Примеры спутниковой информационной продукции.
2.3 Проект 3/2.1.1.3 Развить методы и технологии подготовки и распространения оперативной прогностической и диагностической информации о состоянии и загрязнении морской природной среды на основе контактных и дистанционных наблюдений
(ГМЦ России, ААНИИ, ВНИИГМИ-МЦД, ГВЦ, ГОИН, НИЦ «Планета», Северное УГМС Росгидромета, ИВМ РАН, ИКИ РАН)
2.3.1 Ожидаемый результат попроекту
Решения по развитию оперативного модуля системы с учетом реализации комплексного информационного обеспечения морской деятельности. Технология подготовки и включения в СРБД ЕСИМО базовой диагностической и прогностической информации о гидрометеорологическом и ледовом состоянии морей России. |Опытная технология тематической обработки и включения в СРБД ЕСИМО оперативных данных с метеорологических, океанографических и природоресурсных спутников. Проекты НМД по разработке, внедрению и сопровождению новых методов (моделей) и технологий.
2.3.2 Содержание и характеристика полученных результатов
Формулировки полученных результатов соответствуют техническому заданию (приложение № 1 к государственному контракту № Г-11/2003 между Гидрометцентром России и ВНИИГМИ-МЦД от 30.04.2003 г.).
Гидрометцентр России
1. Сформулированы решения по развитию оперативного модуля ЕСИМО с учетом реализации комплексного информационного обеспечения морской деятельности на федеральном и региональном уровнях.
2. Разработан проект нормативно-методического документа по разработке, внедрению в оперативную практику и сопровождению новых методов (моделей) и технологий.
3. Разработаны технология и программное обеспечение для архивации информации о глобальных потоках импульса, тепла и влаги на поверхности океана (рис.10). В ходе работ реализована технология архивации информации о глобальных потоках из оперативной системы среднесрочного прогноза погоды. Эта информация предназначается для задания граничных условий в модели общей циркуляции океана и, тем самым, является критически важной для реализации системы усвоения океанографических данных и выполнения прогностических расчетов для оперативного модуля ЕСИМО.
а) суммарный поток тепла (Вт/м**2), б) модуль касательного напряжения ветра (дин/см**2)
Рис. 10. Среднесуточные поля атмосферных воздействий на поверхности океана
по прогностической модели СМА-T85L31 за 5 декабря 2002 г
Выполнен анализ состава выходной продукции оперативной системы среднесрочного прогноза погоды (циркулярные БД SELF, MRFS, SEL1 с периодом хранения данных 5-10 суток) и пространственно-временных атрибутов информации в базах данных. Сформулирован перечень полей потоков на границе океан-атмосфера и полей, характеризующих состояние пограничного слоя атмосферы, подлежащих выборке из оперативных баз данных и архивации. Разработаны и реализованы программные средства архивации полей потоков и сопутствующей информации, ориентированные на автоматизированную технологию получения информации. Реализовано программное обеспечение и создан пополняемый архив информации, который распространяется в виде набора компакт-дисков (CD-ROM).
4. Разработаны алгоритмы программного комплекса автоматизированной системы выбора оптимальных путей плавания на основе учета текущих и прогностических гидрометеорологических условий погоды и состояния поверхности океана вдоль маршрута плавания.
5. Разработана автоматизированная технология подготовки данных прогноза штормовых нагонов в Каспийском море как информационного ресурса СРБД ЕСИМО (рис. 11). Технология включает: программы выборки требуемых полей из оперативных баз данных и их перевода во входные форматы графического пакета (пакетов); средства, обеспечивающие работу пакетов, которые генерируют набор графических файлов; циклическая база данных графических объектов; средства мониторинга работы технологической линии на всех этапах.
6. Разработана технология подготовки и включения в СРБД ЕСИМО прогностической информации по долгосрочному прогнозу ледовых условий на неарктических морях России. Для информирования пользователей ЕСИМО о составе прогностических величин и видах прогноза разработана демо-версия комплекта прогнозов для одного ледового сезона (информационный ресурс ЕСИМО: https://hmc.hydromet.ru/sea/ice/ice.html).
