Вестник МГТУ. 2017, том 20, № 1/2.

Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 1/2. С. 231–241. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-1/2-231-241 231 УДК 556. 519.688 И. Ф. Запорожцев, Д. В. Моисеев Моделирование пространственно-временной изменчивости температуры в Таганрогском заливе с помощью модели MITgcm Целью работы является анализ эффективности модели MITgcm в моделировании изменчивости температурных полей в Таганрогском заливе. Авторами впервые рассмотрен вариант гидродинамического моделирования на базе MITgcm для этого залива. Данные о температуре воды in situ для сравнения с модельными данными получены в ходе двух совместных экспедиций Мурманского морского биологического института Кольского научного центра РАН и Южного научного центра РАН летом и осенью 2005 г. Шаг расчетной сетки согласован с шагом сетки станций контактных измерений: данные о температуре и солености воды, полученные в ходе рейсов, покрывают акваторию Таганрогского залива с дискретностью 2' по широте и 3' по долготе (и с шагом 4' и 6' соответственно для заведомо однородных по термохалинным характеристикам областей). Шаг по глубине составил 0,5 м. Данные для инициализации MITgcm и атмосферного форсинга взяты из открытых баз данных реанализа и атласов, отмечены их недостатки применительно к решаемой задаче. С целью упрощения формулировки граничных условий моделирование выполнено для всего Азовского моря. Проведена серия вычислительных экспериментов для определения оптимальных стартовой даты имитационного моделирования и инициализирующего константного температурного поля. Ввиду существенных временных затрат на каждый эксперимент оптимизационная задача решалась для очень ограниченного числа вариантов и с удвоенным шагом сетки (4' по широте и 6' по долготе). Найденные значения параметров использовались для решения исходной задачи верификации модельных данных по измеренным. В соответствии с тем, что рассмотрены результаты, полученные авторами на конкретной рабочей станции (персональной ЭВМ), сделан вывод о возможности имитационного моделирования с помощью MITgcm для реальных акваторий без использования специализированных высокопроизводительных вычислительных комплексов. Ключевые слова: модель MITgcm, Таганрогский залив, Азовское море, моделирование пространственно-временной изменчивости температуры, верификация модели по данным in situ . Введение Моделирование пространственно-временной изменчивости полей океанографических характеристик и параметров морской биоты является актуальной задачей современных экосистемных исследований. В последние десятилетия финансирование, а следовательно, и объем контактных измерений в рамках экспедиций существенно сократились, в то же время сложные технические системы стали более доступными и функциональными. Появление средств дистанционного зондирования, в том числе спутников, привело к формированию больших массивов однородной информации, содержащих поля значений физических характеристик морской среды. Экономическая стоимость получения данных с помощью дистанционного зондирования в масштабах планеты ниже аналогичной стоимости для контактных измерений, так как позволяет осуществить мониторинг больших по площади территорий и находит значительное число потребителей. Длинные ряды данных позволяют отслеживать закономерности и корректировать вновь поступающие значения. Качество этих данных повышается, так как данные подвергаются преобразованиям, обусловленным физическими законами, статистическими гипотезами, а также известными недостатками технических средств. Однако такая унификация, нивелирование локальных геологических, атмосферных, биогеографических условий на этапе первичной регистрации данных приводит к повышению стоимости их дальнейшей обработки. Вместе с этим уровень шума, погрешность, пространственное и временное разрешение ограничивает круг задач, решаемых с использованием телеметрии. Принципиально иной подход основан на использовании выявленных и многократно проверенных закономерностей в виде математических моделей. Понятно, что для повышения качества результата в модель вводят все больше учитываемых факторов, в том числе локальных, но возможности их измерения ограничены природой данных. Современным можно считать подход, предполагающий многоитерационную параметрическую идентификацию модели (или ансамбля моделей с различной степенью доверия эксперта к каждой из них) и калибровку по измеренным регулярно обновляемым данным. Наблюдающееся в последние два десятилетия повышение доступности и производительности вычислительной техники позволяет рассматривать такой подход как основной и наиболее перспективный, что было бы невозможно в предшествующие годы. Так или иначе, в каждой конкретной ситуации необходимо оценить, хватит ли имеющихся вычислительных мощностей для имитационного моделирования происходящих в акватории процессов и получения результатов