Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Расчет и краткосрочный прогноз перераспределения льда в море

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Расчет и краткосрочный прогноз перераспределения льда в море"

V,:. -Г> П ^ ' '

^ б ^ *"'' ■л»

Государственный комитет СССР по гидрометеорологии

ОРДЕНА ЛЕНИНА АРКТИЧЕСКИЙ И АНТАИСГИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

Мурманский филиал

На правах рукописи

ЗУЕВ Алексей Николаевич

РАСЧЕТ И КРАТКОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЛЬДА В МОРЕ 11.00.08 - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ленинград-1989

У А

Работа выполнена в Ордена Ленина Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте

Научный руководитель - доктор физико-математических наук, профессор Д.Е.ХЕЙСЙН

Официальные оппоненты:

доктор географических наук З.М.ГУДКОВИЧ

кандидат физико-математических наук С.Н.ОВСЕЕНКО

Ведущая организация - Гидрометеорологический центр СССР

К.024.04.01 Ордена Ленина Арктического и антарктического научно-исследовательского института

Отзывы на автореферат диссертации в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим прислать по адресу совета: 199226, Ленинград, Б.0., ул.Беринга, 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ААНШ Автореферат разослан "."9.¿у?^1969 г.

Защита диссертации состоится

ъ 5" ч., 00,__мин.ут на заседании специализированного совета

УченыИ секретарь специализированного совета, доктор географических наук

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ

у.^ уАктуаль.ность проблемы. Всесторонние комплексные исследования амерзшощих морских бассейнов и создание на них системы эф^ектив-эго научно-оператигшого гидрометеорологического обслуживания не-оэможно без изучения процессов короткопериодноИ изменчивости со-тояния ледяного покрова. Особое значение в со»[/сменных условиях риобретает разработка методов краткосрочного расчета и прогноза арактеристик ледяного покрова, важных п производственном отношении.

Ц§?ь^1смедования^ Разработка математической модели дрейфа и ерераспределения льда под действием атмосферных факторов и соз- • ание на этой основе комплексного автоматизированного метода крат-осрочного ледового прогноза, эффективного при использовании в опе-ативной практике гидрометобеспечения.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработана методика обработки и анализа данных наблюдений а дрейфующим ледяным покровом, полученных с различных наблюдятель-ких платформ, и соответствующее программное обеспеченно.

2. Создана специализированная информационна база данных на агнитных носителях и средства управления.

3. Предложена и обоснована математическая модель, численно >еализованная на ЕС ЭВМ.

4. Разработана и реализована единая технологическая схема ав-■оматизированного численного прогноза.

5. Метод краткосрочного прогноза основных характеристик ледн-(ого покрова адаптировал к отдельным районам Баренцева и Карского юрей и внедрен в оперативную практику.

материалы л лотоды ^сслодошнид. 13 работе использо-)аны: материалы специализированных ледоиесдедопательских экспери-1ентов, проводящихся с помощью агшротой радиолокационной станции

бокового обзора (РЛС БО) при участии автора в Баренцевом (1974, 1976, 1979, 1982 гг.) и Карском (1976 г.) морях; наблюдения на дрейфовых станциях НИЛ "0.Шмидт" (1982 г.); данные ледового и синоптического архивов Мурманского и Амдерминского УГМ за I974-I987i а также текущая оперативная гидрометеорологическая информация за 1987-1989 гг.

В качестве основного аппарата при проведении исследований пр менен метод численного гидродинамического моделирования в сочетай с физико-статистическими методами оценок параметров изменчивости i связности расчетных и наблюденных характеристик ледяного покрова.