Рис. 11. Временной ход расчетного (сплошные линии) и фактического уровня
(точки) в различных пунктах Каспийского моря в сентябре 2003 г.
НИЦ «Планета»
В рамках работ НИЦ «Планета» планировалась опытная эксплуатация и развитие первой очереди спутниковой подсистемы ЕСИМО с подготовкой на регулярной основе оперативной спутниковой информационной продукции (в том числе на основе данных КА Метеор-3М №1 и EOS/Terra) по регионам морей Европейской части России и Мирового Океана. В части развития технологий приема спутниковых данных планировалось создание и ввод в экспериментальную эксплуатацию комплекса приема данных КА EOS/Aqua. Кроме того, была запланирована разработка и ввод в опытную эксплуатацию технологии ведения каталога данных КА Метеор-3М №1.
Все запланированные на 2003 год работы по опытной эксплуатации и развитию специализированной подсистемы (на базе центра спутниковой информации ЕСИМО — НИЦ “Планета”) выполнены.
Технологические комплексы НИЦ “Планета” (в Москве, Обнинске и Долгопрудном) обеспечивают прием данных с российских (серий “Метеор”, “Океан”, “Ресурс”) и ряда зарубежных (NOAA, EOS/Terra, EOS/Aqua, METEOSAT, GOES, GMS) оперативных спутников ДЗЗ, сбор и обработку зарегистрированных данных в основном центре обработки НИЦ “Планета” (г. Москва), накопление и распространение спутниковой информационной продукции. К настоящему времени, по своим техническим и информационным возможностям, НИЦ “Планета” является не только наиболее развитым в России, но и одним из крупнейших Мировых центров спутниковых данных.
Основные результаты за 2003 год
В области развития технологий приема, сбора, предварительной обработки и накопления спутниковой информации:
C целью организации приема данных 36-ти канального прибора MODIS, установленного на втором спутнике серии EOS — AQUA, НИЦ «Планета» выполнил работы по созданию универсального комплекса приема, демодуляции, регистрации и предварительной обработки данных КА AQUA и TERRA. Комплекс создавался с учетом использования антенной системы ТНА-57Р (на пункте приема НИЦ «Планета» в г. Обнинске), предназначенной для приема спутниковых данных в Х — диапазоне. Структурно созданный комплекс состоит из двух частей: аппаратно-программного комплекса приема данных, а также аппаратно — программной системы предварительной обработки зарегистрированных данных.
Созданный универсальный комплекс приема, демодуляции, регистрации и предварительной обработки данных КА AQUA и TERRA введен в экспериментальную эксплуатацию. Прием данных КА серии EOS осуществляется на пункте НИЦ «Планета» в г. Обнинске. Комплекс приема с помощью цифровой радиорелейной линии включен в единую компьютерную сеть, объединяющую подразделения НИЦ «Планета» в Москве, Обнинске и Долгопрудном. Предварительная обработка зарегистрированных данных производится центром обработки НИЦ «Планета» в г. Москве. Примеры изображений, полученных на основе принятых данных КА AQUA (прибор MODIS), приведены в приложении.
В области тематической обработки спутниковых данных:
Ежесуточно в НИЦ “Планета” принимается и обрабатывается более 20 Гбайт информации (с российского КА Метеор-3М №1, зарубежных КА серии NOAA, EOS/ TERRA и AQUA, METEOSAT -5, -7, GOES-E, GOES-W, GMS).
На основе созданных и модернизированных технологий выпускается свыше 60 наименований продукции, в том числе более 30 информационных продуктов о состоянии системы океан – атмосфера (глобальные и региональные карты состояния облачного покрова, температуры поверхности морей России и Мирового Океана, ледовой обстановки), а также ряд информационных продуктов по прибрежным территориям (в том числе на основе данных КА Метеор-3М №1 и EOS/ TERRA). Примеры спутниковых информационных продуктов представлены в приложении.
