„Ако не бяха вълните, морето съвсем не би било страшно.“

Световен опит в построяването на системите за оперативна океанография.

Концептуално оперативната океанография като ново разклонение на океанологията се сформирала в края на 1980 – началото на 1990 години едновременно в редица страни по света. Ролята на руската наука в реализацията на тази концепция е отбелязана в работата на Коротаев „Оперативна океанография …”. В тази работа се отбелязва решаващата роля на международните организации – Световната метеорологична организация (СНО) и Междуправителствената океанографска комисия (МОК) в реализацията на програмите по създаването на глобалните системи за наблюдение и прогнозиране на състоянието на морската среда. Така, в рамките на международния проект Global Ocean Observing System (GOOS) е планирана, а след това е и създадена съвременна наблюдателна система, основана на комбинацията на спътниковите и контактните наблюдения, позволяваща осъществяването на оперативния мониторинг на стратификацията и за циркулацията на океана. В рамките на проекта (Global Ocean Dynamic Experiment” (GODAE) са развити методите за асимилация на данните от наблюденията и изчислителните технологии за прогноза на състоянието на океана.

След разпадането на СССР се забелязва сериозно изоставане на Русия в областта на оперативната океанология. В Русия функционира само една СОО (за акваторията на Черно море). Нейната работа е организирана на базата на Морския хидрофизически институт (МГИ) на РАН. Системата е била създадена в рамките на проектите на Европейската комисия (ЕК) „My Ocean”. След влизането на Крим в състава на Русия ЕК е прекратила сътрудничеството с МГИ. През 2017 г. е направена важна крачка в построяването на СОО на три нива. Руския научен фонд (РНФ) е подкрепил предложението на колектива от специалисти на МГИ, Института по изчислителна математика, Института по океанология и Хидрометцентъра за създаването на макет на съвременна система за оперативна прогноза за състоянието на времето в океана.

Към настоящия момент в света са създадени повече от 10 СОО. Най-добрата по право се счита СОО на Военноморския океанографски офис (the Naval Oceanographic Office – NAVOCEANO) на ВМС и на Службата за мониторинг на морската среда „Коперникус” на Европейския комитет (ЕК) (Copernicus Marine Environmental Monitoring Service – CMEMS).

Началото по създаването на СОО е към 1972 г., когато във ВМС на САЩ е била поставена задача за прогнозиране на времето в океана. Но реалното развитие на СОО е започнало през 1978 г. с пускането на КА „Sea sat” с бордови алтиметри на борда. Наличието на информация за възвишения на нивото на океана, отразяващо пространственото разпределение на полето на масите в океана и, съответно, отразяваща вертикалното разпределение на хидрофизичните полета, е позволило да се изпълни разчет на геострофическите течения и като чели се поглежда вътре в океана от космоса. Именно поради това и до сега достъпът до спътниковата информация за възвишенията на нивата на океана се явява ключов фактор при построяването на СОО.

Към продукцията на NAVOCEANO няма открит достъп. Нейното предаване към военните потребители се осъществява по каналите за връзка на МО на САЩ. Сключеното през 2014 г. съглашение за използване на информационната продукция между ВМС на САЩ и NOAA е позволило на NOAA да използва част от информационната продукция от ВМС на САЩ в гражданския сектор. Достъпът до информация на NAVOCEANO е открит само за отделни региони на океана и само за полето на повърхността.

СОО на Европейската комисия (ЕК) CMEMS също така, както и СОО на NAVOCEANO на ВМС на САЩ, се счита за една от най-добрите в света на морски информационни системи, нейната продукция, разпространявана посредством мрежата на Интернет, е достъпна до широк кръг от заинтересовани потребители. CMEMS е създадена и функционира в рамките на програмата „Copernicus” на ЕК.

Ще разгледаме архитектурата на построяване на СОО.

Архитектура на системите за оперативна океанография.

Системата за оперативна океанография на ВМС на САЩ. СОО на NAVOCEANO е пристроена в системата на ХМО на ВМС на САЩ. Нейната архитектура и потоците на информация в системата са приведени на рис. 3. Там също е приведена организацията, отговорна за създаването и развитието на информационните технологии, средствата и методите на ХМО и оперативната океанография.

