Океанология за последние полвека претерпела качественную трансформацию: развивающиеся технологии наблюдений за состоянием обширных водных гладей позволили создать совершенно новые представления об океане. Сегодня проводится все больше исследований, позволяющих детально изучать процессы, происходящие на поверхности и в глубинах Мирового океана: температуру воды, ее соленость, течения, загрязненность и другие характеристики. Об этом шла речь на одном из недавних заседаний Президиума РАН. С докладом “Оперативная океанография — новая ветвь современной океанологической науки” выступил член-корреспондент РАН Геннадий Коротаев, научный руководитель Морского гидрофизического института РАН (Севастополь), недавно вошедшего в состав Российской академии наук.
Как рассказал Г.Коротаев, оперативная океанография включает регулярные наблюдения, анализы, прогнозы и реанализы и ставит своей целью создание систем непрерывного мониторинга как всего Мирового океана, так и его внутренних, окраинных и шельфовых морей, а также развитие методов междисциплинарного анализа и прогноза их динамики и экосистемы.
Было время…
Прежде океан рассматривали как систему с медленно меняющимися течениями, которые можно прогнозировать и контролировать, объяснил докладчик, но ученые Института океанологии АН СССР открыли синоптическую изменчивость в океане: ряд экспедиций показал, что в океане, как и в атмосфере, существует своя погода, которая требует постоянных наблюдений.
Так, выдающийся советский и российский ученый, основоположник численного анализа и прогноза гидрофизических полей академик Артем Саркисян из Института вычислительной математики РАН почти полвека назад выполнил пионерские работы по воспроизведению изменчивости синоптических изменений в океане, что позволило создавать высококачественные модели циркуляции в океане. В ходе океанографического эксперимента “Полигон-70”, проводившегося в Атлантике в 1970 году, были открыты синоптические вихри в океане.
В 1984 году были сделаны синоптические съемки Черного моря для калибровки моделей и методов ассимиляции — первый макет системы прогнозов. Академик Марчук запустил Программу исследований и мониторинга океана, затем — программу “Разрезы”. В рамках этих программ были проведены крупные международные исследования в океанологии, созданы макеты систем прогнозов, которые успешно использовались при изучении Черного моря.
Развитие космической отрасли — в 1981 году в СССР был запущен первый отечественный океанографический спутник “Космос-1151” — позволило разработать соответствующие методы наблюдения. На основании данных с этого аппарата была сформулирована концепция спутникового мониторинга океана, во многом предвосхитившая дальнейшие работы западных ученых, которые появились только в 1990-х годах и были направлены на обоснование уже предложенных методов исследования.
— В советское время мы планировали создать систему наблюдений и моделирования, включавшую в себя программу ТПО-0,5 (КБЮ), данные альтиметрии (геодезической службы), исследования цвета моря (Интеркосмос-ГДР), данные дрейфующих буев (МГИ), — вспоминает Геннадий Константинович.
Советский опыт 1980-х годов в силу известных причин не получил развития, с сожалением отметил Г.Коротаев. Но в Европе усилия наших ученых были востребованы: накопленные знания и модели были использованы для создания общемировых систем прогнозов, которые сейчас используются для исследования всего Мирового океана.
— Нас пригласили участвовать в крупнейшей программе “Море-Океан” Европейской комиссии, идея которой состояла в создании восьми центров прогнозов в Мировом океане, Арктике и морях Европы, — рассказывает Г.Коротаев. — Единственный сегодня в России Центр мониторинга и прогноза, созданный по всем европейским стандартам, функционирует в Севастополе на базе Морского гидрофизического института РАН. Он должен был стать одним из центров глобальной системы дистанционного зондирования Земли Copernicus, но в 2014 году европейцы отказались от сотрудничества. Однако центр продолжает работу, практически без финансирования, но активно.
