Мониторинг ледовых условий на дальневосточных морях России с использованием синтезированной информации (спутниковые и подспутниковые данные)

Практически все виды деятельности на замерзающих морях во многом зависят от знания ледовой обстановки. Наличие различных источников информации о состоянии ледяного покрова создают определенные сложности, так как эффективное решение задач мониторинга, возможно только при условии полноты и сопоставимости данных из различных источников используемых при формировании архива ледовой информации.
Основой при выборке исходных данных о ледовом состоянии морей до 1990 года служили данные ледовых авиаразведок, а после 1990 года - наблюдения из космоса. Определялись значения ледовитостей, фиксировалось положение кромки льда, выделялись области с заданными ледовыми условиями, снимались значения ледовых характеристик (сплоченность, возраст, формы льда, торосистость, заснеженность и т.д ).
Для численного представления полей ледовых характеристик акватории морей разбивались на ряд сравнительно однородных районов. В зависимости от размеров моря, сложности ледовых условий, а также усилий, направленных на их изучение, размеры элементарных ячеек для каждого из морей существенно различаются.
В результате для оценки состояния льда на каждом из морей были сформированы информационные матрицы размерностью M*N*P*K, где М-количество лет (1960-2007 гг.), N-количество декад ледового периода (N=18, для Охотского и Берингова моря: с I декады декабря-по III декаду мая и N=15, для Японского моря: с I декады декабря по III декаду апреля), P-количество фиксируемых для данного моря ледовых параметров, K – количество элементарных ячеек (районов) по которым собиралась информация (156 для Берингова моря – размер ячейки 1ºпо широте и 2º по долготе; 482 –для Охотского моря, размер ячейки 0.5º*1º и 114 - для Японского моря, размер ячейки 0.5º*0.5º).
Для решения вопроса сопоставимости данных ледовых авиаразведок и спутниковых снимков (дешифрированных) по совместным наблюдениям (данные 1970-1989 гг.) проводился корреляционный анализ параллельных рядов ледовой информации. Полученные результаты свидетельствуют о высокой степени согласованности данных полученных из этих источников (коэффициенты корреляции менялись от 0.9 для периода максимального развития ледяного покрова до 0.7–для начального периода ледообразования). Эти оценки позволили после незначительной корректировки объединить имеющуюся информацию в один исторический архив с временными границами от 1960 года по настоящее время.
Для восстановления пропущенных значений в узлах сетки использовались методы оптимизации, основанные на итерационных схемах расчета, хорошо зарекомендовавшие себя в предшествующих исследованиях (Плотников В.В.,2002).
Кроме того, показано существование тесной связи между, считавшимися независимыми параметрами ледяного покрова - сплоченностью и преобладающими размерами льдин. Как, показал проведенный анализ, для описания ледяного покрова, в частности, Японского моря, вполне достаточно сведений о распределении двух независимых переменных: сплоченности и возраста льда. Третью переменную (формы льда), можно легко оценить по уравнению линейной регрессии вида:
F = C∙exp(b∙S),
где S – сплоченность, льда, F – преобладающие размеры льдин.
Полученные результаты весьма важны с прикладных позиций. В первую очередь это относится к оценке преобладающих размеров льдин, являющихся важной не только режимной, но и навигационной характеристикой ледовых условий. Обычно, карты ледовой обстановки построенные по спутниковым снимкам (например, карты выставленные на «www.natice.noaa.gov - /pub/west_arctic/») не содержат сведений о распределении форм льда, поэтому используя выявленную зависимость можно достаточно эффективно восстановить пропущенную информацию, что и было сделано при формировании исторических архивов ледовой обстановки на дальневосточных морях России.