Использование космической системы Арктика для получения информации о состоянии ледяного покрова

Важнейшим элементом специального гидрометеорологического обеспечения морских операций в замерзающих морях является информация о состоянии ледяного покрова. Своевременное знание особенностей распределения льда на поверхности моря и динамики его распределения во времени дают возможность выбирать оптимальный вариант плавания судов, а также соблюдать сроковую дисциплину и правильную оценку возможного влияния гидрометеорологических факторов на использование технических средств.
Существуют различные виды морской деятельности, и они характеризуется различными пространственно-временными масштабами. Поэтому при планировании различных морских операций необходимо различное время упреждения гидрометеорологического прогноза. Оптимальное использование гидрометеорологической информации для планирования и осуществления морских операций предполагает их согласование с пространственно-временными масштабами гидрометеорологических процессов. Данное обстоятельство выдвигает особые требования к используемой информации – она должна одновременно обеспечивать как прогноз по значительным пространствам Земли средней и малой заблаговременности, так и фактический диагноз состояния погоды в промежутки времени, исчисляемые часами.
Современный подход к проведению морских операций предполагает применение современных знаний и методов, в частности передовых концептуальных положений действий сил и средств в природной среде. К ним можно отнести использование теории Джона Бойда в военной и гражданской сфере [1]. Концепция, разработанная Джоном Бойдом НОРД предполагает многократное повторение петли действий: наблюдение, ориентация, решение, действие, при этом реализуется принцип обратной связи. Если рассматривать морскую операцию с точки зрения цикла НОРД, можно выделить два основных способа достижения преимущества. Первый из них заключается в более быстром осуществлении всего цикла действий. Это позволяет действовать быстрее, чем ситуация изменяется. Второй способ состоит в улучшении качества принимаемых решений – необходимо принимать те решения, которые в большей степени соответствуют складывающейся ситуации. На каждом шаге принятии решения необходимо стремиться к постепенному получению качественных и количественных улучшений. Выбор источника информации влияет как на ускорение этапов наблюдения и ориентации, так и на повышение эффективности на этапе принятия решений.
В процессе планирования морской операции решение принимается на основе прогностической информации, в том числе гидрометеорологической, описывающей ситуацию не во время принятия решения, а во время его реализации. Поэтому имеющаяся в период принятия решения информация должна описывать не текущую, а будущую ситуацию, то есть носить упреждающий, прогностический характер.
Решением этой задачи является анализ результатов космической съемки на предмет выявления структуры или рисунка нарушений сплошности ледяного покрова (трещин, полыней, разводий) как индикаторов динамических процессов в ледяном покрове.
На основе анализа регулярных космических данных было показано, что наиболее устойчивые черты пространственной структуры ледяного покрова формируются, главным образом, из-за гидро-термо-динамического воздействию на лёд водных масс, в силу чего взаимные вклинивания ледяных массивов, отображаемые на космических снимках, могут быть использованы в качестве индикаторов некоторых процессов динамики не только приповерхностных, но и глубинных слоев морских вод [2].
По характеру и взаимному положению трещин, полыней и разводий можно судить о процессах, происходящих в ледяном покрове, кроме того, элементы нарушения сплошности ледяного покрова могут свидетельствовать о процессах, которые возможны в ближайшем будущем. Трещины в сплошном льду могут свидетельствовать о начальных стадиях подвижек льда [2], сжатиях.
В 80-х годах М. Назировым был предложен метод квазисиноптического анализа рисунка изображения ледяного покрова [2]. Суть метода заключается в том, что на изображении ледяного покрова соединяют между собой плавными линиями достаточно четко прослеживаемые каналы, полыньи и разводья. Эти линии можно экстраполировать по направлению перемещения, ориентируя их преимущественно вдоль длинных осей крупных льдин, и по полученному полю линий с учетом других факторов определяют зоны и причины взаимного вклинивания ледяных полей.
Сокращение времени предоставления информации пользователю достигается обеспечением доступа пользователей к имеющейся ледовой и гидрометеорологической информации в реальном масштабе времени. Использования метеорологических и ресурсных искусственных спутников Земли позволяет проводить непосредственные наблюдения процессов синоптического масштаба в океане и атмосфере. Данный факт означает, что характеристики процессов масштаба 1000 (1500) – 10000 км и периода до 3-5 суток перешли из разряда расчётных в разряд наблюдаемых [3].
Для мониторинга арктического региона в настоящее время разрабатывается многоцелевая гидрометео¬рологическая система Арктика, ориентированная на комплексную информационную поддержку решения проблемных задач социально-эконо-мического развития северного региона России.
Входящая в ее состав космическая подсистема «Арктика-М», включающая в себя два космических аппарата на высокоэллиптических орбитах с высотой апогея 40 000 км, будет иметь принципиальные преимущества по условиям наблюдения и объёму информации в арктическом регионе, соответствующей всем требованиям ВМО. Подсистема будет обеспечивать получение информации в квазинепрерывном режиме (обновление снимков каждые 20 минут) с различным пространственным разрешением [4]. С получением возможности наблюдения акватории Северного Ледовитого океана впервые будет реализована возможность наблюдения сцены синоптического масштаба, а не построения их из отдельных фрагментов.
Таким образом, гидрометеорологическая система Арктика способна обеспечить потребителя полной, качественной и своевременной гидрометеорологической информацией. Новый подход к использованию космических снимков - с опорой на рисунок нарушений сплошности ледяного покрова, позволит повысить скорость и качество оперативного гидрометеорологического обеспечения, что напрямую связано с успешностью морских операций.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №177920162) "Разработка технологии тактического и оперативного планирования и управления работой ледоколов и судов ледового плавания в условиях круглогодичной навигации по трассам Северного морского пути"