„Очите вярват на себе си, ушите – на другите.“

Оперативна океанология е прието да се нарича дейността по извършването и обработката на систематични измервания за състоянието на морето, океана и атмосферата, а също прогнозирането на постоянна регулярна основа „времето в океана”, тоест състоянието на хидрофизичните полета в диапазоните на синоптичната и мезо мащабната изменчивост. Съответно, система за оперативна океанология (СОО) се нарича съвкупността от средствата и методите за сбора, обработката и предаването на данните, необходими за прогнозиране на „времето в океана”. Ядро на СОО се явяват хидродинамичните модели на океана, в които за задаване на началните условия се използват разнородни данни от наблюденията, усвоявани от използването на специални методи, а в качеството на гранични условия за числовите модели се използват резултатите от прогнозирането на състоянието на атмосферата.

Актуалността на развитието на ССО е предизвикана преди всичко от необходимостта от информационна поддръжка на военно морските дейности и на първо място изискванията към осигуряването на скритост на подводното плаване. До неотдавна тази задача се решаваше със снижаване на шумността и размера на подводните лодки, сега нейното решаване се свързва с развитието на подводните апарати и повишаването на качеството на осигуряваната информация за физическите полета в океана. В съвременни условия развитието на СОО се явява не само актуална, но и твърде престижна задача, доколкото наличието на национална система за оперативна океанология се явява интегрален показател за научно техническото ниво на развитие на страната.

В Русия е натрупан някакъв опит по създаването на оперативни технологии за прогнозиране състоянието на океана, което в съвкупност с наличните международни системи за мониторинг на състоянието на океана и необходимите изчислителни мощности създават предпоставки за създаването на съвременни СОО.

Заедно с това наличието на национални СОО не гарантира успешното решаване на задачите за повишаване на ефективността на използването на хидроакустичните средства, осигуряването на скритост и безопасност на подводното плаване. За това трябва да бъдат създадени условия за внедряване на СОО в практиката на ХМО на ВМФ. За да бъде достигната тази цел е полезно да се отчита задграничния опит и да се разбере ролята и мястото на СОО в системата за информационно осигуряване на ВМФ.

СОО следва да се разглеждат като съставна част от системата за хидрометеорологично осигуряване (ХМО). Кратко ще разгледаме особеностите на системата за ХМО. Всяка система за ХМО има йерархична структура, която може да се представи във вид на пирамида, изобразена на рис. 1.

Рис. 1. Принципна схема на системата на ХМО.

В основата на системата за ХМО лежи подсистемата за осветяване на хидрометеорологичната обстановка и подсистемата за обработка на данните и прогнозиране на състоянието на средата, а върхът на пирамидата на ХМО се състои от подсистеми за оценка на влиянието на средата и изработване на решения с отчитане на състоянието на средата. Движението на информацията преминава от ниските етажи на пирамидата към върха. Целият огромен обем от изходни данни се трансформира в решения, приемани с отчитане на състоянието на средата. На свой ред изискванията към подсистемите на ХМО се движат от върха надолу – от горния етаж на пирамидата към разположените по-долу. Във ВМС на задграничните, чуждите страни отдавна вече е била осъзната потребността от информация за състоянието на хидрофизичните полета с висока степен на пространствено и времево разрешение. За реализация на потребностите от такава информация в редица страни са изпълнени необходимите мероприятия по развитието на подсистемите за мониторинг и прогнозиране. СОО се ограничава от двата първи етажа на пирамидата на ХМО. Опитът по развитието на СОО във ВМС на САЩ свидетелства за необходимостта от балансиране на развитието на тези подсистеми.

За първи път задачата за прогнозиране на времето в океана в интересите на ВМС по аналогия с прогнозирането на времето в атмосферата е била поставена от специалистите на ВМС на САЩ по време на семинар в Монтереей преди 40 години – през май 1976 г. За нейното решаване са били привлечени водещи промишлени и научни организации. Скоро е станало ясно, че за решаването на поставената задача с възможностите на традиционните средства за наблюдения състоянието на океана са недостатъчни. Паралелно с развитието на числовите модели за прогнозиране започнали да се развиват принципно нови средства за дистанционно следене на океана (преди всичко, спътниково), а също със системите за усвояване на разнородните измервания. През 1978 г. са пуснати в космоса КА „SEASAT”, в състава на оборудването за всеки са влезли нови средства за следене на океана. Най-информативни за целите на оперативната океанология се оказали спътниковите алтиметри, позволяващи по данните за повишението на нивото на океана в съвкупност с хидродинамичните модели на океана да се оцени вертикалната структура на хидрофизичните полета. Повишението на нивото в откритите райони на океана предизвикано от не еднородности в полето на плътността на океана, което се явява предпоставка за „поглеждане във вътрешността на океана” от космоса.

