Мониторинг состояния моря и моделирование класса опасных явлений в информационно-вычислительной системе «ИВМ РАН – Балтийское море»

Разработка информационно - вычислительных систем (ИВС) ассимиляции данных наблюдений является междисциплинарной задачей. Для изучения и решения подобных задач необходимо применение современных методов решения из разных областей знаний математического моделирования, теории сопряженных уравнений и оптимального управления, обратных задач, теории численных методов, численной алгебры, научных вычислений и обработки спутниковых данных.
В данной работе представлены результаты по разработке ИВС для персонального компьютера - ИВС «ИВМ РАН - Балтийское море» [1]. В докладе будут обсуждены практические проблемы, на решение которых направлена разработанная ИВС. Система включает в себя численную модель термодинамики Балтийского моря, новую модель разлива нефти, описывающую распространение пятна на поверхности моря [2] и блок расчета оптимального курса корабля [3]. Данная ИВС основана на числовой модели INMOM термодинамики Балтийского моря [4], разработка которой осуществляется в ИВМ РАН. С помощью ИВС можно рассчитать основные гидродинамические параметры (температура, соленость, скорости, уровень моря) с использованием удобного интерфейса системы. ИВС включает в себя процедуры ассимиляции данных о температуре поверхности моря [5,6]. В работе представлены основные возможности ИВС и результаты численных экспериментов, проведенные при помощи данной системы.
Один из блоков разработанной ИВС решает задачу об управлении риском нефтяного загрязнения. Под риском здесь понимается дискретное математическое ожидание ущерба, наносимого нефтью, под ущербом – осреднение массы нефти, находящейся на поверхности моря, по некоторому интервалу времени. Решение задачи сводится к минимизации «функционала стоимости» для реализаций случайной величины – времени появления пятна – на основе теории оптимального управления и сопряженных уравнений. Меры по устранению нефтяного загрязнения могут быть установлены из полученного решения – функции управления – для реализаций времени появления пятна. Функция управления является скоростью удаления нефти с поверхности моря. ИВС позволяет определить функции управления и изменение основных параметров, присущих нефтяному загрязнению, под действием этих функций управлений, а также установить зависимость конечного ущерба от времени появления пятна и величину риска с учетом действия соответствующих функций управления.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект №14-11-00609).