повтор цикла
спуск на глубину дрейфа ~ 1000 м
дрейф 5 ~ 10 дней
10 часов на поверхности для передачи данных на спутник
всплытие в течение ~ 6 часов, запись профилей температуры и солености
спуск на глубину ~ 2000 м для начала измерений
чальными условиями для последующего прогностического расчета вплоть до поступления новой порции данных.
Результаты исследований, выполненных в рамках проекта GODAE – Global Ocean Data Assimilation Experiment [ 10 ], показали, что модель циркуляции вод Мирового океана должна иметь достаточно высокое разрешение, чтобы достоверно воспроизводить синоптическую изменчивость полей океана. Поэтому все системы оперативных прогнозов основаны на использовании вихреразрешающих моделей. Ассимиляция альтиметрических измерений позволяет уточнять фазы синоптических процессов и таким образом повышать точность прогнозов. Обычно распределения температуры и солености морской воды по вертикали, рассчитанные даже самыми лучшими численными моделями при идеальных начальных условиях, с течением времени удаляются от реального состояния океана. Ассимиляция профилей температуры и солености морской воды, измеренных буями программы Argo, позволяет исправить неверные тренды и повысить точность анализов и прогнозов. Другим источником информации, также позволяющим скорректировать неточности численных моделей, являются спутниковые измерения температуры и солености поверхностного слоя океана.
Поля температуры и солености в поверхностном слое трудно воспроизводить с высокой точностью как минимум по двум обстоятельствам. Во-первых, данный слой, как правило, сильно турбулизован и перемешан, и для описания его эволюции приходится использовать параметры, которые априори неточны, поскольку полная теория турбулентности еще не создана. Во-вторых, при проведении численных расчетов с использованием моделей циркуляции вод океана необходимо задавать потоки радиации, тепла, влаги и импульса на поверхности моря. Эти граничные условия устанавливаются на основе данных прогнозов погоды, которые в свою очередь неточны и вносят дополнительные погрешности в расчеты характеристик верхнего слоя моря. Ассимиляция спутниковых наблюдений температуры и солености морской поверхности позволяет компенсировать неточности модели и граничных условий на поверхности моря. Аналогичным образом ассимиляция построенных по спутниковым наблюдениям границ ледяных полей позволяет скорректировать недостатки модели эволюции ледяного покрова.
Аккуратная настройка параметров модели и выбор метода ассимиляции является одним из способов повышения качества анализов и прогнозов. В настоящее время считается, что наиболее точные прогнозы полей Мирового океана дает морская служба программы CMEMS – Copernicus Marine Environment Monitoring Service, созданная при поддержке рамочных программ Европейской Комиссии [ 8 ]. Оперативные прогнозы, ведущиеся на регулярной основе организацией Merkator Ocean( Франция), базируются на модели циркуляции океана NEMO. Прогноз дается на сетке, шаг которой уменьшается по мере роста вычислительных возможностей центра прогнозов. В настоящее время пространственное разрешение изображений доведено до 1 / 12˚. Результаты анализа и прогноза полей Мирового океана и регулярные оценки их точности, как и другие продукты службы, свободно доступны на сайте CMEMS. Сервис сайта CMEMS дает возможность визуализировать различные сечения представленных полей, отображать временные ряды, создавать анимации, а также копировать числовые массивы в заданной области Мирового океана.
В России до последнего времени не ставилась задача вихреразрешающего оперативного прогноза полей Мирового океана, несмотря на наличие высококачественных моделей циркуляции вод океана и наработанных методов ассимиляции наблюдений. Работы по созданию макета современной системы оперативного прогноза полей Мирового океана начаты в 2017 году в рамках проекта Российского научного фонда « Новые методы и суперкомпьютерные технологии анализа и прогноза Мирового океана и Арктического бассейна ». В его реализации участвуют специалисты Морского гидрофизического института РАН, Института вычислительной математики РАН, Института океанологии РАН и Гидрометцентра РФ. Макет системы реализуется на кластере фирмы Sugon( Китай), имеющем более 650 ядер. Прогнозирование полей Мирового океана
No. 1( 13) / 2018, Морские информационно-управляющие системы 21