В 2003 году подготовлено и передано потребителям (в т. ч. центрам ЕСИМО, УГМС и ЦГМС Росгидромета) более 28 000 карт и цифровых карт-матриц температуры поверхности морей России и Мирового Океана, свыше 1 100 продуктов по ледовой обстановке (карты-схемы и цветосинтезированные изображения в картографических проекциях); более 1 500 информационных продуктов о состоянии прибрежных территорий России.
Развитие ИНТЕРНЕТ-сервера и ведение специализированных архивов НИЦ «Планета»:
В рамках развития ИНТЕРНЕТ-сервера НИЦ «Планета» создан каталог данных высокого пространственного разрешения принимаемых с КА Метеор-3М №1. Каталог размещен на ИНТЕРНЕТ-сервере (https://sputnik1.infospace.ru), который находится в локальной вычислительной сети НИЦ «Планета». Доступ к каталогу свободный. Каталог предоставляет пользователям возможность поиска необходимой информации по дате и времени сеанса съемки, по географическим координатам, а также позволяет осуществить просмотр сжатых (редуцированных) изображений.
Для обеспечения оперативного поступления данных в каталог разработана и введена в эксплуатацию автоматизированная технология, выполняющая следующие процедуры: сбор данных с удаленной станции приема НИЦ «Планета» (г. Обнинск); распаковку и предварительную обработку данных; фрагментацию (разбивку на сцены) и построение сжатых изображений; построение цветосинтезированных изображений; географическую привязку по орбитальным данным и трансформирование в картографическую проекцию; формирование метаданных обработанного сеанса; пополнение каталога на ИНТЕРНЕТ-сервере подготовленными данными.
Одновременно с созданием каталога данных КА Метеор-3М №1 были также модернизированы каталоги архивных данных КА серии Ресурс и КА Океан-О.
На регулярной основе продолжали пополняться архивы исходных (принятых) данных и специализированные массивы (архивы) всей выпускаемой НИЦ «Планета» информационной продукции по состоянию атмосферы, Мирового Океана, морей и прибрежных территорий России.
Участие в информационном обеспечении командно-штабных учений Тихоокеанского флота:
Дополнительно к основным работам, предусмотренным календарным планом, НИЦ «Планета» принял участие в информационном обеспечении командно-штабных учений Тихоокеанского флота. Учения проводились в период с 12 по 28 августа 2003 года по Указанию Президента Российской Федерации.
Для оперативного информационного обеспечения учений Тихоокеанского флота НИЦ «Планета» на регулярной основе подготавливал и передавал в ДВНИГМИ (головная организация по данным работам) спутниковую информационную продукцию. Виды продукции, регламент и способ передачи были согласованы с ДВНИГМИ.
В период проведения учений 20 августа 2003 года при перелете из Петропавловска-Камчатского в Северо-Курильск потерпел катастрофу вертолет МИ-8, на котором находились губернатор Сахалинской области Игорь Фархутдинов и члены областной администрации. В соответствии с запросом Комиссии по расследованию авиационных происшествий на воздушном транспорте о срочном предоставлении спутниковых изображений территории катастрофы вертолета МИ-8 на момент аварии, НИЦ «Планета» оперативно подготовил и передал в Комиссию необходимую спутниковую информацию.
Подготовленная и оперативно представленная НИЦ «ПЛАНЕТА» спутниковая информация использовалась Комиссией, Межгосударственным Авиационным Комитетом и МЧС РФ для оценки ситуации в момент аварии и локализации района поиска. Место аварии было обнаружено через три дня после исчезновения вертолета. Заместителем Председателя Комиссии по расследованию авиационного происшествия была выражена благодарность коллективу НИЦ «ПЛАНЕТА» за качественную и своевременно подготовленную информацию. Материалы НИЦ «ПЛАНЕТА» включены в отчет Комиссии по расследованиям авиационных происшествий.
В целом, за период проведения учений НИЦ «Планета» подготовил и передал для использования 48 оперативных спутниковых информационных продукта.