Научная новизна. На основе численных методов частиц в ячейка: крупных частиц и градационного подхода предложена и обоснована качественно новая модель неоднородного ледяного покрова переменной сплоченности со свободными границами, позволяющая рассчитывать ве< комплекс ледовых характеристик, необходимых для гидрометеорологического обслуживания. Разработанная при реализации модели на ЭВМ технологическая схема автоматизированного численного прогноза поз воляет исключить ручные этапы при проведении расчетов по модели и её оперативном использовании. В технологическую схему включены им кзщие самостоятельное значение метод расчета ветра по крупномасшта ным полям атмосферного давления, метод аналитического коордишро» ния данных РЛС ВО и блок автоматизированной верификации численной модели, значительно снижающие трудоемкость при проведении исследо ваний и обработке данных с сохранением приемлемой точности. Это и зволило провести анализ изменчивости полей скорости дрейфа льда, определить вклад различных внешних факторов в формирование птой изменчивости и пределы предсказуемости ледовых процессов при гюмо щи численной модели на материале специализированных льдоисследова тельских экспериментов.

Подготовленные пол участии

- о -

»¡тора по заданию ПШТ 0.74.01 справочники передани для использования бассейновыми организациями Мннгео, Миннефтегазпрсма, М(Й, «РХ СССР и др.

Методи краткосрочного ледового прогноза, разработанное в !979-1980 гг., были внедрены в оперативную практику и использова-1ись до 1987 г. Методы краткосрочного прогноза полей ветра, пере-гаса загрязняющих веществ в атмосфере и океане, положения кромки 1ьда, его дрейфа и перераспределения, разработанные в 190б-1987гг., 1рошли оперативные испытания и внедрены в Мурмаиекгидроме-то, при-1ем последний одобрен Центральной методической комиссией по прог-юэш Госкомгидромета СССР и рекомендован для испытания по другим регионам.

Специализированная информационная база и средства её обрябот-ш включены в создаваемый в Мурмонскгидромете региональный спера-гивный банк океанографических данных.

Автоматизированная технологическая схема численного прогноза, чредназначенная для ледового метода, имеет универсальный характер \ успешно используется в других разработках научного и прикладного

I

характера, как выполненных автором (многослойная гидродинамическая модель суммарных движений вод Баренцева моря, 1988 г.}, так и сторонними организациями (прогноз волнения по методу ЛО ГОИН, 1907г.). 2хема внедрена в Севастопольском отделении ГОШ с условным экономическим эффектом 92 тис.руб.

ЗйНиМй^&кла^^автара в работах, выполненных по теме диссертации в соавторстве, состоит в формулировании задач, их математической постановке и решении, а также непосредственном участии в проведении натурных экспериментов, обработке, анализе и обобщении полученных при этом данных, внедрении результатов исследований в практику.

- о -

Лппробация работы. Результаты диссертации докладывались на семинарах отделов, секциях и Ученых советах филиала ДАНИИ и головного института (1974-1989), на научном совете Госкомгидромета по изучению океанов и морей (1979), на Всесоюзных и региональных конференциях и совещаниях (всего около 30 выступлений): Первом (Москва, 1977) и Втором (Ялта, 1982) Всесоюзных съездах советских океанологов; региональной конференции по льдам северо-западных морей (Мурманск, 1979), Всесоюзном совещании по обеспечению Арктической навигации (Мурманск, 1982), Всесоюзном совещании по морским ледовым прогнозом (Ленинград, 1984); совещании по методам математического моделирования ледовых процессов (Рига, 1986), Всесоюзном сов< щании "Полярная метеорология на службе народного хозяйства" (Мурманск, 1987) и других. В полном объеме диссертация докладывалась на Ученом совете филиала ААНШ, семинаре отдела ледовых исследований и секции океанологии и ледоведения ДАНИИ, семинаре отдела дин! мики моря ГОИНа.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены более, чем в 30 статьях и докладах (в том числе 7 печатных работ без соавторов). Но разработкам отдельных разделов при участии автора по, готовлен ряд справочников режимного характера и научно-справочных пособий.

