http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=48d12253-11bf-44a4-862f-41292ec9a768&print=1© 2024 Российская академия наук
Развитие океанологии тесно связано с прогрессом в изучении космоса, произошедшим в советские годы. С запуском 60 лет назад первого спутника океанологи получили возможность изучать и контролировать Мировой океан из космоса, используя сделанные фотоснимки, видеозаписи и другие результаты, полученные спутником. Одним из важнейших инструментов изучения мировых вод стала спутниковая альтиметрия, благодаря которой ученые смогли проникнуть в недоступные им ранее водные глубины.
Уже 25 лет океанологи используют специальный радиолокатор, способный определять топографию поверхности Мирового океана с точностью до 1 см. На базе подобных наблюдений наши ученые создают системы оперативного прогноза состояний океана и мировых морей, с предельной точностью контролирующие их среду в любой выбранной точке. Для создания таких систем пришлось обратиться к опыту метеорологических систем диагноза и прогноза погоды, успешно развивавшихся все эти годы.
Благодаря возможности дистанционного зондирования океана в научные институты и центры обработки информации непрерывно стали поступать данные о состоянии мировых вод, изменениях в их поведении, температуре, направлении течений. Возможность постоянно обновлять данные о гидросфере и анализировать их позволила ученым и прогнозировать поведение Мирового океана, предсказывать возможные изменения характеристик мировых вод.
Но, выбирая методы проведения научных исследований, океанологи не остановились лишь на постоянном мониторинге и прогнозе. Ученые обратились к математическому моделированию — началось уверенное составление моделей различных явлений в Мировом океане, позволяющих ассимилировать наблюдения в океанической среде, детально отслеживать непрерывную эволюцию среды, обращать внимание на ее текущее и прошлое состояния и анализировать их.
За последние годы работа с такими моделями, вкупе с анализом полученных спутниками данных, позволила более подробно изучить температуру поверхности Мирового океана и его глубин, биоптические характеристики океана, характеристики экосистем. Океанологи также постоянно обращаются к данным, собранным свободно-дрейфующими и заякоренными буями с оперативной передачей наблюдений через ИСЗ.
Все это — широко развитая наблюдательная сеть, созданная советскими и российскими океанологами и исследователями земли, благодаря которой современная океанология продвинулась далеко вперед. Такое значительное количество методов наблюдений и значимость результатов, полученных благодаря им, заставили ученых выделить эту систему в отдельную сферу океанологии, получившую название оперативной океанографии (в России чаще встречается термин «оперативная океанология»).
Как уже отмечалось выше, оперативная океанография и ее методы получили свое развитие в советское время. Само развитие было связано с исследованиями советских ученых Института океанологии, которые открыли синоптическую изменчивость в океане. В предыдущее время океан рассматривали как систему с медленно меняющимися течениями. Возможностей их контролировать, а значит, и моделировать их возможную изменчивость изначально тоже не было, да и не нужно было — ведь изменения считались редкими.
В конце концов именно советскими учеными было доказано, что изменения происходят достаточно часто и не всегда своевременно. Более того, они происходят под влиянием различных факторов — ученые пришли к выводу, что в океане, как и в атмосфере, есть своя погода, на которую воздействуют климатические, антропогенные и другие факторы. Для отслеживания влияния этих факторов и была создана оперативная океанография, позволяющая получать информацию об изменениях быстро и качественно.
Первые успехи в обращении к методам оперативной океанографии были получены учеными в девяностые годы при изучении Черного моря. Академиком Марчуком была запущена Программа исследований и мониторинга океана, затем была открыта программа «Разрезы». В рамках этих программ не только российскими, но и иностранными учеными были проведены крупные исследования в океанологии, стимулировалось дальнейшее использование спутникового мониторинга океана, предвосхитившего работы зарубежных ученых, направленных на создание оперативных методов исследования океанической среды. Были созданы макеты систем прогнозов, которые как раз успешно использовались при изучении Черного моря. Это стало первым и удачным опытом в изучении небольшой черноморской площади, а накопленные знания и модели были затем использованы для создания более серьезных, общемировых систем прогнозов, которые сейчас используются для исследования всего Мирового океана.
