На Азовской волне. Прогноз наводнений — забота математиков и географов.

Только задень ученых, работающих в Азовском море, неловкой фразой о том, что оно небольшое и как бы “домашнее”, — тут же выложат перед тобой примеры серьезных, трагических событий.

В сентябре 2007 года сильный шторм разметал корабли в Керченском проливе, стал причиной затопления нескольких судов, отчего берега Азовского и Черного морей покрылись мазутом… В 2009 году из-за вспышки численности микроскопических водорослей в Цимлянском водохранилище на три дня остались без водоснабжения предприятия и жители Волгодонска. Эти же явления наблюдаются на Нижнем Дону и в Таганрогском заливе… Зимой 2012 года в Азовском море судовладельцы столкнулись с экстремальными ледовыми условиями. Льдом был забит даже Керченский пролив. 

Неожиданность? Да нет, веками обитавшие в низовьях Дона казаки замечали связь между силой ветра, его направлением и уровнем воды в реке. Поднимется “верховка” (северо-восточный ветер), говорили они, сгонит воду в залив. Задует “низовка” (сильный юго-западный ветер), “запирающий” сток реки, — жди наводнения. Причем не только на Дону, но и по всей прибрежной зоне Таганрогского залива. В последние годы таких “низовок”, нанесших существенный ущерб жителям и экономике региона, было несколько. 

В 2012 году небывалые по интенсивности осадки, обрушившиеся в долины рек Северо-Западного Кавказа, привели к затоплению города Крымск и значительным жертвам. Беда пришла столь стремительно, что население оказалось застигнуто врасплох. Оповещение опоздало. 

В марте 2013 года затопило научно-экспедиционную базу ЮНЦ РАН в дельте Дона. Наводнение из-за нагона повторилось и в следующем году. Сильные волны практически разрушили туристическую инфраструктуру на косах Таганрогского залива. Подобные катаклизмы не только разрушают быт людей, их немудреные постройки, но и отрицательно сказываются на работе портов, сельском хозяйстве — всей экономике региона.

Вот почему с момента создания в дельте Дона научно-экспедиционной базы ЮНЦ РАН в поселке Кагальник академик Геннадий Матишов поставил задачу вести регулярные наблюдения за природными явлениями и собирать в единую базу данных всё, что накопили предыдущие поколения исследователей. 

У ЮНЦ на этом направлении тоже был опыт — еще в 2004 году профессор Сергей Бердников совместно с сотрудниками Мирового центра океанографических данных национальной администрации по океану и атмосфере Министерства коммерции США (NОАА) вели работы по формированию океанографической базы данных Азовского моря. Завершили они их в 2014 году созданием Климатического атласа девяти больших морских экосистем Северного полушария, а также Черного, Азовского и Каспийского морей. Атлас содержит первичные океанографические материалы с 1827 по 2013 год. 

Сегодня в дельте Дона в 10 километрах от берега на фундаменте бывшего створного знака и на причале ЮНЦ РАН в хуторе Донской и в Таганрогском заливе установлены приборы, которые каждые три часа автоматически фиксируют уровень воды, ее температуру и соленость. Ведется регулярный ихтиологический и гидрохимический мониторинг. Приборы передают данные этих гидрологических постов в Интернет.

После трагедии в Крымске по предложению академика Геннадия Матишова в Краснодарском крае создана сеть автоматических уровнемеров на реках. Теперь вдоль причерноморских водных артерий и на побережье Азовского моря стоят десятки датчиков, которые в режиме онлайн передают показания об уровне воды. Если он приближается к опасным отметкам, то в краевом Центре МЧС решают, какие меры следует предпринять. 

Накопленные в базе данных многолетние наблюдения и архивы спутниковых снимков позволяют определить и классифицировать условия, при которых формируются опасные природные явления. 

