упоминаете Арктику. Кто будет потребителем прогнозов в этом регионе?
- Например, компании, связанные с транспортом сжиженного газа. Его перевозка по морю - дорогое удовольствие: чтобы провести суда, задействуют ледокол, стоимость работы которого составляет миллионы долларов. Но компании существенно экономят, отказавшись от аренды таких судов, используя прогнозы Института Арктики и Антарктики. Точность прогноза можно повысить, опираясь на информацию о течениях и рассчитав даты и маршрут, по которому транспорт пройдет самостоятельно и с минимальным риском.

Итогом работ по проекту должно стать создание макета современной системы оперативного прогноза морской погоды в Мировом океане, Арктическом и Азово-Черноморском бассейнах. В основу его разработки легли новые суперкомпьютерные технологии решения задач численного моделирования циркуляции вод морских бассейнов. Макет реализуется на высокопроизводительном кластере, приобретенном при поддержке РНФ. Архитектура системы позволит управлять большими объемами данных, обеспечивая их накопление, хранение и обработку. 

Уже в этом году ученые МГИ собираются завершить рабочие версии моделей и начать их тестирование в опытном режиме без использования данных. А в ближайшие два года будет подключена функция ассимиляции данных, полностью собран макет системы. И начнется активная демонстрация ее работы.

Светлана БЕЛЯЕВА

Похожие новости

  • 08/05/2018

    Ученые превратили наноалмаз в управляемый источник света

    ​Эксперименты показали, что алмазная оболочка вдвое усиливает скорость излучения источников и позволяет управлять ими без дополнительных нано- и микроструктур. Этого удалось добиться с помощью искусственно созданных дефектов в алмазной кристаллической решетке.
    179
  • 20/04/2018

    Академик Николай Добрецов: сейчас появляется серьезная ставка на науку

    ​Академик Николай Добрецов занимал пост председателя Сибирского отделения РАН с 1997 года по 2008 год. Наследник Валентина Коптюга активно занимался развитием отечественной науки с 50-х годов XX века.
    361
  • 12/11/2015

    Новосибирские математики просчитают, как добывать нефть на Крайнем Севере

    ​Группа ученых Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН разрабатывает новые вычислительные методы и алгоритмы для создания трехмерных моделей нефтяных пластов с учетом специфики районов вечной мерзлоты.
    1649
  • 03/05/2018

    Российские ученые научились добывать трудноизвлекаемую нефть

    Более 40% запасов нефти в России относятся к трудноизвлекаемым. Ученые из МИФИ предложили новый способ увеличения добычи для таких месторождений - экономичный и не наносящий вреда экологии. Нагрев под действием высокочастотного электрического тока приводит к растворению накопившихся в трубе скважины твердых отложений.
    179
  • 08/06/2018

    Дмитрий Новиков: стратегическая задача - восстанавление отраслевой науки

    ​На Всероссийской междисциплинарной конференции «Социофизика и социоинженерия», прошедшей в конце мая, выступал членкор Российской академии наук, директор ИПУ РАН Дмитрий Новиков. Мы поговорили с ним после конференции об управлении как области научных исследований, итогах пяти лет существования ФАНО и системе управления наукой в России.
    173
  • 17/04/2018

    В Новосибирском Академгородке пройдет «Академический час» для школьников

    ​В Выставочном центре СО РАН, в конференц-зале, 18 апреля в 15.00, для школьников 8-11 классов состоится лекция доктора медицинских наук, профессора, заведующего лабораторией молекулярно-генетических исследований терапевтических заболеваний НИИТПМ - филиал ИЦиГ СО РАН Владимира Николаевича Максимова «Генетика сегодня: состояние и перспективы».
    193
  • 30/05/2018

    Добычу нефти повысят с помощью ноутбуков

    ​Найти нефть - большое искусство. Не меньшее - уметь ее правильно взять. Сами нефтяники говорят, что в ряде скважин из-за неправильной добычи может оставаться до половины, а то до 70 процентов имеющегося в пласте углеводород.
    132
  • 19/01/2018

    В России создаются двигатели для гиперзвуковых ракет будущего

    ​Прошли успешные испытания так называемых детонационных ракетных двигателей, давшие очень интересные результаты. Опытно-конструкторские работы в этом направлении будут продолжены. Детонация - это взрыв.
    592
  • 18/06/2018

    Сибирские ученые превратили сельхозотходы в уникальную наноцеллюлозу

    Сотрудники Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) разработали новый дешевый способ получить важный для промышленности материал – бактериальную наноцеллюлозу.
    128
  • 13/04/2018

    Анатолий Шалагин: 3D-принтер по металлу и керамике из Сибири способен открыть новые горизонты для многих отраслей

    Отечественных и зарубежных аналогов нет – так можно сказать о большинстве прикладных разработок учёных Института автоматики и электрометрии СО РАН. Гостем этого выпуска программы «Грани сибирской науки» стал Анатолий Шалагин, академик Российской академии наук, профессор, научный руководитель Института автоматики и электрометрии СО РАН.
    209