На этот опыт опирались и наши западные коллеги. Сегодня Европа и США лидируют в создании систем морских прогнозов, используя современные компьютеры, суперкомпьютеры, численные модели океанических процессов и методов ассимиляции наблюдений. Российских ученых, чьи работы не получили должного внимания ни в России, ни в Украине, пригласили принять участие в международной программе «Мировой океан», запущенной Европейским союзом.
В рамках этой программы были созданы 8 центров прогноза, изучающих моря Европы, воды Арктики и всего Мирового океана. Исследовательский центр на Черном море также должен был присоединиться к этой программе, а затем и стать частью европейской программы «Copernicus». Но осенью 2014 года Европа отказала ему в сотрудничестве, после чего центр остался совершенно без финансирования. Только самостоятельными силами и искренним интересом российских ученых к этим исследованиям были добыты многие серьезные научные данные в области оперативной океанографии.
Внимание было уделено наблюдениям за живой средой моря, переменчивой, отличающейся от гладкой картины. Контроль процессов изменчивости в Черном море был важен для практических приложений и требовал большого фундаментального вклада из разных направлений науки. Совместными усилиями исследователей были проведены научные работы по изучению температур вод Черного моря, изменения солености, скорости течений на регулярной основе, полей скорости звука и его воспроизведения.
Сегодня в центре на Черном море мы имеем все инструменты оперативной океанографии — от прогнозов до реанализов. Ученые и исследователи занимаются постоянной оценкой и описанием процессов, происходящих на поверхности и в глубинах моря. Любопытным считает докладчик происходящий несильный водообмен с океаном через пролив Босфор — там двуслойная структура течения, из Черного моря в Мраморное море, благодаря чему в первое попадает соленая вода. Здесь же действуют и сильные пресные потоки рек, несущих свои воды в то же Черное море.
На основании совместной работы ученых черноморского центра было доказано установление в Черном море соотношения «объемов вносящихся и выносящихся вод» в пропорции два к одному. Таким образом, с течением времени перепад между соленостью поверхностных вод и глубинных должен стремиться к такому же соотношению. Эти данные удалось получить именно благодаря использованию методов оперативной океанографии, что является примером ее чрезвычайной важности для всей океанологии.
Еще одним интересным примером в ходе обсуждения доклада академик Коротаев назвал мониторинг экологического состояния Черного моря. Если в 1960-е годы экология черноморских вод была достаточно приличной, то к 80-м годам ученые забили тревогу. Изначально считалось, что основной причиной серьезных загрязнений является именно антропогенный фактор: сельское хозяйство, чистка судов, ливневые грязные воды и слив отходов в море, конечно, сильно повлияли на экологическое состояние морской воды. Но благодаря данным, полученным оперативной океанографией, стало ясно, что антропогенный фактор отнюдь не доминирующий.
Главной причиной загрязнения стал именно климатический фактор и изменения в глубинах вод Черного моря. С возвращением Крымского полуострова России океанографические исследования стало проводить намного проще, и учеными были сделаны более подробные выводы о глубине видимости белого диска: если в 90-х годах она доходила только до 8 метров, то последние исследования представили показатели до 20 метров, что является доказательством улучшения экологии Черного моря. Это обусловлено внутренними изменениями, неподвластными человеку. Хотя антропогенный фактор тоже уменьшился с ухудшением экономик стран черноморского побережья, главной причиной все-таки остается именно климатический фактор.
Хотя дела у океанологии сейчас обстоят весьма хорошо, докладчик призвал не забывать о различных мероприятиях, которые могли бы продвинуть науку еще дальше. Он предложил внести океанологические исследования отдельным пунктом в договор между РАН и Росгидрометом, а также формировать соответствующую повестку исследований в рамках КПНИ. Мощная коммерческая поддержка и широкое международное сотрудничество, а также интерес молодых ученых к океанологии и проблемам Мирового океана докладчик считает важными доказательствами того, что эту науку необходимо поддерживать и позволять ее ученым проводить все необходимые исследования для новых открытий и достижений.