Обеспечение центров ЕСИМО и других потребителей спутниковой информационной продукцией
На основе модернизированной подсистемы распространения спутниковой информационной продукции обеспечена оперативная передача информации в Гидрометцентр России, ГОИН, ДВНИГМИ и другие НИУ, УГМС и ЦГМС Росгидромета.
В 2003 году НИЦ “Планета” подготовил и передал в Гидрометцентр России более 165 000, а в ГОИН — более 26 000 оперативных спутниковых информационных продуктов. В целом, в 2003 году подготовлено и передано потребителям (в т.ч. центрам ЕСИМО, УГМС и ЦГМС Росгидромета) более 230 000 информационных продуктов по состоянию облачного покрова, температуре поверхности морей России и Мирового Океана, ледовой обстановке и состоянию прибрежных территорий России.
Количество регулярных потребителей, ежесуточно получающих оперативную спутниковую информационную продукцию НИЦ “Планета”, возросло с 17 в 2002 г. до 20 в 2003 году. Общее количество потребителей увеличилось до 62.
Примеры спутниковой информационной продукции.
Рис.12. ИСЗ AQUA. Аральское море, 4.12.2003 г.
Рис.13. ИСЗ TERRA (MODIS). Белое море, 27.04.2003 г.
ААНИИ
1. Проведены исследования по развитию методов и технологии построения ледовых карт в среде ГИС ArcView по спутниковым данным.
При картировании ледяного покрова на обширных акваториях по данным серии разновременных спутниковых изображений, полученных на последовательных орбитах или с разных спутников, до последнего времени существовала проблема объединения частных (составленных по одному изображению) ледовых карт. В то время как практически часто можно наблюдать в разных географических районах открытые от облачности фрагменты на разновременных спутниковых изображениях, полученных на смежных орбитах или в ближайшие даты. Поэтому естественно возникает необходимость предварительного объединения и корректного совмещения открытых от облачности фрагментов в единое изображение.
Предложено и реализовано решение этой задачи с помощью предварительного создания так называемых композитных фотокарт. Композитная фотокарта представляет собой мозаичное изображение из фрагментов произвольной формы и размера, предварительно привязанных и трансформированных в одну картографическую проекцию (обычно стереографическую). Формирование композитной фотокарты выполняется путем замещения предшествующего изображения на последующее – свежее. Такая композитная растровая фотокарта далее может быть использована для составления цифровой ледовой карты по обширной акватории.
В стандартном наборе ГИС ArcView нет необходимого инструмента, способного выполнить процедуру вырезки фрагментов изображений. При формировании растровой композитной фотокарты параллельно формируется ее векторная часть, содержащая границы фрагментов. Ни один из существующих алгоритмов не обеспечивает универсальное выполнение процедуры отсечения многоугольного фрагмента произвольной формы. Для решения этой проблемы был разработан специальный алгоритм, который реализован в виде программного модуля на основе анализа векторного произведения дуг графа, позволяющем разделить множество новых вершин на точки входа, выхода и на точки касания полигонов. В соответствие с рис. 14 представлен пример вырезки фрагментов из четырех разновременных спутниковых изображений, по которым сформирована растровая композитная фотокарта.
|
Фрагмент 1, изображение NOAA, 26.07.2003 г. (виток 1) |
Фрагмент 2, изображение NOAA, 26.07.2003 г. (виток 2) |
|
Фрагмент 3, изображение NOAA, 26.07.2003 г. (виток 3) |
Фрагмент 4, изображение NOAA, 28.07.2003 г. (виток 1) |
Рис. 14. Фрагменты четырех разновременных спутниковых изображений
(красными линиями выделены области для формирования композитной фотокарты)
В соответствии с рис.15 представлен пример формирования растровой композитной фотокарты из четырех фрагментов, вырезанных из представленных выше (см. рис.14) частных спутниковых изображений.
Следующим этапом исследования было составление композитных векторных цифровых ледовых карт по предварительно сформированным растровым композитным фотокартам
Составление цифровой электронной ледовой карты выполняется по результатам анализа и интерпретации спутниковых изображений на растровой композитной или частной (по одному изображению) фотокарте. Ледовая карта формируется в среде ГИС ArcView как совокупность слоев представляющих распределение данных о состоянии ледяного покрова. Обычно это слои полигонного, линейного и точечного типа.