Структура и объем,работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы рав 189 страницам, включая 129 страниц машинописного текста (без спис литературы), 12 таблиц и 26 рисунков. Список литературы включает 195 наименований,в том числе 35 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Дается обзор работ в области численного моделирова

ния с акцентом на возможность использования их результатов б оперативной практике. Формулируются требования к современному методу краткосрочного ледового прогноза. Обосновывается актуальность исследования, ставятся ого цели и задачи.

посвящена описанию численной модели перераспределения льда в море. В первом параграфе рассмотрена постановка за-

ледяного

дачи о нестационарном дрейфе и перераспределении неоднородного^покрова переменной сплоченности со свободными границами. Уравнения динамики ледяного покрова, осредненние по площади, соответствующей масштабу континуальности (Хейсин, Ивченко, 1974) учитывают силы Кориолиса, инерции, внутреннее взаимодействие и ледяном покрове, воздействие на лед касательно напряжений ветра н со стороны подстилающих слоев воды, а также силу, возникающую при наклоне уроненной поверхности моря. Для замыкания систслли используются .уравнения сохранения массы льда с учетом фазовых переходов (Овсиенко, Эфро-имсон, 1983).

Основное внимание уделено выбору способов оптимальной для решения данной задачи параметризации членов этих ,уравнений. Приращение ледового давления считается пропорциональна деформации ледяного покрова и обратно пропорциональным коэффициенту податливости (Хейсин, 1981), который является интегральным показателем механических свойств ледяного покрова. Предельные напряжения (условия "пластичности") также связаны с коэффициентом податливости. "Вязкая" составляющая силы внутреннего взаимодействия в ледяном покрове но учитывается, поскольку расстояние, на котором он*, сказывается (ГУд-коеич, 1961), сопоставимо с масштабом осреднения. Кроме того, ото? эффект частично компенсируется сглатаишашнми ссойстпиш используемой численной схемы.

Касательные направления на верхней и ш;-.шей поверхностях .чьдя аппроксимируются квадратичными апвисикоетями. Остгдыгп члег'ч

- о -

нения движения записываются в явном виде.

Для формулирования краевых условий использованы результаты, полученные М.К.Масловским (1977), С.И.Овсиенко и В.О.Зфроимсоном (1983). На свободной кромке льда ставится кинематическое условие давление в ледяном покрове считается равным нулю. У берега при н; жимнрм дрейфе задается условие непротекания и рост внутренних наг ряжс-ний. При уменьшении внутренних напряжений до нуля монет проис ходить отрыв кромки от берега. При входе льда через границы расче

ной области характеристики его должны быть известны.

-С»

В начальный момент задаются согласованные масовые и динамич« кие поля дрейфующего ледяного покрова.

Предлагаемая модель допускает ясную физическую интерпретаци-» всех входящих параметров, учитывает реальное распределение льда г толщинам и позволяет ограничить наибольшее значение сплоченности

га »З^аЛы.

10 в-за счет изменения средней толщины при торошении, подеовех и тому подобных процессах.

Во втором параграфе рассматриваются способы определения термических изменений толщины и сплоченности, а также методика расч< та ряда других характеристик ледяного покрова (торосистость, раз! дья, размеры льдин и так далее). Последние опосредованно влияют дрейф и перераспределение льда, но их прогнозирование крайне ваш при гидрометеорологическом обеспечении народно-хозяйственной деятельности на замерзающих морях.

Малая заблаговременность прогнозов и ограниченный диапазон применения прогнозируемых характеристик ледяного покрова позволя! сделать некоторые допущения, существенно упрощающие задачу. В час ности, в период интенсивного нарастания и таяния можно не учитьтг влияние термодинамического состояния подстилгдаших слоев воды на термические процессы в ледяном покрове и принебречь нелинейными

(¡фектами при деформировании льда. Ото позволяет использовать для нечета нарастания льда схему Лихи ( 1966), а при таянии

читать, что все тепло, поступающее на поверхность льда, расходуйся на уменьшение его толщины.

