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 )