Рис.15. Пример формирования растровой композитной фотокарты с осевым меридианом 110º в стереографической проекции (по разновременным спутниковым изображениям 26-28 июля 2003 г., черным цветом залиты вырезанные части изображений закрытых плотными облаками)
В соответствии с рис.16 представлен пример составления композитной цифровой ледовой карты по результатам анализа и интерпретации растровой композитной фотокарты (см. рис.15).
На векторной цифровой ледовой карте слой полигонного типа – это зоны с различными характеристиками или параметрами ледяного покрова. Каждая зона связана уникальным идентификатором со своей таблицей атрибутивных характеристик льда в зоне, которые при поддержке специального программного модуля заносятся оператором в процессе анализа и интерпретации изображения на фотокарте. В соответствии с международными правилами, атрибутивные данные для зоны включают: общую сплоченность льда, частную сплоченность льдов трех основных возрастных категорий, преобладающие размеры ледяных полей или категорию неподвижного льда – припая.
Рис.16. Композитная векторная цифровая ледовая карта за период 26-28 июля 2003 года, составленная по результатам анализа и интерпретации растровой композитной фотокарты (см. рис.15) из фрагментов четырех разновременных спутниковых изображений
Цифровое представление ледовых карт позволяет использовать тематическую нагрузку для непосредственного оперативного информационного обеспечения мореплавания, модельных расчетов и прогнозирования изменений ледовых условий, а также для проведения всевозможных режимных исследований.
В качестве подтверждения надежности выполненных разработок была выполнена опытная эксплуатация технологии составления частных и композитных цифровых ледовых карт.
Технология составления композитных цифровых ледовых карт передана для опытной эксплуатации в ЦЛГМИ ААНИИ для регулярного мониторинга ледовой обстановки в арктических морях. В соответствии с рис. 17 представлен пример отображения в системе ЭКНИС растрового спутникового изображения и морской навигационной карты для определения тактики плавания во льдах а/л «Советский Союз».
Рис. 17. Пример совмещения и отображения растрового изображения
спутника NOAA с электронной навигационной картой в судовой системе ЭКНИС для решения тактических задач плавания во льдах (Карское море, 27 июня 2003г.)
Решение изложенных задач позволяет использовать технологию для оперативного обеспечения мореплавания в Арктике, повышает точность учета ледовых условий и безопасность плавания во льдах. Высокая эффективность применения технологии была подтверждено при проведении ряда натурных экспериментов.
Таким образом, в течение 2003 года была создана технология построения цифровых ледовых карт по спутниковым данным в среде ГИС ArcView, которая обеспечивает решение задач, как регулярного мониторинга ледовой обстановки, так и практики оперативного информационного обеспечения мореплавания. Опытная эксплуатация технологии подтвердила работоспособность созданных программных модулей и эффективность использования ГИС-технологии для составления цифровых ледовых карт по спутниковым данным.
2. В рамках комплексной подготовки исходных данных о состоянии ледовой и гидрометеорологической среды акваторий арктических морей и устьевых областей сибирских рек выполнены следующие работы:
1) для усовершенствования метода и технологии кратко- и среднесрочных ледовых прогнозов в Карском море выполнен ряд исследований по совершенствованию методики комплексирования исходной ледовой информации, коррекции исходного поля температуры воды, а также уточнению блоков прогностической модели, отвечающих за прогноз (расчет) турбулентной диффузии тепла в прикромочной зоне и оценку тангенциального напряжения ветра на верхней поверхности ледяного покрова.
2) выполнен обзор существующей литературы, посвященной вопросам численного моделирования динамики воды и льда с использованием телескопических сеток; на основе системного анализа сформулированы основные принципы формирования телескопических моделей динамики воды и льда на акватории Северного Ледовитого океана и его окраинных морей; создана сетка базовой модели динамики воды и льда в Северном Ледовитом океане, сформированы массивы идентификаторов и глубин; создана сетка модели второго уровня с повышенным разрешением для акватории моря Лаптевых, сформированы массивы идентификаторов и глубин.