Увеличение сплоченности при нарастали« происходит за счет об-кования молодого льда на всей поверхности чистой воды в разво-эях между льдинами. Доля тепла, идущего на боковое таяние, при ючете уменьшешш сплоченности (Зубов, 1945) определяется путем троксимации теоретических даннж из работы Ю.В.Николаева (1963).

Полученные зависимости меаду характеристиками деформации ледп-зго покрова, осредненньтки и локачыга-и величинами толщины и сплошности, а также параметрами торосов, разводий и размерами льдин ззволяют рассчитывать все необходимые характеристики ледяного по-зова в рамках единой математической пос:сновки.

В третьем параграфе рассматриваются особенности численной ре-шэации модели, Использование в дешой постановке нелинейных иес-ационаршх уравнений движения и неразрый~-носги накладывают огра-¡чения на используемую численную схему. Возникающие при этом проб-;мы позволяет корректно преодолеть обобщение метода чяетнц в ячеп-IX, предложенное С.Н.Овсиенко (1976),

Ледяной покроз задается наборе?,! частиц - маркеров, перемеси-шхея относительно неподвииних ячеек сеточной области. Каждая ютица соответствует некоторой совокупности льдин, дрейфукцнх как то целое, и является переносчиком пеех характеристик ледяного жрова. В данной модели разнообразие толкни льда на частице ссо-1тся к нескольким градация;!, каждой ;:з которое сгагятея п еоот-¡тствиесвои величины ларциалыкле сплоч:яш<Х:те5: и с-р.еднпх рагллеро:. ■ДИН. Недостаточная точность опредолаш хггяктегустка ледяного жрова позволяет связызафь их тс:;;.ко с иилущц.':.;) "»г,7Г.!Р«ц" чг.л-щомк и ограничиться небольшим гпгесч гр^н^ний тел- -у и. С .г;-•..::: н;:с!

частица служат только для аппроксимации положения движущегося ледового пассива. Подобной те дискретизации подвергается и зона берега. Поскольку положение и площадь частиц, попадающих на берег в процессе расчета не меняется, они аппроксимируются двумерным битовым массивом. ТакоИ способ позволяет получить согласованную точность задания берега и распределения льда при существенной экономии малинной памяти и увеличении быстродействия программы расчета.

Интегрирование системы исходных дифференциальных уравнений производится шагаш по времени, качсдый из которых расщепляется на три этапа. На первом этапе выполняется расчет поля скорости дрейфа льда в представлении Эйлера. Сформулированная на этом этапе задача Коши решается аналитически методом последовательных приближений. Б качестве первого приближения получено решение для модуля скорости дрейфа без учета силы Кориолиса. Значения модуля скорости дрейфа позволяют оценить величину касательного напряжения на нижней поверхности льда, линеаризовать исходные уравнения движения и полу чить их аналитическое решение в полном виде.

На втором этапе определяется перемещение маркеров в лагранхе-вых координатах. При этом для расчета свободного дрейфа использует ся явная разностная схема первого порядка точности, а на .участках нажимного дрейфа - аналитическая зависимость, полученная В предположении линейного уменьшения нормальной составляющей скорости до нуля в ближайшей окрестности границы. Это обеспечивает точное выполнение граничных условий и гладкость полученных полей.

Г1о координатам всех частиц определяется новое распределение льда, положение кромки, подсчитывается количество маркеров каждого вида, попадающих в ячейки, а по ним сплоченность, средняя толщина и другие характеристики ледяного покрова. На третьем этапе интегри ровглля по времени полученные макрохарактеристики ледяного покрове

- и. -

:орректируются с учетом термических и деформационных попрапок. лощади "сработанного" при сжатиях льда в градациях толщин считайся пропорциональными коэффициентам податливости. Это приводит к ■ому, что в согласии с данными наблюдений самые тонкие льды выто->алшвйотся в перв.ую очередь. При торошении, наслоении, таянии и {арастонии льда в модели меняется не фиксированная величина градаций толщин, а их парциальная сплоченность, которая рассчитывается 13 уравнения баланса массы льда.