Рис. 3. Архитектура и потоци на информацията в системата на ХМО на ВМС на САЩ.

Решаването на ключови задачи, решавани със СОО на ВМС на САЩ се базират на възможностите на два мощни брегови изчислителни центъра.

– Център за Числова Метеорология и Океанография – Fleet Numeric Meteorology and Oceanography Center (FNMOC);

– Военно морски океанографски офис (NAVOCEANO).

FNMOC осигурява производството на прогнози за атмосферата в глобален и регионален мащаби с високо пространствено и времево разрешение за Въоръжените сили на САЩ и силите на коалициите. Ежедневно в този център се генерират 47 хлд. файла с атмосферните полета за NAVOCEANO. NAVOCEANO – това е основния център за производство на океанографска информация във ВМС на САЩ – ядро на СОО. NAVOCEANO е разположен в космическия център на името Джон Стенис (в щата Мисисипи) и използва изчислителните мощности на този център.

Изчислителните възможности на тези центрове позволяват осъществяването на прогнози за състоянието и атмосферата независимо от центровете на NOAA, което определя принципното различие със системите за ХМО на ВМФ на Русия и ВМС на САЩ.

Система за оперативна океанография на Европейската комисия COEMS. COEMS функционира в рамките на програмата „Коперникус”, координирана и управлявана от ЕК в партньорство с космическата агенция (ЕКА), държавите членки на ЕС и агенствата на ЕС. Тази програма е насочена към интеграция на цялата информация, получавана от спътниците, въздушните и наземните платформи и датчици.

През периода от 2014 до 2020 година за реализацията на програмата са изразходвани 4,3 млрд евро, от тях, частта на ЕС е 66%, на ЕКА – 33%. Ефекта от използване на системата в периода до 2030 г. за икономиката на ЕС се оценява примерно на 30 млрд. евро.

От 2014 г. системата функционира в оперативен режим.

В рамките на програмата се развиват три основни компонента:

– спътникова (Space component);

– инструментални наблюдения (In Situ component);

– система на обслужване (Service component).

В състава на системите за обслужване влизат шест подсистеми:

– екстремно управление (Copernicus Emergency Management Service);

– мониторинг на земята (Copernicus Land Monitoring Service);

– мониторинг на морската среда – морска служба (Copernicus Marine Environment Monitoring Service – CMEMS);

– мониторинг на атмосферата (Atmosphere Monitoring);

– осигуряване на безопасността (Copernicus Service for Security Applications);

– изменение на климата (Copernicus Climate Change Monitoring Service).

Архитектурата на CMEMS и потоците на информация в системата е приведена на рис. 4.

Както се вижда, собствено СОО на ЕС (CMEMS) се състои от осем тематически центъра (Thematic Data Assembly Centers (TAC), предназначени за сбор на данни от наблюденията и седем центъра за мониторинг и прогнозиране на състоянието на океана (Monitoring and Forecasting Centers (MFC).

Шест центъра TAC получават и обработват спътниковите данни, два центъра са заети с обработката на данните от наземните сегменти и платформи in situ. Продукцията на TAC се предава в прогностичните центрове MFC. Тематическите центрове се намират в различни страни на ЕС. Към дейността на TAC обикновено се привличат компетентни научни организации от различни страни на ЕС. За взаимодействие тези организации се обединяват в консорциуми, чиито дейност се координира от специални организации.

В частност, тематическия център по нивото на морето (Sea Level TAC) от 2015 г. самостоятелно изпълнява обработката на спътниковите алтиметрически наблюдения, осигурява подготовката на продукцията за повдигането на повърхността на морето, за полето на геострофическите течения. За модернизация на технологиите на обработка на спътниковата информация, за проверка на данните и за решаване на други специални задачи, се провлича консорциум от три компетентни организации под управлението на Центъра за сбор на спътникови данни CLS (Тулуза, Франция).

Рис. 4. Архитектура на CMEMS и потоците на информацията.