3) в результате изучения особенностей циркуляционных условий в североевропейском секторе Арктики и характера полей основных метеорологических элементов — давления и температуры воздуха, направления воздушных потоков — проведено синоптико-климатическое районирование в исследуемом районе Арктики, что позволило выделить в нем три локальных района и дать характеристики изменчивости адвективно-динамических и режимных особенностей каждого района.
4) в соответствии с принципами локально-генетического типизирования ледовых условий выполнено районирование северо-восточной части Карского моря. Выделено пять однородных ледовых районов и определены основные статистические характеристики, необходимые для разработки метода долгосрочного прогноза условий замерзания акватории.
5) определена западная граница однородного ледового района Чукотского моря, которая заметно отличается от традиционного районирования арктических морей. Установлены различия природных условий западных и восточных морей сибирского шельфа, влияющих на особенности их таксономического деления для цели прогнозирования положения сплоченных льдов.
6) в результате анализа режима вскрытия выявлены факторы, определяющие сроки очищения ото льда устьевой области р. Хатанга. Используя данные ледовых авиационных разведок, восстановлены ряды сроков вскрытия р. Хатанги и Хатангского залива. Применение теплобалансовой модели позволило определить количественную роль факторов, формирующих процесс очищения ото льда Хатангского залива. Исследования показали, что в качестве предикторов сроков очищения ото льда устьевой области р. Хатанга могут быть использованы характеристики процессов вскрытия вышерасположенных по течению участков реки и температур воздуха.
7) разработаны методики краткосрочного прогноза сроков начала ледохода и величин максимального (заторного) уровня воды для низовья и устьевого участка р. Лена на основе множественного регрессионного анализа. В качестве предикторов сроков начала весеннего ледохода и высот максимального уровня воды предложены характеристики ледового цикла в низовье и на устьевом участке р. Лена и р. Вилюй. Обеспеченность прогностических методик составляет от 71% до 91%. Эффективность прогнозов, составленных на зависимом материале, 11 – 29%. Оценка на независимом материале показала эффективность методических прогнозов от 33% до 67%.
ГОИН
В задачи исследований 2003 г. были включены следующие этапы:
1) Разработка методики подготовки режимной и прогностической информации о ледовом состоянии низовьев и устьев рек ЕТР;
2) Разработка технологии включения прогностической и диагностической информации о гидрологическом и ледовом состоянии устьев рек ЕТР в среду ЕСИМО;
3) Разработка опытной технологии диагноза и прогноза опасных ледовых заторов в низовьях и устьях рек ЕТР.
При разработке методики подготовки режимной и прогностической информации о ледовом состоянии низовьев и устьев рек ЕТР выполнено существенное уточнение основных понятий, терминов и определений, используемых при подготовке оперативно-прогностической информации о ледовом состоянии устьев рек. Набор этих понятий и определений составляет основу понятийно-терминологического словаря, необходимого для описания ледового состояния устьевых областей рек и составления достаточно точных, ясных и понятных для потребителя информационных документов, отражающих многофакторный, сложный и опасный природный процесс образования ледовых заторов в период весеннего вскрытия северных рек.
В основу разработки методики подготовки режимно-прогностической информации о ледовом состоянии северных рек положена концепция сезонного цикла ледовых явлений и процессов в низовьях и устьях рек. На основании многолетних данных о фазах ледового режима 4-х крупных рек Севера ЕТР – Онеги, Северной Двины, Мезени и Печоры — получены основные параметры ледовых циклов для этих рек. Установлены особенности ледовых циклов для устьевых областей этих рек.