Последовательное выполнение всех трех отелов на каждом шаге ю времени обеспечивает решение задачи.

В качестве исходных данных для расчета внешних воздействий «пользуются поля ветра, температуры воздуха и обласчности (фактические и прогностические), а также поля течений и денивеляций уровня, рассчитанные на основе сопряженной гидродинамической модели зумморных движений вод (Денисов, Зуев, 1988). Минимальной необходимой исходной ледовой информацией являются данные о положении кромки льда и распределении парциальной сплоченности по градациям толсин.

Помимо полей скорости дрейфа, сплоченности, толщин, сжатий, положения кромки модель позволяет рассчитать ряд других характеристик, ледяного покрова. При этом следует учитывать, что для расчета параметров торосистости, размеров льдин, разводьев и полыней требуется задание дополнительной информации. При её отсутствии полученные результаты должны рассматриваться как некое приращение к исходному неизвестному состоянию.

Численная модель реализована на ЕС ЭВМ в виде комплекса программ.

Четвертый параграф посвяиен верификации модели. Свободные параметры модели уточнялись при сопоставлении результатов расчетов с данными инструментальных наблюдений, занесенными п специализированную информационную базу. Полученнче первоначально для юго-восточной

части Баренцева моря, они не потребовали корректировки при выполнении подобных расчетов для Карского моря и Залива Святого Лаврентия, несмотря на существенные различия в возрастном составе льдов. Установлено, что модель обладает приемлемой с точки зрения практического использования разрешающей способностью и быстродействием. Оправдываемость полей скорости дрейфа превышает, как правило, 80^ (при допустимых ошибках по модулю -0,1 м/с, направлению 67,5°). Величины среднеквадратических ошибок скорости дрейфа составляют. 0,04 м/с, а направления 40° (в средних условиях юго-восточной части Баренцева моря). Коэффициенты корреляции между рассчитанными по модели и наблюденными векторами скорости дрейфа достигают 70-80 %, что существенно вьше, чем между наблюденными ветром и дрейфом по тем же данным (Зубанин, Зуев, 1978).

Полученные величины предельных толщин сплошного ровного льда, в целом, соответствуют шкале сжатости из "Руководства по ледовой авиаразведке" (1981), Соотношения между сжатиями и напряжениями оказались одинаково применимыми к условиям Баренцева и Карского морей, несмотря на существенно различный возрастной состав льдов.

Термические изменения массы льда в юго-восточной части Баренцева моря могут достигать за 6 суток порядка 20% от его общего количества в период интенсивного-нарастания ы таяния. При этом новая модель за счет лучшего учета неоднородности ледяного покрова и таяния в полыньях точнее отражает временную изменчивость этого параметра. Различие при использовании одних и тех же исходных данных по сравнению с прежней моделью (Зубакин, ЗуСЕ, 1983, 1986) может достигать 20-30 %.

Во .второй главе дано описание работ сервисного характера, необходимых для эффективной реализации численного метода прогноза.

В первом параграфе основное внимание уделяется решению ключе-

- 1а -

вых задач автоматизации этапов исследовательского процесса. К ним отнесены, в частности, создание специализированной информационной базы, унификация исходных данных и разработка программных средств для работы с ними. Исходная информация поступает по каналам связи и накапливается в информационной базе. При выполнении расчетов вся технологическая цепочка реализуется автоматически. Из информационной базы выбираются необходимые данные. Выполняется их критериальная обработка. При наличии альтернативной информации определяется оптимальная конфигурация входного потока. Данные преобразуются к форме и виду, необходимым для овода в численную модель (масштабируются, интерполируются во времени и в пространстве и т.д.),.Результаты расчета преобразуются в наглядную форму и могут выдаваться на графопостроитель в виде карт различных проекций.