Что имеем
Сегодня у России не осталось собственных океанографических спутников. Отечественная ФЦП “Мировой океан” также была прикрыта. А в Европе программа Copernicus успешно развивается. Ее службы позволяют следить за всеми компонентами геосистемы: осуществлять мониторинг суши и атмосферы, отслеживать чрезвычайные ситуации, изменения климата, вести мониторинг морской среды и безопасности на водах. Такие возможности связаны, прежде всего, с развитием наблюдений океана из космоса — спутниковой альтиметрией (картированием). Радиолокаторы позволяют определять топографию поверхности океана с высоты 1200 км с точностью до 1 см.
Современная мировая океаническая наблюдательная система проводит дистанционное зондирование океана из космоса, регулярные наблюдения со свободно дрейфующих и заякоренных буев с оперативной передачей данных через искусственные спутники Земли. Наибольший вклад в поддержание современной наблюдательной системы вносят США и Евросоюз. Эти страны лидируют в создании систем морских прогнозов, аналогичных метеорологическим системам прогноза погоды, с использованием современных компьютеров, численных моделей океанических процессов. Системы диагноза и прогноза морской среды позволяют представлять непрерывную эволюцию трехмерных гидрологических полей в любом районе Мирового океана в удобной для широкого круга потребителей форме.
— За 25 лет развита сеть оперативных наблюдений Мирового океана и организованы службы, поставляющие информацию о полях морей и океанов в любой точке и в любой момент времени, способные давать прогноз их изменений на срок до 10 дней, — отметил докладчик.
Геннадий Константинович подробно рассказал о принципах работы зарубежных буев-профилемеров, которые являются важной составляющей наблюдений за поверхностью океана. Они способны менять свою плавучесть, за счет чего погружаются на разную глубину (до 2 тысяч метров), затем всплывают в определенное время по заданной программе на поверхность и проводят измерения температуры, солености воды, оптических характеристик. Затем эти наблюдения в оперативном режиме, через спутник, передаются в центр обработки. В России приступили к созданию подобных приборов.
Геннадий Коротаев отметил, что существующая сегодня наблюдательная система ориентирована, прежде всего, на наблюдения в умеренных широтах океана. В Арктике буи практически отсутствуют, а спутниковые наблюдения в этом районе не эффективны. В ближайшее время исследованиям в полярных областях будет уделяться большое внимание на международной арене: планируется организовать метеорологическое наблюдение и в Арктической зоне. Российские ученые готовы к этому: существует проект дрейфующего ледового зонда-профилографа для северных районов.
Данные оперативной океанографии в России очень востребованы. Изучение климата, погоды, рыболовство, навигация, экология, безопасность, научные исследования — все это требует развития национальной наблюдательной системы, включающей спутниковые, морские и ледовые модули.
У РАН в этой области есть огромный потенциал, считает Г.Коротаев. “Опыт океанологических организаций России позволяет разработать современную систему оперативного прогноза всего Мирового океана с детализацией в Арктике. В настоящее время формируется консорциум академических институтов (на сегодня их шесть), способный создать макет такой системы на основе отечественных моделей и доступной из открытых источников зарубежной информации. В перспективе это позволит создать национальную систему наблюдений, которая даст возможность обеспечить устойчивую работу системы без использования информации из международных источников”, — сказал он.
Академик подробно рассказал о работе Морского гидрофизического института РАН на Черном море, где имеются все инструменты оперативной океанографии — от прогнозов до реанализов, а ученые ведут постоянную оценку и описание процессов, происходящих на поверхности моря и в его глубинах.
По мнению Г.Коротаева, для того чтобы вновь выйти на мировой уровень, необходим целый комплекс мероприятий по поддержке оперативной океанографии в России. Нужно включить ее в состав приоритетных направлений океанологических исследований, внести положения о ней в соглашение о сотрудничестве между РАН и Росгидрометом. При институтах РАН надо формировать подразделения, способные создавать океанологические приборы и тиражировать их на коммерческой основе. Необходимо также развитие международного сотрудничества в этой области и участие академических организаций в международных проектах — приглашение ведущих ученых из Европы и США в качестве консультантов и организация тренингов для молодежи.
