Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка прототипа оперативной океанографической системы Балтийского моря, методов и технологий по снижению последствий негативного воздействия природных и антропогенных факторов для обеспечения экологической безопасности морской среды

Докладчик: Ерёмина Татьяна Рэмовна

Должность: Исполняющий обязанности заведующего кафедрой, доцент, к.ф-м.н.

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение задачи обеспечения заинтересованных пользователей высококачественной информацией о состоянии среды Балтийского моря и его прибрежных (российских) акваторий, которая может быть получена путем комбинации оперативных данных дистанционных и контактных измерений с результатами расчетов по трехмерным гидродинамическим моделям. 2. Создание научно-технического задела в области разработки и внедрения в эксплуатацию оперативной океанографической системы Балтийского моря, методов и технологий по снижению последствий негативного воздействия природных и антропогенных факторов для обеспечения экологической безопасности морской среды. Разработка и усовершенствование комплекса моделей и процедур усвоения (ассимиляции) данных наблюдений для воспроизведения текущего состояния и прогнозной динамики гидрофизических полей и элементов экосистемы Балтийского моря. На основе разработанного комплекса моделей создать макет оперативной океанографической системы Балтийского моря, разработать опытные варианты локальных моделей прогноза и расчета процессов, влияющих на береговую зону, с учетом локальных особенностей гидродинамических, морфологических и метеорологических характеристик изучаемого района. Разработанный прототип оперативной океанографической системы Балтийского моря позволит обеспечивать потребителей прогностической информацией, решать задачи безопасности на море, исследовать ледовые условия, качество воды и распространение загрязнений, способствовать развитию оперативных мониторинговых систем Балтийского моря и российских прибрежных зон.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Действующий макет оперативной океанографической системы Балтийского моря (ООСБ) на основе региональной 3-х мерной гидродинамической модели Балтийского моря и локальных моделей Финского залива и Калининградского шельфа сверхвысокого разрешения, блока оперативного усвоения данных наблюдений о состоянии моря; действующий макет экспертно-аналитической и информационной системы оперативного контроля за состоянием заданной акватории и быстрого реагирования на аварийные ситуации на море, в том числе нефтеразливы; макет автоматизированного рабочего места наблюдателя - гидрометеоролога, в состав которого будут включены вычислительные модели для оперативного анализа различных вариантов производственного воздействия на окружающую среду, а также прогнозирующие и моделирующие опасные морские явления, приспособленные к проигрыванию различных вариантов действий в аварийных ситуациях; методика оперативного гидрометеорологического мониторинга морской среды в море с использованием технического комплекса, размещенного на стационарной нефтедобывающей платформе в юго-восточной части Балтийского моря; методика по выявлению и картографированию зон высокой экологической и культурной значимости.
2. Основными характеристиками планируемых результатов являются:
-высокое пространственное разрешение гидродинамических моделей (до 250 м в прибрежной зоне)
- соответствие современному уровню знаний о циркуляции и климатических характеристиках рассматриваемого бассейна
- выполнение контроля качества получаемых расчетных характеристик по независимым данным
-заблаговременность вырабатываемых прогнозов не менее 48 часов.
-временная дискретность прогностических полей 1 час
-интерактивный Web интерфейс для организации удаленных рабочих мест.
3. Впервые будет разработан отечественный прототип оперативной океанографической системы Балтийского моря, основанный на моделях высокого и сверхвысокого (для прибрежных зон) пространственного разрешения. Впервые предлагается оперативная подготовка локальных специализированных прогнозов по требованию заинтересованных пользователей на основе "облачных" технологий.
4. Разработанный отечественный прототип оперативной океанографической системы Балтийского моря будет отвечать современному мировому уровню разработок ведущих прогностических центров, таких как: FOAM (Met Office), Великобритания; HYCOM/NCODA, США, Mercator Ocean (French Operational Oceanography Centre),Франция;NERSC, Норвегия. За счет более высокого пространственного разрешения и корректного учета локальных физических процессов и особенностей акватории, разрабатываемая система будет превосходить зарубежные аналоги по заблаговременности и точности краткосрочных прогнозов. Качество прогнозов будет подтверждаться сравнением результатов прогнозов европейской оперативной прогностической моделью Балтийского моря и отечественной моделью.
5. Развитие методов дистанционного мониторинга океана из космоса, технологий ассимиляции данных и вихреразрешающих моделей океана позволяют ставить и решать задачи оперативного прогнозирования мезо- и субмезомасштабной изменчивости гидрофизических полей, распространения примеси и формирования донных отложений в интересах решения природно-ресурсных задач. Техническая реализация заявленных параметров оперативной модели будет обеспечиваться за счет разработки новых алгоритмов, оптимизированных для суперкомпьютеров гибридной архитектуры, позволяющих экономить вычислительные ресурсы. Оперативная система должна находиться в режиме постоянной готовности для обеспечения соответствующих служб объективной информацией для принятия решений и должна быть основана на географической информационной системе ГИС, что позволяет пользователям видеть данные по географическому распределению.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты проекта могут быть использованы в таких областях знаний как Науки о Земле, в оперативной океанографии. Основанная на спутниковом мониторинге система обнаружения и оповещения о нефтеразливах в российских прибрежных зонах Балтийского моря и разработанные инструменты оперативного прогнозирования состояния морской среды, дрейфа нефтяных загрязнений и плавучих объектов, а также методики их оперативного использования, автоматизированного получения данных могут быть использованы для совершенствования системы оперативного мониторинга морской среды.
2. Внедрение непосредственно экспертно-аналитической и информационной системы оперативного контроля за состоянием заданной акватории и быстрого реагирования на аварийные ситуации на море потребует:
- Решение комплексной задачи по развитию в России оперативной океанографии .
- Проведение ОКР по созданию экспертно-аналитической и информационной системы оперативного контроля за состоянием заданной акватории и быстрого реагирования на аварийные ситуации на море, в рамках которой должны быть проведены работы по доведению до промышленных образцов программно-аппаратных средств-компонентов системы, которые будут являться основными элементами при комплектовании региональных систем, а также разработка (доработка) алгоритмов их работы в составе систем.
- Разработки совместно с отраслевыми проектными институтами гидрографии и гидрометеорологии руководящего документа по технологии построения и эксплуатации оперативных систем контроля и мониторинга гидросферы и его внедрение.
3. Созданный в ходе выполнения прототип оперативной океанографической системы может быть использован Росгидрометом для внедрения в практику прогнозирования состояния морской среды Балтийского моря. Прототип системы также может быть использован для прогноза возникновения наводненческих ситуаций для обеспечения МЧС и администраций прибрежных городов объективной информацией для принятия решений. Основанная на спутниковом мониторинге система обнаружения и оповещения о нефтеразливах в российских прибрежных зонах Балтийского моря и разработанные инструменты оперативного прогнозирования состояния морской среды, дрейфа нефтяных загрязнений и плавучих объектов, а также методики их оперативного использования, автоматизированного получения данных могут быть внедрены в систему оперативного мониторинга морской среды в районах нефтедобычи в море, в оперативную практику работы МЧС, заинтересованных государственных служб, портов и администраций приморских городов (Санкт-Петербург, Калининград) для обеспечения безопасности ведения морской деятельности, а также безопасности населения приморских районов.
Результаты работы будут представлены на международных конференциях и рабочих семинарах в рамках балтийского проекта BOOS-HIROMB (Оперативная Океанографическая Система Балтийского моря - Высокоразрешающая Модель Балтийского моря) с целью развития международного сотрудничества и обмена знаниями в области оперативной океанографии.
Для ознакомления с научными разработками будет проведен научно-практический семинар совместно с представителями гидрометслужбы РФ, нефтедобывающими на морском шельфе компаниями, а также дреджинговыми компаниями для обсуждения возможностей и механизмов внедрения разработанных методов и технологий. На сайте университета (www.rshu.ru) будет открыта информационная страница о проекте.