Во втором параграфе описано картографическое обеспечение численных расчетов. В рассматриваемом комплексе имеется возможность использовать следующие четыре вида картографических проекций: географической, гномонической (стереографической), произвольной конической и меркаторской. Приводятся основные свойства используемых проекций и формулы преобразования координат. На основании анализа искажений и погрешностей сделан вывод о целесообразности использования для обширных акваторий (сопоставимых с размерили Баренцева моря) произвольной конической проекции.

Разработанное программное обеспечение позволяет автоматически перенастраивать модель на прием информации, на выполнение расчетов и выдачу результатов в системах координат различных видов, оптимальных для различных видов информации и различных стадий процесса вычислений.

Третий параграф посвящен описанию аналитического координирования ледовых объектов по данным РЛС БО "Торос". Предлагаемый метод позволил отказаться от известного графического метода с трудоемкими

построении,« на картах и схемах, заменив их вычислениями по форму лам сферической тригонометрии. Определив географические координат отдельных объектов, отмеченных на пленке олектрофоторегистрирующе го устройства и зная параметры режима полета самолета, можно рассчитать координаты всех других зарегистрированных на этой же плен ке объектов (З.убакин, Зуев, Майоров, 1983). Анализ погрешностей получаемых результатов, выполненный О.Н.Майоровым, показал, что ошибка определения координат в условиях наде^жной привязки к мест ности не превышает ошибок графического метода. Это позволяет использовать данные последовательных повторных съемок Р1С ВО для ис следования относительных перемещений смежных участков ледяного пс крова в процессе их поступального дрейфа, динамику крупных полыж и разводий, а также проводить корректную верификацию моделей дре! фа и перераспределения льда. Радикальное (в 8-10 раз) уменьшение трудоемкости дает возможность выполнять массовую обработку данные а хранение результатов на магнитных носителях позволяют использовать их в автоматизированных комплексах при исследовании динамит ледяного покрова.

В четвертом параграфе рассматриваются вопросы обработки и ш терпретацин данных инструментальных наблюдений для сопоставления с результатами расчетов по модели.

Поля скорости дрейфа льда, полученные в результате обработю данных РЛС БО, отличаются значительной неравномерностью. Её комт нента, связанная с крупномасштабными процессами, может быть определена теми или иными расчетными методами. Локальные неравномер» ти, связанные с мелкомасштабной изменчивостью дрейфа и ошибками расчета координат, представляют собой случайную величину. Для .ум шения отих флуктуации разработан специальный алгоритм, позволяют производить осреднение векторов дрейфа с заданным радиусом по не

скрывающимся участкам акватирип. Анализ результатов показывает, ;то предложенная процедура обработки не искажает основные особен-юсти исходного поля скорости дрейфа. При осреднении с радиусом 25 :м (соответствует размерил шага сеточной области) величина среднего гадуля скорости дрейфа уменьшается всего на 2-5 55, его среднеквадратичная изменчивость на 12-15 %, а коэффициенты корреляции наблю-1енных и расчетных по модели векторов имеют максимальные значения.

Данные дрейфовых станций НИЛ "Отто Шмидт" позволили определить юлю приливной изменчивости в суммарном дрейфе и выявить ситуации, шгда роль непериодических течений является существенной. При чис-ченном моделировании ограничивающее влияние берегов на ледяной пок-:ов проявлялось не только непосредственно при возникновении внутрен-' •шх напряжений, но и косвенно, через формирование соответствующей ;хемы течений.

Полученные при обработке натурных данных параметры связи полей скорости дрейфа и ветра показывают, что правила изобарического дрейфа выполняются только вдали от берегов, в условиях, близких к свободному дрейфу.

_глава отражает практическую направленность работы. Здесь изложены разработанные в рамках настоящего исследования методы прогнозов и результаты их применения.