Детально разработана методика подготовки информации об оценках заторных подъемов уровня воды и рисков, оказывающих поражающее действие на затапливаемые освоенные территории, населенные пункты, промышленные предприятия и хозяйственные объекты. Для оценки риска использована функция уязвимости при воздействии опасности от возникающих ледовых заторов. Рассмотрены основные виды риска: материально-вещественный, экономический, социальный, экологический. Целью информационного гидрометеорологического обеспечения защиты от заторной опасности является выполнение обоснованных расчетов заторных повышений уровня воды для проведения защитных мероприятий, для правильной планировки и инженерной подготовки местности для целей капитального строительства. Для примера выполнен расчет максимальных весенних заторных уровней воды для устьевого участка и дельты Северной Двины. Дано описание возникновения чрезвычайных ситуаций природного (заторного) происхождения в дельтах крупнейших рек Севера ЕТР – Северной Двины и Печоры.
Рассмотрена методика подготовки оперативно-прогностической информации о ледовом состоянии низовьев и устьев рек с использованием данных дистанционного зондирования Земли с помощью спутниковых средств. Подробно описан процесс интерпретации цифровых снимков среднего разрешения, полученных с космических аппаратов типа Terra/Modis.
Рассмотрены основные виды информации о ледовом состоянии низовьев и устьев рек Севера ЕТР, которые должны готовится для включения в среду ЕСИМО. В основу используемых информационных моделей, отображающих различные фазы ледового состояния этих объектов, положена информационная структура ледового цикла с его фазами и стадиями. Данная информационная модель ледового цикла продемонстрирована на примере ежегодных данных по Северной Двине для ЕСИМО. Приведен состав диагностической и прогностической информации, определяющей текущее ледовое состояние устьевой области реки.
Значительное внимание при выполнении работ по подразделу проекта уделено развитию технологии включения режимной, прогностической и диагностической информации о гидрологическом и ледовом состоянии устьев рек ЕТР в среду ЕСИМО. Эта технология достаточно проста и опирается на применение приложений программного продукта MS Office. С помощью данной технологии готовятся Web-документы и помещаются на Web-сервер. Эта технология имеет значительные преимущества при подготовке документов для представления их Web-сервере. Подготовленные информационные документы и материалы с использованием разработанной технологии внедряются в Web-среду ЕСИМО. Подготовка данных для внедрения их в среду ЕСИМО проводится в три этапа: проектирование Web-узла с оперативно-прогностической или режимной информацией, создание Web-страниц с помощью соответствующего приложения MS Office, пересылка Web-страниц документа на Web-сервер регионально-тематического центра ЕСИМО. Разработанная технология подготовки документов для внедрения в Web-среду ЕСИМО была использована для завершения оформления АИСП «Ледовые заторы».
Создание опытной технологии диагноза опасной ледовой ситуации, угрожающей образованием мощных ледовых заторов в низовьях и устьях рек ЕТР и подъемом уровня воды выше критических отметок, базируется на разработанной типизации специфических признаков, служащей симптоматикой возможного наступления чрезвычайной ситуации. Наличие одного из признаков уже дает основание диагностировать начало опасного развития процессов весеннего вскрытия ледяного покрова и заторообразования. Разрабатываемые диагностические и прогностические технологии представляют формальные описания процесса, основанные на базе данных, алгоритмах и базе знаний процессов, т.е. по существу кладут начало процедуре проектирования экспертной системы. Такая экспертная система использует модели ретроспективного и иерархического типа. Иерархическая модель основана на исследовании траекторий развития прогнозируемых процессов и отображается в ориентированного графа. Ретроспективный тип модели использует цепь последовательных событий, характеризующих смену ледовых состояний.
На начальной стадии разработки опытной технологии прогнозирования опасных ледовых состояний была принята модель, имеющая своим прототипом Марковскую цепь. Данная модель отвечает главному требованию МЧС – выдаче прогнозов опасных явлений в вероятностной форме. Для использования данной модели определяются необходимое число состояний и шагов процесса, строится вероятностная мера для данного числа шагов. Стохастическая матрица вероятностей перехода ледовых состояний имеет диагональный вид. Выбирается цепь значимых для прогноза событий ледового цикла в той последовательности, как они наступают в природе. Для опытного прогноза была использована стохастическая матрица 7-го порядка.