Текущие результаты проекта:
1.Выполнен аналитический обзор современной научно- технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей проблемы создания и функционирования оперативных океанографических систем для различных регионов и в том числе для Балтийского моря и содержащий:
-анализ различных физических процессов, характерных для Балтийского моря и оказывающих существенный эффект на повторяемость и амплитуду экстремальных явлений (колебание уровня, апвеллинги, ледовые условия) в Финском заливе и Калининградском шельфе
- анализ существующих гидродинамических моделей Балтийского моря (HBM , HI ROMB, NEMO, MOM ) и планы по их развитию.
-сравнительную характеристику существующих зарубежных аналогов оперативных океанографических систем.
2. Проведены патентные исследования по тематике "Способ прогноза вертикальных профилей гидрофизических параметров в водной толще Балтийского моря , основанный на интегрировании по времени вихреразрешающей модели циркуляции с заблаговременностью 12, 24, 36 и 48 ч с дискретностью 3 ч."
3. Подготовлено обоснование возможных направлений теоретических и экспериментальных исследований.
Определены тенденции перспективного развития моделей циркуляции океана. Сформулированы основные технические требования к создаваемой оперативной системе. С учетом определенных требований спроектирован расчетный вычислительный модуль (ВМ) ЭВМ гибридной архитектуры производительностью 6 TFlops.
4. Выполнен сбор данных характеризующих климатические изменения в Финском заливе Балтийского моря. Набор данных включает в себя данные о гидрофизических (температура и соленость), гидрохимических (растворенный кислород, водородный показатель, общая
щелочность) и гидробиологических (биомасса и видовой состав фитопланктона) характеристиках за период с 1995 по 2 013 год. Климатические ряды пополнены данными наблюдений, полученными в ходе проведения экспедиционных исследований в восточной части Финского
залива в летний период 2014 года.
5. Выполнен сбор данных для формирования базы климатических данных по юго- восточной части Балтийского моря. Собранные данные содержат информацию о гидрофизических (температура и соленость) харатеристиках за 15- летний период и более. Также собраны ряды метеорологических данных (температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра, атмосферное давление) с метеостанций г. Клайпеды (Литва), МЛСП Д- 6 (ЛУКОЙЛ- КМН) и г. Балтийска за 30- летний и менее периоды. На их основе создается база данных.
6. Собраны данные непрерывного гидрофизического зондирования морской среды и гидрометеорологические данные на Калининградском шельфе Балтийского моря. Данные измерений гидрофизических характеристик на Калининградском шельфе содержат данные о ветре в открытом море, данные гидрофизического зондирования в постоянных точках и сканирования на разрезах за период 2003-2013 г.г.
7. Выполнен сбор данных для уточнения эколого-геологической обстановки полигонов на Калининградском шельфе на основе данных 16-ти экспедиций в районе исследований.