В первом параграфе рассматривается анализ исходной метеоинформации в численном методе краткосрочного ледового прогноза. Наиболее перспективными для использования являются метеорологические поля в коде &ЯЛ) , получаемые в результате объективного анализа и численного прогноза по современным гидродинамическим моделям атмосферы. Прием такой информации по каналам связи и ввод её непосредственно п ЭВМ позволяет избежать трудоемкого этапа ручной подготовки данных и сопутствующих этому этапу ошибок. Существенным недостатком является неравномерность и большая пространственная дискретность такой инфор-

- 1о -

нации. К полям температур» воздуха и облачности особых требований при краткосрочном ледовом прогнозе не предъявляется и приемлемой точности удается достичь при использовании обычной пространственной интерполяции по районам с однородной подстилающей поверхностью. Для расчета ветра по этим данным разработан метод, основанный на определении производных по полиномам, полученным на сечениях поверх ности высокого порядка, аппроксимирующей поле атмосферного давление в окрестностях расчетной точки. Использование полинома Лагранжа тре тьей степени позволяет оценить первые и вторые производные поля даг ления. Рассчитанные величины геострофического ветра уточнялись при помощи адаптационных коэффициентов, полученных при анализе натурны> данных для различных сезонов и районов моря. Реализованная на ЭВМ методика позволяет рассчитывать ветер для любой точки земного шора севернее 40°с.ш. При оценке качества прогнозов по этой методике на основании наблюдений на судах и буровых платформах в Баренцевом море оправдываемость составила на первые сутки 95 % с уменьшением до 70-80 % в течение следующих четырех суток.

Второй параграф посвящен описанию автоматизированного метода прогноза наложения кромки льда по ветровым коэффициентам. Эгот метод используется при невозмогкности применения численной модели из-за недостатка информации о начальном распределении льда в районах, удаленных от берега. Величина ветровых коэффициентов для Баренцева моря определена при анализе данных РЛС БО, а для других акваторий - из литературных источников. Характеристики ветра определяете по методике, предложенной выше. Перемещение кромки рассчитывается по схеме Вэйысли ( , 1983), имеющей третий порядок точное

ти. Для уменьшения масштабных погрешностей и большей универсальное ти задача решена в сферической (географической) системе координат.

Выла проведена серия экспериментов, при которых смещение кром ки льда в модельном циклоне, полученное аналитически, сравнивалось

2 результатами различит.« вариантов численного расчета. Анализ зтих

данных показал, что наибольшие погрешности при расчете перемещений

■б-

:вязаны с дискретизацией поля атмосферного давления и некор^ретнос-гыо пространственной интерполяции данных. Схема Вэйсли на порядок снижает величину ошибки позиционирования - по сравнению со схемой первого порядка точности. Временная интерполяция вносит небольшую югрешность при дискретности данных не более одних суток.

При использовании метода в оперативной практике среднеквадра-гическая ошибка прогноза положения кромки льда в районе буровьк нлатформ в Баренцевом море по данным за 1987-1988 гг. составила эколо 10 км. Оправдываемость прогнозов достигает 95 % (45 случаев) на первые сутки с уменьшением до 70 % на шестые сутки при эффективности 10-30 %.

В третьем параграфе описан порядок проведения расчетов и некоторые примеры настройки численной модели на физико-географические (в том числе и ледовые) условия региона прогнозирования. Показано, п'о несмотря на большой объем исходных данных, трудоемкость выполнения прогнозов по новому методу значительно ниже. Это обусловливается высокой степенью автоматизации расчетов и получением результатов в виде, не требующем дополнительной обработки. Возможность задания в начальный момент распределение припая, полыней и сжатий, существенно уменьшают время адаптации модели к внешним условиям и об-югчяют интерпретацию результатов.

В четвертом параграфе приводятся методика оценки прогнозов по численному методу и результаты авторских и оперативных испытаний.