Разработанная опытная технология прогноза опасных заторов и заторных повышений уровня воды была применена весной 2003 г. для прогнозирования вероятности чрезвычайной ситуации на устьевом участке Северной Двины и в районе г. Архангельска. Все входящие в стохастическую диагональную матрицу элементы давали очень высокие значения, что позволило оценить вероятность возникновения опасной ситуации на устьевом участке Северной Двины практически равной 1. Оценка полностью оправдалась. При вскрытии устьевого участка реки в рукавах Холмогорского узла разветвлений Северной Двины возникли мощные ледовые заторы. Уровень воды в с. Холмогоры превысил опасную отметку 900 см над «0» 1881 г. и впервые за последние 34 года достиг отметки 946 см. Чрезвычайная ситуация в районе с. Холмогоры длилась 5 сут. Заторы льда в этом русловом узле удерживались в течение 7 сут. Этого периода было достаточно для беззаторного вскрытия основных рукавов дельты Северной Двины и предотвращения опасной ледовой ситуации в районе г. Архангельска. Испытания разработанного проекта опытной технологии прогнозирования опасных ледовых заторов в устье Северной Двины показали его достаточно высокую эффективность.
Основы опытной технологии диагноза и прогноза изложены в форме проекта методической записки, в которой дано описание используемой модели построения сценария развития ледового цикла и его заключительной части, связанной с процессами весеннего вскрытия ледяного покрова и формирования ледовых заторов. Записка содержит понятийно-терминологический аппарат, необходимые сведения о гидрометеорологическом режиме основных географических объектов, для которых разрабатывается опытная технология. Поскольку предлагаемая технология базируется на простых концептуальных и стохастических моделях, то использование специального программного обеспечения, кроме стандартного, не предусматривается.
В приложении к отчету дана обновленная версия интерактивной АИПС «Ледовые заторы» в формате Web-узла. Подсистема предназначена в качестве информационного ресурса в СРБД ЕСИМО. Она содержит необходимые для гидрометеорологического обслуживания широкого круга потребителей (включая и МЧС) сведения по ледовым заторам в низовьях и устьях рек Севера РФ. В ней изложена методика анализа и представления режимно-прогностической и мониторинговой информации о ледовом состоянии морских устьев рек Севера РФ. Подсистема содержит массивы данных в цифровом, графическом и полнотекстовом форматах, алгоритмах и технологиях прогнозирования образования заторов и заторных подъемов уровня воды. Форматы хранения цифровых данных – файлы электронных таблиц Excel, текстовые файлы и таблицы.
ИВМ РАН
Исследования, проведенные в 2003-м году, являются важным этапом в решении задачи построения модели внутри- и межгодовой изменчивости гидродинамики Черного моря. Главной задачей года по проекту было воспроизведение сезонной изменчивости циркуляции вод Черного моря с применением численной модели гидродинамики внутреннего моря с заданием на границе атмосфера-море среднемесячных атмосферных данных ECMWF о потоках тепла, влаги и импульса, с учетом речного стока и обмен через проливы Босфор и Керченский. Полученные результаты подтверждаются данными наблюдений (рис.18).
Рис. 18. Модель сезонной изменчивости гидродинамики Черного моря. Течения на поверхности моря, соответствующие трем последовательным моментам: 16 июля, 16 августа и 16 сентября.
ВНИИГМИ-МЦД
В рамках работ по систематизации и каталогизации спутниковых данных в Госфонде ВНИИГМИ-МЦД были выполнены:
1. Каталогизация данных NOAA 16 за декабрь 2002 -апрель 2003 гг.
2. Каталогизация новых данных DMSP за 2002, данных по снегу и льду за 1966-1987 гг.
3. Каталогизация данных NOAA 16 за 2003, данных по снегу и льду за 1987-2001 гг.
2.3.3 Оценка соответствия полученных результатов
Формулировки полученных результатов полностью соответствуют техническому заданию.
2.3.4 Проблемы и трудности
Нет.