Взгляд в будущее
Коллеги Г.Коротаева рассказали о различных аспектах развития океанологии в РФ. Так, главный научный сотрудник Института вычислительной математики РАН член-корреспондент РАН Рашит Ибраев представил результаты совместной работы ИВМ РАН, Института океанологии РАН и Гидрометцентра в разработке параллельных технологий, моделей и алгоритмов усвоения информации.
Создана компактная вычислительная платформа для моделирования (CMF3.0), которая позволяет синхронизировать модели и обеспечить обмен данными (интерполяция между сетками). В ближайшей перспективе — создание российской системы анализа и прогноза состояния Мирового океана с гибкой системой регионального прогноза состояния и экстремальных явлений.
Начальник Центра океанографических данных ВНИИ гидрометеорологической информации — Мирового центра данных Росгидромета Николай Михайлов представил возможности использования средств и ресурсов Единой государственной системы информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО) для оперативного океанографического обслуживания морской деятельности.
ЕСИМО разрабатывалась в рамках ФЦП “Мировой океан” в качестве межведомственной информационной системы для доступа к ресурсам морских информационных систем и комплексного информационного обеспечения морской деятельности. Она позволяет интегрировать данные об обстановке в Мировом океане, распространять и предоставлять информацию заинтересованным получателям, производить международный обмен информацией.
ЕСИМО объединяет структуры АСУ “МоРе”, системы или базы данных Минтранса, Минприроды, РАН, Росгидромета, МИД, Минобрнауки, Минэкономразвития, Минэнерго, МЧС, Росрыболовства, системы дистанционного зондирования Земли “Роскосмоса”. Всего существует 17 центров-операторов ЕСИМО и 20 поставщиков информации, назначенных министерствами. Росгидромет осуществляет оперативную координацию.
Треть информации, предоставляемой в рамках системы, составляют оперативные данные. На порталах ЕСИМО ежемесячно фиксируется в среднем более 120 тысяч посещений. После двух лет штатной работы система имеет около 1800 постоянных пользователей (для сравнения: у системы Copernicus их около 4 тысяч).
Заведующий лабораторией экспериментальной физики океана Института океанологии РАН Андрей Зацепин рассказал о средствах измерений для оперативной океанографии, разработанных и используемых в ИО РАН. На Черном море функционирует на заякоренной буйковой станции зонд-профилограф “Аквалог”, разработанный при поддержке РАН. Он измеряет температуру, соленость и плотность вод, способен пройти до 400 км. Информация с зонда может транслироваться в режиме реального времени через спутник либо мобильную связь.
Проект дрейфующего ледового зонда-профилографа позволит минимизировать риски и многократно снизить стоимость получаемых данных. Вмораживаемый в лед верхний несущий буй будет содержать навигационный модуль GPS/ГЛОНАСС, метеостанцию и терминал спутниковой связи.
Разработан в институте и российский прототип дрейфующего поплавка “Арго”. Это — отечественный зонд-профилограф с изменяемой плавучестью. “Рассчитываем за два года довести образец до производства, — отметил А.Зацепин. — Но нужна еще и система связи, которая обеспечит передачу информации. В России пока такой системы нет, но можно использовать зарубежные”.
В мировой практике в прибрежной зоне широко стали использовать доплеровские радиолокаторы. В России тоже есть такой: в районе Геленджика на базе Южного отделения ИО РАН.
По мнению руководителя Росгидромета Александра Фролова, нужно консолидировать усилия: создание консорциума из заинтересованных институтов позволит объединить технологии в области океанологии.
— Есть программы РАН, Минобрнауки… Означенные задачи — государственного масштаба, они не могут быть решены без специальных госпрограмм! – подчеркнул А.Фролов.
Выступивший на заседании Владимир Фортов отметил, что Росгидромет всегда поддерживал фундаментальную науку и “готов сотрудничать с РАН неформально”, поэтому “совместными усилиями можно добиться серьезных результатов”.
— Поразительно, — сказал Владимир Евгеньевич, — что программу “Мировой океан” удушили. Конечно, нам надо ее реанимировать.
Президиум РАН принял постановление о целесообразности восстановления федеральной программы “Мировой океан”.
Андрей СУББОТИН
Фото Николая СТЕПАНЕНКОВА
Нет комментариев