Ученые Морского гидрофизического института РАН (МГИ РАН) разработали инновационный метод для анализа и прогнозирования состояния морских акваторий. Эта методика, отличающаяся простотой алгоритмов, демонстрирует поразительную точность, сопоставимую с результатами значительно более сложных и ресурсоемких зарубежных систем. Открытие было опубликовано в научном издании «Известия РАН. Физика атмосферы и океана».
Оперативная океанология занимается прогнозированием морской среды, подобно метеорологии. Однако эта задача сопряжена с трудностями: спутники предоставляют лишь данные о поверхности, а буи-профилемеры — точечные измерения. Сложная динамика океанских течений также усложняет построение точных моделей. Тем не менее, спрос на такие прогнозы постоянно растет, так как они критически важны для судоходства, рыболовства, поисково-спасательных работ, контроля за загрязнением и климатических исследований.
Под руководством члена-корреспондента РАН, доктора физико-математических наук Геннадия Коротаева, группа ученых МГИ РАН разработала алгоритм, способный восстанавливать трехмерную структуру океана на основе спутниковых данных. Ключевая идея метода — использование выявленной взаимосвязи между изменениями температуры и солености на разных глубинах и колебаниями уровня морской поверхности, которые фиксируются альтиметрическими спутниками. Для создания регрессионных моделей этих зависимостей были использованы обширные архивы океанографических наблюдений.
Артем Мизюк, заведующий лабораторией численного моделирования МГИ РАН и участник исследования, подчеркивает: «В МГИ за короткий срок удалось создать простую, но крайне эффективную методику ассимиляции данных о температуре и солености. Изначально примененная в Черном море, она была успешно адаптирована для Мирового океана, показав результаты, не уступающие более сложным и дорогостоящим зарубежным системам».
Новый метод уже реализован в прогностических системах для различных морских акваторий. Для Азово-Черноморского бассейна создана модель с разрешением 4,6 км, способная воспроизводить как общую циркуляцию, так и синоптические вихри. Ее эффективность была подтверждена в 2023 году после аварии на Каховской ГЭС, когда модель точно предсказала распространение загрязнений, что совпало со спутниковыми данными. Для Арктики разработана модель с разрешением около 3,7 км, учитывающая ледовую обстановку и речной сток. Кроме того, создана глобальная система для Мирового океана (разрешение 0,25°), успешно моделирующая основные глобальные циркуляции.
Особого внимания заслуживает сравнение точности российской системы с продуктами европейской службы Copernicus. Несмотря на применение менее сложных алгоритмов ассимиляции данных и меньшее пространственное разрешение (по сравнению с системами GLO12, использующими фильтр Калмана), российская разработка продемонстрировала аналогичные показатели погрешностей.
Ученые объясняют такую эффективность фундаментальной особенностью океанической изменчивости: изменения температуры и солености на различных глубинах происходят взаимосвязано, следуя определенным закономерностям. Точное понимание и учет этого свойства оказались более значимыми для прогнозирования, чем высокая детализация модели или сложность используемых алгоритмов.
Эта технология обладает обширными перспективами для практического использования. Системы морского прогнозирования крайне востребованы для планирования морских операций, обеспечения безопасности судоходства, экологического контроля и климатических исследований. Для России, обладающей обширными морскими границами и активно развивающей свою деятельность в Арктике, такие прогнозы приобретают особую значимость.
Данное исследование является продолжением научного наследия академика Геннадия Марчука. Его новаторские идеи в области вычислительной океанологии, а также программа «Разрезы», реализованная в 1980-х годах, заложили основу для развития современных глобальных систем океанических наблюдений и оперативной океанологии.
Ученые отмечают непрерывность работы: «Мы продолжаем совершенствовать схему усвоения данных, учитывая выявленные области для доработки, тем более что спрос на результаты нашей системы значительно вырос». В ближайших планах — улучшение алгоритмов для более точного моделирования динамики фронтальных зон и горизонтального движения водных масс, а также расширение применения технологии на другие российские акватории, включая Балтийское, Каспийское и Японское моря.
