Прибрежные морские акватории( до 300 – 400 км от берега) представляют для потребителей повышенный интерес, поскольку в этих районах осуществляется наиболее интенсивная хозяйственная деятельность. Для этого сегмента необычайно важна информация, предоставляемая системами прибрежной оперативной океанографии, а именно своевременные прогнозы и предупреждения об опасных природных явлениях океанского происхождения( ураганы, штормовые нагоны, цунами) и экстремально высоком загрязнении морской среды( химическое и радиоактивное загрязнение, вредоносное цветение водорослей и др.).
Кроме того, накопленные длительные временные ряды и научные знания используются для разработки стратегий адаптации и повышения устойчивости прибрежных территорий и морских экосистем к изменению климата и негативному воздействию человеческой деятельности.
Комплексные системы мониторинга прибрежных акваторий достаточны сложны. Общее представление о научных, технических и технологических проблемах их построения можно найти в работе [ 1 ].
Во многих странах, в том числе в России( см., например, [ 2, 3 ]) получили развитие и внедрены в оперативную работу автоматизированные системы распространения информации для обеспечения безопасности прибрежного мореплавания НАВТЕКС и системы предупреждение об угрозе цунами( СПЦ).
В данной публикации будут рассмотрены источники возникновения неопределенностей( ошибок) в комплексных системах оперативной океанографии, применяемых для оценки и прогноза изменчивости характеристик морской среды(« океанской погоды »).
Ошибки численной гидрофизической модели океана
Гидрофизическая модель океана позволяет с использованием данных наблюдений оценить текущее состояние морской среды и рассчитать ее будущую эволюцию на сроки от часов до месяцев в зависимости от условий задачи. В прибрежных областях циркуляционные образования открытого океана трансформируются приповерхностными и придонными процессами, образуя мезомасштабные течения, вихри, фронты, струи, зоны апвеллинга и циркуляционные формы более тонкой структуры.
Происхождение локализованных в прибрежной зоне форм циркуляции может быть понято во многих случаях только в более широком контексте с учетом их взаимодействия с атмосферой, дном и процессами в отрытом океане. Мощным инструментом исследования процессов в прибрежной зоне являются численные гидрофизические модели высокого пространственного разрешения, вложенные в более грубые циркуляционные модели, из которых они заимствуют на каждом шаге по времени условия на жидких границах. Для достижения необходимого уровня детали-
В международной автоматизированной системе оповещения НАВТЕКС( англ. NAVTEX Navigational Information over Telex) поверхность земного шара поделена на 16 районов предупреждения NAVAREA( от англ. Navigational Area). Каждой станции в районе предупреждения присвоена буква латинского алфавита от A до Z( в северном полушарии с севера на юг). Вещание станций в одном районе предупреждения ведется последовательно, согласно расписанию. Дальность вещания станции составляет 200 – 600 морских миль. Всего насчитывается 153 действующих станций, 10 из которых расположены в России. Система предупреждения о цунами включает в себя два компонента: сеть датчиков, которые обнаруживают цунами, и систему коммуникаций, с помощью которой население прибрежных районов заблаговременно оповещается о надвигающейся опасности.
зации может быть построено несколько вложенных одна в другую гидрофизических моделей.
Гидрофизические модели основаны на фундаментальной системе уравнений механики неоднородных жидкостей, включающей алгебраическое уравнение состояние и дифференциальные уравнения неразрывности и переноса импульса, температуры и концентрации растворенных веществ [ 4, 5 ].
Для упрощения фундаментальной системы уравнений вводятся различные предположения, которые приводят к изменению инвариантных свойств этой системы, и, как следствие, к сужению классов рассматриваемых течений [ 6 ]. Для большинства океанографических задач считается адекватной система уравнений Навье-Стокса, дополненная уравнениями состояния и переноса тепла и соли.
В центре внимания океанографов находятся вопросы, связанные с оценкой точности численного решения исходных уравнений и влиянием ошибок наблюдательных систем на результаты расчетов.
Далее рассматриваются источники ошибок гидрофизической модели, следуя подходу, применяемому при решении задач численного прогноза погоды [ 7, 8 ].
Пусть φ есть вектор основных переменных модели – плотности p( x, t), давления P( x, t), температуры T( x, t), солености S( x, t) и скорости v( x, t), зависящих от координат x и времени t. Тогда, используя общепринятые обозначения, любую гидрофизическую модель можно записать в виде системы уравнений
( 1)