Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0091

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0091
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет"
Название доклада
Прототип оперативной океанографической системы Балтийского моря и экспертно-аналитическая система оперативного контроля за состоянием заданной акватории и быстрого реагирования на аварийные ситуации на море
Докладчик
Татьяна Рэмовна Еремина
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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 в оперативном режиме.
Разработка и внедрение в эксплуатацию оперативной океанографической системы Балтийского моря, методов и технологий по снижению последствий негативного воздействия при-родных 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.
Актуальность и новизна исследования
Развитие морской деятельности в РФ, в особенности на Балтике обусловили необходимость океанографического обеспечения работ и развития новейших методов и технологий прогнозирования. При этом на первый план выходит оперативность этого обеспечения. В настоящее время прогноз гидрофизических характеристик Балтийского моря осуществляется на основе европейской оперативной океанографической модели. Однако, для обеспечения прогнозами и другой оперативной продукцией российских прибрежных акваторий требуется создание отечественной прогностической системы.
Новизна разработанных макетов оперативной океанографической системы Балтийского моря (ООСБ) и экспертно-аналитическая система оперативного контроля за состоянием заданной акватории и быстрого реагирования на аварийные ситуации на море (ЭАСОКиБР) заключается в: комплексном использовании современных вычислительных средств, массивов данных непрерывных контактных наблюдений, данных дистанционного зондирования поверхности моря из космоса и численного моделирования с пространственным разрешением допускающим явное разрешение вихревой динамики прибрежных вод. Для численного моделирования задействованы современные модели общей циркуляции океана соответствующие мировым аналогам. Впервые для Балтийского моря применена технология понижения размерности оптимизационной задачи с использованием эмпирических ортогональных функций, что позволило существенно повысить вычислительную эффективность процедуры ассимиляции. Конфигурация системы ООСБ и ЭАСОКиБР соответствует глобальной тенденции развития коллективных центров обработки данных, использованию новой модели распределенных вычислений в “облачном” стиле (Cloud Computing).
Описание исследования

Проводилась пробная эксплуатация макета ООСБ в автоматическом оперативном режиме с целью получения прогностических 3-х мерных гидрофизических полей (скорости течений, уровень моря, температура и соленость морской воды, сплоченность и толщина ледяного покрова) на основе усвоения в гидродинамическую модель Балтийского моря (ГМБМ) данных наблюдений. Экспериментальные расчеты выполнялись на региональной (ГМБМ), и двух вложенных моделей: локальной модели Финского залива и Калининградсмкого шельфа (ЛМФЗ, ЛМКШ). В качестве референтных данных использовать данные контактных измерений и данные дистанционного зондирования Земли с орбитальной системы MODIS.  Выполнялись многочисленные модельные эксперименты, направленные на достижение установленных технических характеристик по заблаговременности и оправдываемости вырабатываемых прогнозов. ЭАСОКиБР исследовалась в следующем составе: модель переноса примеси и взвешенного вещества (МПиВ), реализованная на ЭВМ гибридной архитектуры (CPU+GPU); программное обеспечение, предназначенное для организации ансамблевых расчетов; программное обеспечение, предназначенное для архивирования выходных данных; удаленное рабочее место пользователя для проведения и визуализации расчетов с использованием «облачных» технологий. Выполнялась работа по отработке специальных алгоритмов для создания возможности одновременной удаленной работы с ЭАСОКиБР различных групп потребителей с информацией о фактическом и ожидаемом распространении примеси  путем организации удаленных через WWW 7браузер автоматизированных рабочих мест  наблюдателя – гидрометеоролога, что может быть использовано для оперативного анализа различных вариантов производственного воздействия на окружающую среду на основе запускаемых удаленно, на основном сервере численной модели распространения примеси, приспособленной к проигрыванию различных вариантов действий в аварийных ситуациях. Для исследования данной функциональности различные расчеты были инициализированы на 10-ти персональных компьютерах. Проводился ряд численных экспериментов по расчетам переноса условной пассивной примеси с визуализацией результатов в виде ситуационных ГИС карт. Оценка проводилась оправдываемости путем прогнозов сопоставления распространения расчетной реальной примеси траектории пассивного  дрифтера на  Калининградском шельфе.
Для обеспечения взаимодействия с пользователем разрабатывался специальный картографический Web-интерфейс, позволяющий, в том числе, на отдельных вкладках портала автоматически обновлять данные оперативного спутникового мониторинга температуры поверхности моря и ледовой обстановки. Для более детального анализа результатов расчетов предусматривается экспорт данных из системы в любые специализированные ГИС по выбору пользователя. Индустриальным партнером также выполнялись работы по выделению районов возможного загрязнения акватории Калининградского шельфа и побережья в результате аварийных ситуаций на нефтедобывающих платформах с использование ЛМКШ. В качестве экспериментальных работ проводились исследования закономерностей загрязнений в районе расположения распространения нефтяного нефтяных месторождения «Кравцовское» (морская  ледостойкая стационарная платформа (МЛСП) D-6) ООО «ЛУКОЙЛ-КМН».

