// Вие четете...

Времето и Океана

Числови модели на Световния океан – Част 1.

„Знанието и опитът правят човека мъдър.“

В статията се разглеждат някои характеристики на числовите модели по анализа и прогнозата на параметрите за състоянието на морската среда, използвани за осигуряване на операциите на военноморските сили (ВМС) с океанологична информация, предоставяна от Океанографското управление на ВМС на САЩ.

Числовите модели на процесите в Световния океан са предназначени за анализ и прогноза на състоянието на морската среда и атмосферата, за определяне на океанологичните и метеорологични условия за използване на силите, оръжието и техническите средства на ВМС на САЩ. Моделите, използвани от Океанографското управление на ВМС на САЩ (NAVOCEANO) са предназначени за осигуряване на операциите (бойните действия) във всички райони на Световния океан. Тяхното създаване и функциониране се основава на принципа „Знанията за океана умножават силата”. Моделите предоставят на командването и на силите на ВМС информация за състоянието на морската среда в хода на планиране и провеждане на операциите (бойните действия).

В съвременните операции (бойни действия) на ВМС е необходима следната океанологична информация:

1) при противолодъчните действия (ASW) – данните за разпространение на скоростта на звука по вертикала и хоризонтала в дълбоководните и крайбрежните акватории, а също така за наличието на хидрологични фронтове и рингове;

2) за осигуряване на минни постановки и противоминни действия (MIW) – данни за теченията в крайбрежните и дълбоководните акватории на Световния океан;

3) за осигуряване на действията на надводните сили (NSW) и стоварването на морски десант – данни за теченията и вълнението в крайбрежните райони.

При моделирането се използват данните, получавани от системата за сбор на океанологична информация, състояща се от мрежа от датчици и спътникови океанологични системи, а също така от данни от Центъра за метеорология и океанография на ВМС на САЩ (Fleet Navy Meteorology and Oceanographic Center – FNMOC). Информацията за моделиране постъпва в един от четирите високо производителни изчислителни центъра на министерството на отбраната на САЩ (MSRC), където са реализирани моделите. След обработката на информацията моделите получават карти на анализа и прогноза на полетата на параметрите за състоянието на морската среда, достъпни за ползвателите през WEB-сервис, които се архивират в MSRC и NAVOCEANO.

Разработените модели се класифицират по пространствен обхват и вид на моделирания параметър на морската среда. Океанологичните модели се явяват съставна част на така наречените обединени модели, включващи глобални, регионални и локални (крайбрежни и брегови) модели за други параметри на природната среда.

На рис. 1 е показана съвременна концепция за обединени модели на природната среда за информационно представяне на пространството на сраженията. Както се вижда от рисунката, системата от обединени глобални модели за природната среда включва: – космическо пространство; – атмосфера; – океан; – местност.

Рис. 1.

Обединените регионални модели включват модели за атмосферата и океана.

Към глобалните обединени модели на природната среда се предявяват следните изисквания:

1) пространствена разрешаваща способност – 1/25º (~3 км/ 1,5 мили);

2) предварителна прогноза – от няколко часа (синоптична), до десетилетия (климатическа прогноза);

3) изискваната изчислителна мощност;

4) бързодействие и съхранение – 1000 х сегашното ниво.

Към регионалните обединени модели на океанските райони, крайбрежни и брегови зони също има изисквания:

1) разрешаваща способност:

– за регионални модели на океански райони – 1/30º (~3 км/ 1,5 мили);

– за брегови зони (устия, река, плаж – 1-10 м или по-малко).

2) Обхват по площ:

– за регионални модели на океански райони ~ 30х30º;

– за крайбрежни зони ~ 1х1º;

– за брегови зони – няколко стотен метра.

3) предварителна прогноза ~ 3х5 денонощия.

4) изчислителни мощности – съвременно ниво.