В 2009-2014 годах профессора С.Бердников и А.Гительсон (Университет Небраска, США) выполнили цикл работ по адаптации к условиям Азовского моря алгоритмов дешифрирования спутниковых снимков для построения полей концентрации хлорофилла-А в продуктивных и мутных водах. Этот метод позволяет дистанционно выявить морские акватории, где наблюдается “цветение” воды. Оказалось, что для Азовского моря эти алгоритмы являются наилучшими среди аналогов. Более того, повторная калибровка разработанных алгоритмов не потребовалась и при использовании их для данных по Чесапикскому заливу (США) и озеру Кинерет (Израиль). Предложенное Бердниковым научное направление — математическое моделирование пространственно-временной изменчивости крупных географических объектов — морей с их водосборными территориями — оказалось значимым и для огромной России. Ученый вместе с коллегами создал комплекс математических моделей морских экосистем, расположенных в разных географических зонах России: Баренцево, Белое, Охотское, Карское, Лаптевых, Азовское, Черное и Каспийское моря, устьевые области Печоры, Оби и Енисея, и имеющих различные гидрологический, гидрохимический и гидробиологический режимы. Сегодня сферу его интересов удачно дополнили современные информационные и спутниковые технологии.

Наблюдая за природными процессами в Азовском море и на Дону, С.Бердников решил попробовать прогнозировать наступление опасных погодных явлений. Эту задачу он сформулировал перед своими коллегами в 2014 году, а скоро соответствующий проект был поддержан грантом Минобрнауки РФ в рамках ФЦП “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы”. Выделенные средства позволили молодым сотрудникам ЮНЦ РАН создать экспериментальную компьютерную систему оперативного прогнозирования опасных морских явлений (ОПЯ) в бассейне Азовского моря, в том числе в береговой зоне. Систему назвали “EX-MARE” — экстремальные морские явления. Разработанный экспериментальный образец — прототип компьютерной системы оперативного прогнозирования ОПЯ в бассейне, береговой зоне и акватории Азовского моря. Он содержит программные инструменты для выполнения краткосрочных (до 72 часов) прогнозов нагонных, штормовых, ледовых, паводковых событий, возникновения зон повышенного “цветения” и дефицита кислорода, оперативного обнаружения аварийных нефтеразливов. Все применяемые математические методы и программные комплексы прошли экспериментальную проверку на примере наблюдавшихся в Азовском море неблагоприятных и экстремальных природных явлений. 

Благодаря обработке накопленной статистики по прогнозам нагонов воды, разработчики “EX-MARE” уже достаточно хорошо разбираются в причинах и механизмах явления. Например, в январе нынешнего года с помощью “EX-MARE” и одновременного анализа спутниковых данных был сделан прогноз ледового режима в Азовском море. При сильном ветре выполняются прогнозы параметров волнения и возможного разрушительного воздействия на берега Азовского моря. 

Только что, летом, прошла проверка системы в режиме краткосрочного прогнозирования концентрации микроводорослей и зон с возможным дефицитом кислорода, когда возникает опасность “заморов” в море. Одновременно анализировались спутниковая информация по содержанию хлорофилла-А в воде и данные экспедиционных наблюдений.

После проведения в бассейне реки Адагум комплекса инженерных мероприятий по расчистке и канализации русла в гидрологическую модель были внесены необходимые коррективы. Проведены расчеты прохождения сильных паводков при естественном и перестроенном русле, выполнена оценка роли мостов в трансформации паводковой волны. 

К счастью, в этом регионе экстремальные осадки больше не наблюдались, но расчеты паводков для незначительных осадков постоянно выполняются. Результаты сравниваются с данными наблюдений на установленных здесь автоматических уровнемерах. 

Стоит отметить роль индустриальных партнеров по этому проекту ФЦП ИР — ЗАО “Сириус” и ООО “Эмерсит”, которые, собственно, и создали автоматизированную систему мониторинга паводковых ситуаций в Краснодарском крае. Теперь в планах — “коммерческий” вариант “EX-MARE”. Разработка должна найти практическое применение в качестве автоматизированных рабочих мест в организациях МЧС, в общей системе информирования населения и предприятий о рисках опасных погодных явлений в регионе Азовского моря. Одним из возможных подходов может быть геопортал-ОПЯ по аналогии с таким интернет-ресурсом, как “ГИС-метео”.

Продолжением же проекта, как рассказал научный сотрудник ИАЗ ЮНЦ РАН кандидат технических наук Валерий Кулыгин, может стать геоинформационная система, предоставляющая через Интернет информацию о рисках ОПЯ. Планируется, что этой услугой уже к 2018 году смогут пользоваться все заинтересованные лица.