Прогнозирование преобладающей ориентации разрывов в ледяном покрове моря Лаптевых на основе спутниковых данных

Превращение Северного морского пути (СМП) в круглогодичный транспортный коридор является одной из приоритетных задач экономического развития России. Для использования этой трассы в наиболее тяжелые для навигации зимние и весенние месяцы требуется развитие специализированного гидрометеорологического обеспечения рейсов, включающего в том числе краткосрочные прогнозы состояния ледяного покрова.
Характерным элементом структуры морского ледяного покрова, существенно влияющим на эффективность плавания, являются разрывы, т.е. нарушения сплошноcти дрейфующего льда в виде трещин, разломов и разводий, образующихся в нем в результате динамических процессов. В разрывах ледяной покров отсутствует или состоит из молодых льдов, что является благоприятным условием для навигации и позволяет увеличить скорость движения судна при условии, что разрыв является попутным. Прогнозирование преобладающей ориентации разрывов в дрейфующем морском льду позволит учитывать наличие попутных разрывов при планировании морской операции и будет способствовать выбору оптимального пути следования судна.
Разработанный в ААНИИ метод краткосрочного прогнозирования преобладающей ориентации разрывов в зимне-весенний период в ледяном покрове моря Лаптевых основан на методе аналогов. Из архива ретроспективных полей атмосферного давления подбирается аналог к прогностическому полю атмосферного давления, так как установлено, что существует связь между изменением поля атмосферного давления и образованием разрывов с определенной модальной ориентацией. Значения преобладающей ориентации разрывов за дату аналога принимаются в качестве прогностических. Для реализации метода прогноза было необходимо создать архив фактических данных о разрывах в море Лаптевых. При создании архива использовались спутниковые данные радиометра VIIRS ИСЗ SuomiNPP теплового инфракрасного (ИК) диапазона (канал I5) с пространственным разрешением 375 м, позволяющие ежедневно фиксировать крупные разрывы одномоментно на всей площади моря. Снимки ИК-диапазона имеют ограничения при наличии облачности, поэтому данные о разрывах заносились только с тех снимков ИСЗ, на которых плотная облачность над акваторией моря Лаптевых отсутствовала или была минимальной. Обработка снимков производилась путем ручного экспертного дешифрирования. Всего за период разработки и испытания метода были оцифрованы разрывы на 400 спутниковых снимках моря Лаптевых за зимне-весенние сезоны 2016–2024 гг.
При проведении производственных испытаний разработанного метода прогнозирования в течение периода с декабря 2023 г. по конец марта 2024 г. ежедневно составлялись краткосрочные прогнозы на 24, 48 и 72 часа. Оправдываемость прогнозов рассчитывалась по фактическим данным о разрывах, полученных со снимков ИСЗ. Согласно результатам испытаний, средняя оправдываемость прогнозов преобладающей ориентации разрывов в ледяном покрове моря Лаптевых составила более 70%. Эффективность метода по сравнению с инерционным прогнозом наиболее существенна в случаях смены направления воздушных потоков в прогностический период и/или при отсутствии фактических данных о разрывах на дату составления прогноза и составила в среднем 22%.
Скорость движения судов по СМП можно считать косвенной оценкой существования благоприятных ледовых условий, в частности, наличия или отсутствия попутных разрывов. В период испытаний метода состоялось 5 рейсов, которые проходили по акватории моря Лаптевых. Прогнозы преобладающей ориентации разрывов с заблаговременностью 24 часа на даты прохождения судов по морю Лаптевых сопоставлялись со скоростью движения судна, определяемой по данным автоматической идентификационной системы (AIS) в каждом из квадратов сетки 100×100 км, по которым составлялся прогноз и проходил маршрут судна. Средняя оправдываемость прогнозов по результатам 5 рейсов составила 82%.
Работа выполнена в рамках НИТР 5.1.1 Росгидромета на 2020–2024 гг. «Развитие моделей, методов и технологий мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы, океана, морского ледяного покрова, ледников и вечной мерзлоты (криосферы), процессов взаимодействия льда с природными объектами и инженерными сооружениями для Арктики и технологий гидрометеорологического обеспечения потребителей».