Цель работы по Соглашению о предоставлении субсидии от 23 июня 2014 г. № 14.604.21.0044 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»: создание научно-технического задела в области технологии мониторинга и краткосрочного прогнозирования экологического состояния акватории морского шельфа Черного моря на основе спутниковых и контактных измерений и высокоразрешающей численной модели циркуляции моря.
В процессе работы проводились экспериментальные исследования экологических параметров состояния морской среды в районе подспутникового полигона ИО РАН в Черном море, автономных измерительных комплексов и программного комплекса для функционирования интернет-портала. Проводилось численное моделирование динамики вод Черного моря и разработка научно-методических документации.
По итогам исследований в период с 23 июня 2014 г. по 31 декабря 2015 г. получены следующие результаты:
- Региональный алгоритм восстановления концентрации хлорофилла «а», адаптированный для Черного моря, на основе калибрации данных спутниковых сканеров MODIS и SeaWiFS и по данным подспутниковых измерений в акватории гидрофизического полигона ИОРАН у побережья г. Геленджик.
- Методика двухканального восстановления температуры морской поверхности Черного моря по данным спутникового сканера TIRS при сопоставлении с данными контактных наблюдений и величинами температуры морской поверхности, восстановленными по данным спутниковых сканеров MODIS и AVHRR.
- Методика учета дневного хода температуры поверхности Черного моря по данным сканера SEVIRI и данным контактных измерений.
- Численная модель циркуляции вод Черного моря с улучшенным разрешением в районе гидрофизического полигона ИОРАН.
- Сценарии циркуляции вод Черного моря в акватории гидрофизического полигона ИОРАН с использованием численной модели с улучшенным разрешением, верифицированных на основе сопоставления с данными измерений и спутниковой информацией.
- Сценарии распространения пассивной примеси (загрязнения) от локального источника у побережья при различных гидрометеорологических условиях по результатам численного моделирования.
- Схема функциональной структуры системы мониторинга экологического состояния водной среды шельфа Черного моря на основе интеграции спутниковой информации, данных контактных измерений и результатов численного моделирования.
- Результаты верификации разработанной схемы функциональной структуры системы мониторинга экологического состояния водной среды морского шельфа по итогам исследования экологического состояния Геленджикской бухты и шельфово-склоновой зоны северо-восточной части Черного моря.
- Программный комплекс, обеспечивающий функционирование интернет-портала polygon.ocean.ru по современным технологиям мониторинга экологического состояния морского шельфа Черного моря, и программная документация на этот комплекс.
- Предложения и рекомендации по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики.
- Технические требования в виде проекта технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка автоматизированной системы экологического мониторинга шельфовой зоны Черного моря, основанной на интеграции результатов численного моделирования, контактных наблюдений и спутниковых данных». Подготовлена технико-экономическая оценка эффективности программного комплекса, обеспечивающего функционирование интернет-портала polygon.ocean.ru по современным технологиям мониторинга экологического состояния морского шельфа Черного моря.
Регионально адаптированный алгоритм восстановления концентрации хлорофилла «а» по спутниковым данным обеспечивает восстановление ежедневных полей концентрации хлорофилла без пропусков данных с точностью не хуже 0.2 мг/л в центральной части бассейна и 0.8-1.0 мг/л в прибрежных районах. Для алгоритма используются спутниковые данные (МОДИС, SeaWiFS) с пространственным разрешением 1,1 км и контактные данные с пространственным рассогласованием не более 2-4 км (в зависимости от пространственных характеристик поля хлорофилла «а») и временным рассогласованием не более 6 часов. Методика двухканального восстановления температуры морской поверхности по данным спутникового сканера TIRS обеспечивает точность восстановления температуры поверхности моря по спутниковым данным не хуже 0.3-0.5оС.
Методика двухканального восстановления температуры морской поверхности позволяет получать изображения распределения температуры поверхности моря с разрешением до 100 м, что обеспечивает исследование мелких субмезомасштабных океанологических процессов – вихрей, апвеллингов и др.
Численная модель представлена системой примитивных уравнений гидродинамики океана в системе координат сферического слоя в приближениях гидростатики и Буссинеска. По вертикали используется σ-система координат и условие свободной поверхности. Модель содержит блоки для решения прямой и обратной задачи. При решении прямой задачи воспроизводятся гидротермодинамические характеристики моря. При решении обратной задачи – выполняется оценка опасности возможного загрязнения какой-либо подобласти примесью из других регионов.
Разработанный программный комплекс, обеспечивающий функционирование интернет-портала, построен по блочно-модульной схеме и обеспечивает расширение функционала за счет установки дополнительных компонент и модулей как сторонних производителей, так и специально разработанных для нужд проекта модулей, служащих для обработки и представления данных натурных и дистанционных (спутниковых) измерений, и результатов численного моделирования.
В настоящее время как на Черном море, так и в акваториях других морей Российской Федерации, отсутствуют системы автоматизированного экологического мониторинга шельфовой зоны, основанные на интеграции результатов численного моделирования, контактных судовых и автономных наблюдений и спутниковых данных. Разрабатываемая в рамках данного проекта технология экологического мониторинга морской среды характеризуется относительной простотой и дешевизной реализации и поэтому может рассчитывать на широкое практическое внедрение.
Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению исполненными надлежащим образом.