В състава на седемте центъра MFC влизат – един глобален център и шест регионални центрове (по акваторията на Северния Ледовит океан, Балтийско море, Северозападния шелф на Европа, Иберийско Бискайския регион, Средиземно и Черно море). Както и тематическите центрове, тези центрове синхронно функционират с използването на ресурсите и потенциала на организациите, разместени в различни страни на ЕС. Така например, работата на глобалния център за прогнозиране (Global MFC) осигурява консорциум от осем европейски организации под управлението на компанията „Mercator Ocean”.

Именно тази френска компания в цяло координира работата на CMEMS. Компанията „Mercator Ocean” е основана и се финансира от пет крупни френски учреждения, занимаващи се с оперативна океанография: CNRS (Националния център за научни изследвания), Ifremer (Френски научно изследователски институт по изследване на морето), IDR (Институт за изследване в целите за развитие), Meteo – France и SHOM (Хидрографска и океанографска служба на ВМС на Франция).

В CMEMS е реализирана концепцията за непрекъснато координирано и синхронизирана работа по производство на информационна продукция за състоянието на океана и централизирано обслужване на потребителите посредством използването на съвременните информационни технологии.

За разлика от специализираната СОО на ВМС на САЩ дейността на CMEMS за сега е ограничена в подготовката и довеждането на информацията за океана до потребителите.

Перспективи за развитие на CMEMS. В настоящо време се завършва първия етап от функционирането на CMEMS. CMEMS има повече от 16 000 абоната по целия свят. Вече в близка перспектива за разширяване на кръга от ползватели се планира да се разширят услугите по специализираното ХМО на морските дейности.

Администрацията на CMEMS отделя голямо внимание на формулирането на целите и в разработката на планове за развитие на системата. С тези планове може да се запознаем на сайта на CMEMS.

При разработката на Концепцията по създаването на отечествена СОО е желателно веднага да се отчетат плановете за развитие на задграничните СОО, и да се предвидят мерки по приложното използване на продукцията на СОО.

Изводи.

Съвременните системи за оперативна океанография се явяват част от системите за оперативно ХМО на морските дейности и представляват съвкупност от средства, методи и технологии, осигуряващи сбора на информация от системите за наблюдение, обработка и асимилиране на данните от наблюдението, оперативна оценка на текущото и прогнозиране на очакваното състояние на океана, а също така довеждане на продукцията до потребителите.

Основавайки се на анализа на международния опит не пременни условия за създаването на пълноценна система за оперативна океанография се явяват:

– достъп до спътниковите наблюдения, включително данните за възвишения на морското ниво, за температурата на повърхността на морето и концентрацията на лед, а също достъп до данните от непосредствените наблюдения за океана (ARGO), по пътни наблюдения с помощта на термосонди и т.п.;

– наличие на изчислителни мощности, съответстващи на изискванията към степента на детайлизация на информационната продукция;

– наличие числови модели на океана, а по-добре – обединени модели на атмосферата, океана, леденото покритие, способни адекватно да описват динамическите процеси, формулиращи състоянието на океана;

– наличие на информационни технологии за коригиране на числовите модели по пътя на усвояване (асимилация) на разнородни данни;

– наличие на средства за довеждане на информационната продукция до потребителите.

С развитието на функциите на СОО могат да бъдат допълнени задачите на специализираното ХМО на морските дейности (приложно използване на информацията).

Изключително важно е да се признае активацията на международното сътрудничество в областта на оперативната океанология.

Непременно условие за успешното построяване на национална СОО се явява разработката на пълноценна Концепция за нейното създаване. Положителния опит от разработките на подобни концепции в нашата страна има и той е свързан с проектирането и построяването на Единна система за информация за обстановката в Световния океан (ЕСИМО). Построяването на тази система е било изпълнено в рамките на Федералната целева програма „Световен океан”, задачите на която са били определени с Указ на Президента на РФ от 17 януари 1997 г. № 11. Въвеждането на пълно функционалната версия на системата е било през 2013 година.

Предпоставка за създаването на национална СОО в Русия вече има. Има теоретически раздел, функциониращ в оперативен режим, регионалната СОО в Черно море, отработени технологии за прогнозиране на състоянието на атмосферата.