Метод хорошо отражает весь спектр изменчивости ледяного покро-за, связанной с атмосферными воздействиями и позволяет воспроизводить гонкие динамические процессы, наблюдение которых в натурных условиях затруднено (например, деформации и нагрузки при дрейфе льда у препятствия).

Обеспеченность расчетов (оценено 30 случаев) для кройки и полыней составляет на первые сутки 97 % (эффективность 10-20 %), а затем постепенно уменьшается до 85 % на пятые (эффективность 30-50' Для сжатий обеспеченность на первые сутки равна 85 %, на вторые 91' на пятые 85 %. Однако эффективность этих расчетов из-за использова ния грубых критериев при оценке невелика (5-10 %). Значительно бол показательным является расчет обеспеченности сильных сжатий (более I б). В этом случае за счет малой инерционности процесса Эффективность резко возрастает и может достигать 50-60%.

Использование высококачественной метеорологической прогностич кой информации (оценено 30 прогнозов за 1988 г.) приводит к незнач тельному уменьшению оправдываемости по сравнению с обеспеченностьк (от 2-3 % на первые сутки до 5-7 % на пятые) при соответствующем уменьшении эффективности.

Таким образом, полученные результаты позволяют оценить разраб тайный метод как отвечающий требованиям к новым методам и констати вать, что он предпочтительнее ранее разработанного (Зубакин, Зуев, 1983, 1986) по всем сопоставимым параметрам.

В заключения приводятся основные положения и выводы, предстаг ляющие совокупность научных положений, выносимых на защиту, и фори лируются наиболее важные нерешенные вопросы, связанные с создание!, современных методов краткосрочных ледовых прогнозов. Основные рез.> таты диссертации изложены а следующих работах:

1. Исследование дрейфа льдов в юго-восточной части Баренцева моря с помощью РЛС Б0 "Торос" / Природные условия и естественные { сурсы Северных морей. -Л.:Иэд-во Г0 СССР, 1977. -с.83-89 (совмеси с Г.К.Зубакиным, В.В.Лариным, 0.И.Майоровым).

2. Исследование динамики и геометрии ледяного покрова в связь задачами ледокольной навигации / География водных путей Арктики. -Изд-во Г0 СССР, 1978. -с.16-21 (совместно с Г.К.Зубакиным).

3. Численный рсчет движений в частично покрытом льдом море,'

азванных прохождением циклонов / Тр.ГОИН, -1979, -Был.144. -с.49-57 ^вместно с В.В.Денисовым, Г.К.Зубакиныы).

4. Обработка результатов радиолокационной съемки на ЭВМ / Тр. ШИИ, -1980. -т.348. -с.30-34 (совместно с Г.К.Зубакиным, О.Н.Майо->вым).

5. Опыт использования численной прогностической схемы перерас-зеделения льда при обеспечении судоходства в Арктике / Тр.ГМЦ СССР, [983. -вып.256. -с.45-55 (совместно с Г.К.Зубакиным, О.Н.Моровым).

6. Применение численной модели дрейфа и перераспределения льда ¡я обеспечения транспортных операций в зимний период в Баренцевом фв / Тр.ААНШ. -1983. -т.385. -с'.26-31 (совместно с Г.К.Зубакиным, ,Н.Майоровым, Л.Ф.Яковлевым).

7. Численная модель для расчета скорости дрейфа и перераспре-гления льда в море / Тр.ААНШ. -1983.. -т.385. -с.19-26.

8. Численный метод краткосрочного прогноза перераспределения .да в Баренцевом море для весенне-леэнего периода / Тр.ГМЦ СССР. -)8б. -вып.21. -с.15-23 (совместно с Г.К.Зубакиным).

9. О численном расчете динамических перемещений свободных гра- . щ дрейфующего ледяного покрова / В сб. "Природа и хозяйство Севера". Мурманск: 1987. -вып.15, -с.37-41.

МУГМ. ГШ- 03310 ох 11,07.Й:1г.За...-К-'у.Ти!.. '4\