Если эту работу, как в былые времена, напечатать да переплести — получился бы солидный фолиант в 1000 страниц. Да и в компьютерной памяти она занимает ни много ни мало несколько сотен файлов. Таков объем математических моделей циркуляции океана, созданных сотрудниками Института вычислительной математики (ИВМ) РАН и Государственного океанографического института им. Н.Н.Зубова (ГОИН) Росгидромета в ходе выполнения проекта, поддержанного Федеральной целевой программой “Научные и научно-педагогические кадры…” (ФЦП “Кадры”).
— На первый взгляд, все очень просто, — говорит координатор исследования, ведущий научный сотрудник ИВМ и ГОИН, доктор физико-математических наук Николай Дианский. — С помощью дифференциальных уравнений можно описать поведение океана и атмосферы, а также их взаимодействие, проанализировать, как эти процессы влияют на климат. Сложность — в решении уравнений на современных компьютерах, мощности которых, как правило, всегда не хватает. Поэтому приходится применять различного рода упрощения, которые влияют на точность моделирования, а при построении самой модели использовать методы вычислительной математики, чтобы с помощью языков программирования алгоритм решения исходных уравнений перевести на машинный, цифровой код.
Исходная информация для нас — это, например, данные о температуре, солености вод, а также параметры атмосферного воздействия: направление и скорость ветра, величина солнечной радиации, влажность воздуха и т.д. Всего примерно 10-15 характеристик. Их предоставляют разбросанные по всему миру метеорологические станции, корабли погоды, даже специальные буи, размещенные непосредственно в океане.
Разрозненные сведения собираются в специализированные базы данных. Они доступны всем, кто занимается моделированием. А дело это чрезвычайно сложное: необходимо изучить физико-географические свойства исследуемых объектов, до тонкости овладеть вычислительными методами и способами программирования. По сложности это почти то же самое, что создать модель самолета. Ведь мы оперируем множеством данных, которые превращаются в гигантский комплекс программ, способных воспроизводить циркуляцию Мирового океана.
Модели постоянно усложняются, в них становится все больше ответвлений, так что одному человеку просто не по силам построить всю программу целиком. Как говорит наш научный руководитель академик Артем Саркисович Саркисян, заложивший основы создания численных моделей циркуляции океана, этим надо заниматься всю жизнь. Сложность еще и в том, что характеристики океана постоянно меняются, ведь это живой организм. И все, что с ним происходит, также необходимо оперативно учитывать, например, с помощью специальной методики усвоения данных наблюдений. Но мало создать программы, нужно провести еще серию численных экспериментов, чтобы оценить точность воспроизведения реального состояния и циркуляции вод океана. Приблизительно 20 процентов нашей работы тратится на анализ результатов — основное время идет на развитие модели и эксперименты, с ней связанные. Не скажу, что вместе нам удается “держать руку на пульсе” Мирового океана, но к этому стремиться надо.
Важная особенность наших моделей: они позволяют не только сделать прогноз на будущее, но и заглянуть в прошлое, заново проанализировав накопленные ранее данные метеорологических и океанографических наблюдений, выяснить, каким было, скажем, состояние океана несколько десятков лет назад. Обобщая все сведения, стараемся понять, что происходило с океанической системой с 50-х годов прошлого века по настоящее время, как она менялась, какое влияние оказывает на климат. А оно огромно: океан переносит тепло с экватора в высокие широты. Не будь его, климат в средних и высоких широтах на планете был бы куда более суровым.
Проект еще не завершен, основные выводы мы сделаем позже. Однако уже сейчас ясно, что по результатам моделирования (а они подтверждаются и данными наблюдений Арктического и Антарктического научно-исследовательского института Росгидромета, а также зарубежными исследованиями) в настоящее время происходит накопление пресных вод в Северном Ледовитом океане. Сброс этих вод в Северную Атлантику может привести к событию, которое уже имело место во второй половине 1960-х годов и получило название Великой соленостной аномалии, приведшей к некоторому похолоданию климата во всем северном полушарии.
Что же касается антропогенного воздействия, то одни специалисты напрочь его отвергают, другие, наоборот, придают ему первостепенное значение. Я же считаю, что воздействие человека значительно и весьма ощутимо. Но необходимо учитывать и собственные изменения климата, которые могут как нивелировать это влияние, так и усилить его.
На Западе в отличие от нашей страны моделированию климата уделяют большое внимание. Об этом говорит количество разрабатываемых моделей. Труднее обстоит дело с их качеством: нельзя сказать, что все они идеальны — у каждой есть свои достоинства и недостатки. Потому и родилась идея объединить созданные в разных странах модели, сравнить их и отобрать все лучшее. Например, используемая модель совместной циркуляции вод Атлантики и Северного Ледовитого океана задействована в отдельных программах проекта AOMIP (Arctic Ocean Model Intercomparison Project). Следует отметить, что климатическая модель ИВМ, в разработке океанического блока которой мы принимали непосредственное участие, единственная в России, находит применение в международных проектах CMIP (Coupled Model Incomparision Project). Результаты экспериментов по прогнозированию изменений климата с их помощью вызвали широкий общественный резонанс.
— В конкурсе на этот грант ФЦП “Кадры” участвовали порядка 70 организаций, — продолжает рассказ заместитель директора ГОИН, доктор географических наук, профессор Владимир Грузинов. — Так что конкуренция была жесточайшая. Помог научный авторитет сотрудников наших институтов, неоднократно подтвержденный глубокими фундаментальными исследованиями климатических изменений, статьями, опубликованными у нас в стране и за рубежом. Эксперты отметили, что мы пригласили опытных в этой области специалистов: академика Артема Саркисяна, члена-корреспондента РАН Рашита Ибраева, автора пока единственной российской вихреразрешающей модели циркуляции Мирового океана, других известных ученых и гарантировали выполнение работы.
Победа в конкурсе позволила нам привлечь к разработке моделей свежие силы — почти 20 молодых специалистов, аспирантов, студентов ведущих вузов страны, например Физтеха, МИФИ, МАИ… Их интересуют информационные технологии, возможность создания программ на самом высоком профессиональном уровне. В год нам выделяется порядка 3 миллионов рублей. По правилам, эта сумма делится на две почти равные части, обе идут на поддержку исследователей, участвующих в проекте, одна — ведущих сотрудников, другая — молодежи. Благодаря гранту молодые ученые получают в квартал дополнительно от 20 до 60 тысяч рублей.
Работа над проектом потребовала создания в ГОИН Научно-образовательного центра. В его рамках мы решаем три главные задачи: анализируем климатические изменения за последние 60 лет, собираем необходимые для этого данные и разрабатываем обобщающие их программы. Теперь у нас есть возможность провести дополнительные исследования, в частности, пополнить и усовершенствовать нашу климатическую базу данных. Статьи, освещающие эту работу, наши сотрудники публикуют постоянно. А окончательные выводы о грядущих изменениях климата мы сделаем после того, как завершим все эксперименты.
На карте: Такие компьютерные картины позволяют получить представление о процессах, происходящих в океане, об их влиянии на климат планеты
ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛ СПЕЦВЫПУСКА ДОСТУПЕН В ФОРМАТЕ PDF.
Спецвыпуск подготовил
Юрий ДРИЗЕ
Фото Андрея Моисеева
Нет комментариев