Седем години след поставяне на задачата, през 1983 г., в Центъра за цифрова океанография на ВМС на САЩ са били проведени четири месечни изпитания и е била внедрена в експлоатация първата оперативна система за прогнозиране на състоянието на океана – Thermodynamic Ocean Prediction System (TOPS). Тази система е била на основата на опростен модел на Мелора-Ямади и е позволявала да се прогнозира вертикалното разпределение на хидрофизичните параметри от повърхността до 500 м и в дебелината на повърхностния слой на премесване. Най-важния компонент на системата е станал подсистемата за обективен анализ (за усвояване) на изходните данни и на задаването на началното състояние на океана Expanded Ocean Thermal Structure (EOTS).

По резултата от семинара „Прогнозиране на океана” през 1986 г. е било взето решение да се концентрират усилията за прогнозиране на мезомащабната изменчивост на състоянието на океана. Главния океанограф на ВМС на САЩ е подкрепил плана на международната океанографска общност за развитие на глобални системи за мониторинг на океана и е инициирал придобиването на супер компютри за бреговите изчислителни центрове.

През 1992 г. във ВМС на САЩ е била разработена Програма за развитие на моделирането и прогнозирането на океана – Navy Ocean Modeling and Prediction Program (NOMP). В тази програма са били заложени основните принципи за развитие на СОО и са били поставени редица задачи, в това число задачата по създаването на набора от мрежови масиви и бази от данни от климатичен характер за информационна поддръжка на СОО и дългосрочно планиране на действия. През периода от 1992 до 2002 г. са били разработени и реализирани 17 информационни технологии за усвояване и прогнозиране на състоянието на океана и атмосферата.

От 2002 до 2014 г. се е разширило използването на информацията от международните системи за мониторинг на океана – Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE), ARGO (с дрейфуващи под повърхностни буйове), Global Ocean Observing System (GOOS) в качеството на изходни данни за СОО са били развити нови информационни технологии за прогнозиране. За развитието на моделите на природните процеси в океана, за информационните технологии, за прогнозиране и за усвояването на данните от ВМС на САЩ в този и последващите периоди ежегодно са били заделяни от 15 до 20 млн. долара.

Основни характеристики на съвременните СОО на ВМС на САЩ са обобщени в работата „Съвременното състояние на оперативната океанология във ВМС на САЩ и в други страни”. Подробен обзор за миналото и настоящото на оперативната океанология във ВМС на САЩ, а също и нейната перспектива се съдържат в работата „Overview of operational ocean forecasting in the US Navy: Past, present, and future”, където е подчертано, че:

– през последното десетилетие в САЩ и в света са станали революционни изменения в системата за осветяване на състоянието на океана, появили са се нови ефективни средства за измерване (спътникови алтиметрически буйове, автономни необитаеми подводни апарати, в това число глайдери, други роботизирани системи, АДСР и т.п.);

– станали са иновационни изменения в изчислителните, комуникационните възможности на елементите на системата за ХМО на ВМС на САЩ;

– от времето на студената война приоритетът е пренесен от дълбоководните райони на океана с невисока изменчивост на океана към крайбрежните райони с висока изменчивост на средата;

– в периода от 1983 до 2016 г. степента на разрешаване на прогностичната информация в хоризонтална плоскост се е изменила от 300 км до 10 км (за моделите от глобален мащаб);

– извършен е преход към автоматизиран отчет на влиянието на средата при информационна поддръжка на приетите решения на различни нива по пътя на включване на резултатите от прогнозирането на хидрометеорологичните условия и от климатичните бази данни в АСУ от различни нива и назначения;

– усъвършенстването на системите за прогнозиране се извършва за сметка на модернизацията на системите за усвояване на разнородните данни, за сметка на създаването и по нататъшното развитие на обединени модели, изработването на ансамблови прогнози, преход към комплексни модели на геосферата.