Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка компьютерной системы оперативного прогнозирования опасных природных явлений в бассейне, береговой зоне и акватории Азовского моря

Докладчик: Бердников Сергей Владимирович

Должность: заместитель председателя

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение проблемы краткосрочного (оперативного) прогнозирования опасных природных явлений в бассейне, береговой зоне и акватории Азовского моря. 2. Целью ПНИ, определенной условиями конкурса и техническим заданием, является разработка комплекса научных и научно-технических решений, направленных на создание программного комплекса оперативного прогнозирования (ПК «EX-MARE») и поддержки принятия решений, связанных с оценками риска опасных природных явлений в бассейне, береговой зоне и акватории Азовского моря и предупреждением органов местного самоуправления, населения и предприятий. Должен быть разработан экспериментальный образец (ЭО) «EX-MARE», включающий составные компоненты (части), реализующие следующие методы: - прогнозирования и оценки риска опасных гидрологических явлений на реках Западного Кавказа; - прогнозирования и оценки риска опасных нагонных явлений в дельте Дона; - оценки опасных штормовых явлений в береговой зоне Азовского моря; - прогнозирования ледовитости и толщины льда в Азовском море; - выявления зон с повышенным уровнем «цветения» одноклеточных водорослей в районах рекреации и обеспечения водой в Азовском море, Цимлянском и Краснодарском водохранилищах; - оценки риска возникновения зон гипоксии в Азовском море, Цимлянском и Краснодарском водохранилищах; - прогнозирования загрязнения нефтью побережья Азовского моря в случае аварийных разливов при транспортировке судами. Должны быть разработаны рекомендации по оптимизации и развитию системы мониторинга для выявления опасных природных явлений в Краснодарском крае, Ростовской области и в Крыму. Должен быть разработан проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка программного комплекса для оперативного прогнозирования опасных природных явлений в бассейне, береговой зоне и акватории Азовского моря».

Основные планируемые результаты проекта:
1. В ходе выполнения ПНИ планируется разработать методы и ЭО ПК «EX-MARE» для:
- прогнозирования и оценки риска опасных гидрологических явлений на реках Западного Кавказа;
- прогнозирования и оценки риска опасных нагонных явлений в дельте Дона;
- оценки опасных штормовых явлений в береговой зоне Азовского моря;
- прогнозирования ледовитости и толщины льда в Азовском море;
- выявления зон с повышенным уровнем «цветения» одноклеточных водорослей в районах рекреации и обеспечения водой в Азовском море, Цимлянском и Краснодарском водохранилищах;
- оценки риска возникновения зон гипоксии в Азовском море, Цимлянском и Краснодарском водохранилищах;
- прогнозирования загрязнения нефтью побережья Азовского моря в случае аварийных разливов при транспортировке судами.
2. Разрабатываемый ЭО ПК «EX-MARE» будет состоять из автоматизированных рабочих мест, предназначенных для составления оперативных прогнозов по перечисленным направлениям.
ЭО ПК «EX-MARE» будет обеспечивать свои составные компоненты данными из доступных бесплатных источников данных (Интернет-сайтов), в том числе из развивающейся системы мониторинга паводковой ситуации Краснодарского края.
В ЭО ПК «EX-MARE» планируется визуализация следующих результатов:
- зон затопления на реках Западного Кавказа при экстремальных дождевых паводках;
- зон затопления дельты реки Дон при нагонах;
- карт ожидаемой интенсивности абразионных процессов;
- карт толщины льда и ледовитости Азовского моря;
- концентрации хлорофилла «а» по результатам дешифрирования данных ДЗЗ и зон «цветения» водорослей в Азовском море, Цимлянском и Краснодарском водохранилищах;
- зон с низким содержанием растворенного кислорода в Азовском море, Цимлянском и Краснодарском водохранилищах;
- карт загрязнения берегов и акватории Азовского моря в случае аварийного разлива нефтепродуктов.
3. В настоящее время в регионе отсутствует система оперативного прогнозирования перечисленных выше опасных природных явлений. Несмотря на то, что разрабатываемые методы основаны на апробированных отечественных и зарубежных аналогах (математических моделях, комплексах программ), их объединение в единую компьютерную систему оперативного прогнозирования применительно к Азовскому морю является инновационной разработкой.
Среди предлагаемых подходов у исполнителей имеются оригинальные наработки, превышающие по качеству зарубежные аналоги. Региональный алгоритм дешифрирования космических снимков для оценки концентрации хлорофилла «а» в продуктивных и мутных водах, т.н. водах второго типа, является самым точным из существующих в настоящее время.
4. В России уже существует множество систем, работа которых направлена на изучение, как правило, одной характеристики среды, например, погоды или гидрологии крупных рек (Росгидромет). Достоинством таких систем является глубокая проработанность проблем, значительный период наблюдений и значительный охват территории.
Некоторые системы мониторинга и прогнозирования только декларированы. Основной недостаток – закрытость этих систем для внешних пользователей.
За рубежом существуют развитые системы мониторинга и прогнозирования экстремальных явлений. Они главным образом реализованы в различных штатах США, в Евросоюзе. Их отличительной особенностью является более густая сеть пунктов мониторинга, информационная обеспеченность, более “открытый” характер, кооперация различных организаций в их создании и поддержке.
В регионе Азовского моря развивается автоматизированная система сбора данных о состоянии окружающей среды (например, система мониторинга паводковых ситуаций в Краснодарском крае), но в них отсутствуют элементы (подсистемы) прогнозирования опасных природных явлений.
5. Для построения краткосрочных прогнозов и получения количественных результатов с целью заблаговременного предупреждения населения предполагается использование различных математических моделей. Выбор и адаптация математических моделей для прогнозирования экстремальных природных явлений и техногенных катастроф требует калибровки и верификации по данным натурных наблюдений. Для этого будут использоваться автоматизированная система сбора данных и базы данных экспедиционных работ прошлых лет. При этом собираемые в рамках такой системы данные об окружающей среде и прогнозы будут публиковаться через геопортал в целях информирования общественности и совершенствования уже существующих систем прогнозирования. Ограничения создаваемого ЭО ПК «EX-MARE» определяются предположениями, положенными в основу используемых математических моделей и подходов, и качеством входных данных.
Главные риски связаны с работой автоматизированной системы сбора данных, а именно наличием постоянного доступа к информации (данных ДЗЗ, метеорологических прогнозов и т.д.) необходимой для запуска моделей.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Полученные в ходе ПНИ результаты могут быть использованы в области моделирования гидрологических и океанологических процессов в качестве научного обеспечения создания новых технологий предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Разработанный программный комплекс для прогнозирования опасных природных явлений в бассейне, береговой зоне и акватории Азовского моря должен найти практическое применение в качестве автоматизированных рабочих мест в организациях МЧС в общей системе информирования населения и предприятий народного хозяйства.
2. Практическое внедрение результатов предполагает развитие системы мониторинга паводков Краснодарского края, а именно дополнение ее автоматизированными рабочими местами для контроля риска возникновения опасных гидрологических явлений на реках Западного Кавказа при экстремальных дождевых паводках и опасных нагонных явлений в дельте Дона.
3. Реализация проекта в полном объеме должна:
- способствовать повышению надежности при принятии решений об информировании населения и предприятий об ожидаемых опасных природных явлениях, тем самым снижать возможный социально-экономический ущерб.
- предоставить региональным организациям МЧС новых и эффективных методов и средств для прогнозирования опасных природных явлении;
- повысить эффективность использования развиваемой в регионе автоматизированной системы мониторинга опасных гидрологических процессов (паводки, сгоны-нагоны, волнения);
- уменьшить социально-экономические последствия от опасных природных явлений в регионе Азовского моря;
- обеспечить заблаговременное предупреждение приморского населения об опасных природных явлениях;
- выявить зоны повышенной опасности для здоровья населения и народного хозяйства (массовое цветение водорослей, в том числе токсичных, заморные явления, абразионные, оползневые процессы и др.);
- обеспечить промышленность или населения новым видом информационных услуг.

Текущие результаты проекта:
Подготовлен отчет о патентных исследованиях.
Разработаны методы прогнозирования и оценки риска опасных гидрологических явлений на реках Западного Кавказа, опасных нагонных явлений в дельте Дона, методов оценки опасных штормовых явлений в береговой зоне Азовского моря, прогнозирования ледовитости и толщины льда в Азовском море, методов выявления зон с повышенным уровнем «цветения» одноклеточных водорослей, оценки риска возникновения зон гипоксии в Азовском море, Цимлянском и Краснодарском водохранилищах, прогнозирования загрязнения нефтью побережья Азовского моря в случае аварийных разливов при транспортировке судами.
Выполнен анализ существующих открытых источников метеорологических, океанологических, гидрологических данных, а также данных дистанционного зондирования Земли.
Разработаны основных принципы и подходы к созданию ЭО ПК «EX-MARE».
Разработаны системы передачи данных с датчиков, установленных в Краснодарском крае, на побережье Азовского моря и пункте «Донской» для калибровки и верификации модели.
Измерены морфометрические характеристики в створах, оборудованных постами наблюдения за уровнем рек в бассейне р.Адагум.
В дельте Дона получены новые данные о гидрологическом режиме в период сильного нагона (24 сентября 2014 года самый большой за последние 100 лет), сгона и нормального уровня воды.
Участники проекта выступили с докладами на конференциях: «Экология. Экономика. Информатика» п.Абрау-Дюрсо; «Керченский пролив: безопасность коммуникаций в XXI веке» г.Ростов-на-Дону; «16th international workshop on Computer science and information technologies» г. Шеффилд (Великобритания).