 

Результаты исследования

Основные результаты исследований:

1) Выполнены экспериментальные исследования в соответствии с  разработанной на предшествующем этапе программой и методикой экспериментальных исследований ООСБ.

Выполнена оценка качества разрабатываемых прогнозов. Отмечено, что действующий нормативный документ Росгидромета по оценке качества прогнозов был разработан в 1982 году и ориентирован на статистические и физико-статистические методы морских гидрофизических прогнозов. В методике недостаточно отражены подходы к оценке качества трехмерных прогностических полей, генерируемых современными оперативными системами. Заблаговременность вырабатываемых прогнозов 48 часов. Расчетный полный цикл интегрирования по времени 48 часового прогноза составляет около 30 мин, что достаточно для организации «скользящего» прогнозного цикла с ассимиляцией каждые 3 ч.

2) Выполнены экспериментальные исследования в соответствии с  разработанной на предшествующем этапе программой и методикой экспериментальных исследований ЭАСОКиБР.

В результате проведенных численных экспериментов установлено, что общая заблаговременность вырабатываемых прогнозов не превышает 48 часов. Выполнена оценка оправдываемости прогнозов распространения примеси. Оценка проводилась путем сопоставления расчетной реальной траектории пассивного дрифтера. Установлено, что оправдываемость прогнозов положения дрифтера составляет 83,40 %.

Разработаны специальные алгоритмы для организации одновременной удаленной работы с ЭАСОКиБР различных групп потребителей с информацией о фактическом и ожидаемом распространении примеси путем организации удаленных через WWW браузер автоматизированных рабочих мест наблюдателя – гидрометеоролога.

3) Разработан Web-портал (www.gs.rshu.ru) для распространения  прогнозных  характеристик  вырабатываемых  ЭАСОКиБР и ООСБ. В разработке использована гибкая, легко настраиваемая и масштабируемая технология распространения картографических данных через Web интерфейс. Разработаны функция для одновременной работы нескольких  удаленных пользователей через картографический Web- интерфейс; функция для  анализа прогностических данных о распространении примеси с интервалом в 15 мин.; алгоритм экспорта данных  из системы  в стандартизованном формате kmz. При этом, экспортируемые данные легко интегрируются в различные ГИС системы пользователей.

4) Проведены исследования по выделению районов возможного загрязнения акватории Калининградского шельфа и побережья в результате аварийных ситуаций на нефтедобывающих платформах с использование ЛМКШ

Проведены вычислительные эксперименты по исследованию возможного  направления распространения  гипотетического  выброса в районе расположения буровой  платформы  месторождения Д6. Результаты расчетов показали, что множественность источников загрязнения и незаинтересованность виновников сброса нефти в формировании достоверной базы данных создают определенные трудности при проведении подобных расчетов. Анализ спутниковых снимков показал, что за весь период спутниковых наблюдений ни одного случая нефтяного загрязнения, исходящего от МЛСП D-6, зарегистрировано не было. Районами наиболее частого обнаружения нефтяных пленок являются основные судоходные трассы Балтийского моря.

Практическая значимость исследования
1) Результаты проекта могут быть использованы в таких областях науки как прикладная океанография. Назначение разрабатываемой ООСБ - получение прогностических 3-х мерных гидрофизических полей, а также диагностических и прогностических полей концентраций и зон осаждения взвешенного материала и пассивной примеси для прибрежных зон Балтийского моря. Основное назначение ЭАСОКиБР на аварийные ситуации на море состоит в организации удаленных автоматизированное рабочих мест наблюдателя – гидрометеоролога. Автоматизированное рабочее место наблюдателя — гидрометеоролога может быть использовано для оперативного анализа различных вариантов производственного воздействия на окружающую среду на основе запускаемых удаленно на основном сервере численной модели распространения примеси, приспособленной к проигрыванию различных вариантов действий в аварийных ситуациях.
2) Созданный в ходе выполнения прототип оперативной океанографической системы может быть использован Росгидрометом для внедрения в практику прогнозирования состояния морской среды Балтийского моря. Основанная на спутниковом мониторинге система обнаружения и оповещения о нефтеразливах в российских прибрежных зонах Балтийского моря и разработанные инструменты оперативного прогнозирования состояния морской среды, а также методики их оперативного использования, автоматизированного получения данных могут быть внедрены в технологию оперативного мониторинга в районах нефтедобычи в море, в оперативную практику работы МЧС, заинтересованных государственных служб, портов и администраций приморских городов для обеспечения безопасности, в том числе населения приморских районов.
3) Подходы и научные решения, используемые при разработке прототипа оперативной океанографической системы для Балтийского моря, а также методы и технологии по снижению последствий негативного воздействия природных и антропогенных факторов могут быть использованы при создании таких систем на других морях России, способствовать развитию вихреразрешающих моделей, технологий ассимиляции данных и автоматизированной передачи данных.
Постер

Poster1.ppt