Моделите от разгледаните типове трябва да асимилират всички изходни данни, свързани с моделираните параметри за състоянието на природната среда, а също така да осигуряват съвременните средства с доставка на данни от моделирането и с инструменти за приложен анализ на тези данни.

В настоящия момент в NAVOCEANO се използват следните океанологични модели:

– Глобален модел на крайбрежния океан на ВМС (Global Navy Coastal Ocean Model – GNCOM);

– Глобален океански модел с хибридни координати (Global Hybrid Coordinate Ocean Model – GHYCOM);

– Преместващи се крайбрежни модели на ВМС – RNCOM;

– Система за анализ и прогноза на полярна Арктика (Arctic Cap Now cast Forecast System – ACNFS);

– Модели за вълнението – SWAN, WAM, Wave Watch 3;

– Обединена мезо мащабна система за анализ и прогнози на океан – атмосфера (Coupled Ocean – Atmosphere Meso scale Prediction System – COAMPS);

– COAMPS/NCOM;

– Крайбрежни и естуариеви модели – DELFT 3D, ADCIRC;

– Модели за приливите – PCTides, ADCIRC, OTIS;

– Система на ВМС за асимилация на данните за крайбрежния океан (Navy Coastal Ocean Data Assimilation – NCODA).

При предаване на данни се използва следната размерност:

1) хоризонтална (x, y) – на дълбоководни, крайбрежни, плитководни и устеви райони при осигуряване на преходи. Данните се представят на регулярна мрежа, с изолинии, с крайни увеличения;

2) вертикална (z) – за две и три мерно представяне на данни, такива като дълбочини, сигма ниво, хибридни вертикални координати;

3) временна размерност – използва се за представяне на данни анализи, климатически, исторически, ежедневни, по часови данни (приливи), а също така за определяне на предварителността на прогнозата.

Моделирани процеси се явяват: – приливи; – течения; – температура; – соленост; – вълнение; – прибой; – съответстващи процеси.

Приливите се представят с височината на нивото. Течения – съставляващи скорост, направление, средни значения, моментна скорост, дрейф, дисперсия. Към параметрите на температурата и солеността на морската вода се добавят данни за плътност, скорост на звука, хидроакустични условия, до къде стига в дълбочина смесения слой – mixed layer depth (MLD), дълбочина на при повърхностния подводен звуков канал – sonic layer depth (SLD), дълбочина на оста на дълбоководния звуков канал – deep sound channel axis (DSCA), а също данни за водните маси, речния сток и т.н. Вълнението се представя от значимите височини, и параметрите на ЗИБ, височината, направлението, периода, параметри на прибоя. Съответстващите процеси – повърхностен слой, термоклина, дълбоководни океански течения, фронтове, ринги, вътрешни вълни, геострофически и термохалинни течения.

Геострофически течения – течение, хоризонталната съставляваща на скоростта на което се явява следствие от ускорението на Кориолис и хоризонталната сила на налягането.

Термохалинно течение – течение, предизвикано от глобалния градиент на плътността на водата, вследствие на флуктуацията на топлите и студените води на повърхността на океана.

Състоянието на атмосферата се представлява от глобалните и локалните данни за вятъра, налягането, обмена на атмосфера – море. Батиметрия – това е модел на релефа на дъното. Други влияещи фактори се представят от данните за силата на тежестта, спътниковите данни за височините на морската повърхност, приливи, триене и параметризация.

Границите се определят от нива, повърхности, площ 2D, постоянно (променливо) време.

На рис. 2 е представена матрица на параметрите на моделираната информация в NAVOCEANO.

Рис. 2.

За моделиране в NAVOCEANO функционира инфраструктура за получаване, анализ и обработка на изходните данни, моделиране, предоставяне на нова информация на ползвателите и нейното архивиране. Системата включва комуникационни канали, изчислителни средства и средства за съхранение.

На рис. 3 е показана схема на информационните потоци при моделирането в NAVOCEANO.

Рис. 3

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар