Устьевые области крупных рек (Волга, Дон, Амур, Обь, Енисей и другие) и прилегающие к ним морские акватории являются уникальными природными «горячими точками». Они служат чуткими индикаторами климатических изменений, антропогенной нагрузки и экологического состояния обширных территорий. Именно здесь соединяются материковое и морское звенья гидрологического цикла, формируются крупные городские агломерации и морские порты. Однако в последние десятилетия сеть стационарных наблюдений Росгидромета сталкивается с объективными трудностями – техническими, кадровыми и организационными. В этих условиях активное внедрение методов гидродинамического моделирования становится не просто научным трендом, а насущной необходимостью для обеспечения гидрометеорологической безопасности хозяйственной деятельности.
ГОИН – один из пионеров в области практического применения численного моделирования морской циркуляции в России. В институте создана и постоянно развивается Система морских ретроспективных расчётов и прогнозов (СМРП), которая объединяет комплекс взаимосвязанных моделей:
• региональная негидростатическая атмосферная модель WRF (погода и климат);
• российская модель морской циркуляции INMOM с встроенным блоком динамики-термодинамики морского льда;
• модель ветрового волнения РАВМ.
СМРП позволяет выполнять как ретроспективные (за 30–50 лет), так и оперативные (до 5–10 суток) расчёты гидрометеорологических параметров – скорости течений, уровня моря, температуры и солёности воды, сплочённости и толщины льда, волновых характеристик. Производительность используемого в ГОИНе многопроцессорного кластера достигает 20 терафлопс, что обеспечивает высокое пространственно-временное разрешение моделей и достоверность результатов. Результаты уже используются в Северо-Кавказском УГМС для составления оперативных прогнозов для Азовского моря и готовятся к использованию по другим морям России.
В тематических номерах представлены результаты ведущих российских учёных и научных коллективов, демонстрирующие широкие возможности современных математических методов для решения практических задач в области гидрологии и океанологии, по следующим направлениям:
1. Исследования зон смешения речных и морских вод – с помощью трёхмерных гидродинамических моделей изучены особенности формирования структуры вод в устьях Амура, Оби и Енисея. Выявлены процессы, которые было бы крайне сложно обнаружить при натурных наблюдениях.
2. Ассимиляция спутниковых данных – для модели Чёрного моря (INMOM) проведено сравнение двух подходов: усвоение только данных о температуре поверхности и усвоение трёхмерных полей температуры. Показано, что второй вариант значительно повышает точность модели на всех глубинах, что открывает перспективы для улучшения морских прогнозов.
3. Оценка приливных колебаний – в нескольких статьях рассмотрено применение гидродинамических моделей для расчёта приливов в разных географических условиях (взаимодействие морских и речных вод, трансформация приливной волны в замкнутых заливах). Это особенно важно, поскольку классические методы предвычисления приливов требуют длительных рядов наблюдений и ограничены в пространстве пунктами наблюдений.
4. Прогнозирование штормовых нагонов – с помощью модели Балтийского моря, учитывающей детальную конфигурацию дельты Невы и работу защитной дамбы, изучено влияние параметров циклона и речного стока на уровни воды в Финском заливе. Результаты имеют прямое прикладное значение для мониторинга в условиях эксплуатации комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга.
5. Сопряжённые модели «Река – Море» – разработана и введена в опытную эксплуатацию автоматизированная технология краткосрочного прогноза уровней воды в устье и дельте Дона на основе совместного использования модели Азовского моря и модели гидродинамики устьевого участка. В статьях подробно рассмотрены вопросы стыковки моделей, выбора расчётных створов и учёта абсолютных отметок уровня моря.
6. Долгосрочное прогнозирование ледовитости – представлены результаты использования модели циркуляции вод и льдов Северного Ледовитого океана (AARI-IOCM) для создания атласов гидрометеорологических и ледовых условий, а также для прогноза ледовитости арктических морей до 2050 года при различных сценариях изменения климата.
7. Моделирование переноса загрязнителей – с использованием лагранжева подхода и полей течений, рассчитанных по модели INMOM для условий 2014 года, выполнено детальное моделирование распространения пассивных примесей в юго-восточной части Балтийского моря. Эти исследования имеют важное значение для систем оперативного реагирования на нефтяные разливы и оценки экологических рисков.
8. Система прогноза морских наводнений – для российского побережья Японского, Охотского и Берингова морей, а также Тихоокеанского побережья Камчатки создана система прогноза с заблаговременностью до 72 часов, учитывающая комплексно приливы, штормовые нагоны и волновое воздействие (накат на пологих берегах, разрушение волн на сооружениях).
Представленные в сборниках работы убедительно доказывают, что гидродинамическое моделирование сегодня – это не просто академический инструмент, а зрелая технология, которая становится основой для оперативных прогнозов и инженерных расчётов. Интеграция моделей с данными дистанционного зондирования и методами искусственного интеллекта непрерывно расширяет их точность и область применения, позволяя более глубоко понимать и прогнозировать динамику прибрежной зоны морей и морских устьев рек.
Сборники подготовлены по инициативе ГОИНа при активном участии ведущих специалистов института, в том числе Ольги Владимировны Горелиц, которая проделала большую работу по формированию номеров.
Издания представляют интерес для гидрологов, океанологов, климатологов, специалистов по морскому природопользованию, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.