Использование новейшего гидрологического спутника SWOT для верификации гидродинамической модели при отсутствии данных режимных наблюдений

Двумерные гидродинамические модели, использующиеся для изучения гидравлики потока, требуют достаточно большого количества детальных натурных данных, включая данные о батиметрии русла и рельефе пойм, расходы и уровни воды и др. При калибровке моделей используется уклон водной поверхности, который может меняться во времени. Полевые измерения уклонов воды на моделируемых участках в разные фазы водного режима требуют дополнительных инвестиций финансов и времени. В связи с этим информация об уклоне, полученная из альтернативных источников данных, таких как спутниковые измерения, исключительно важна для повышения точности модельных расчетов.
Двумерная гидродинамическая модель STREAM-2D (автор Беликов В.) была адаптирована для 300-километрового участка реки Средней Лены в районе г. Якутска (от г.п. Табага до устья р.Алдан). Модель построена с использованием данных подробной полевой батиметрической съемки русел, скомбинированной с цифровой моделью рельефа FABDEM для пойменных участков. Участок реки сильно развлетвлен и характеризуется многочисленными песчаными отмелями и островами. В качестве входных данных о расходах воды использовались данные с г.п. Табага. Калибровка модели проводилась по полевым данным о продольных профилях водной поверхности в период открытой воды, для периода ледовых явлений учитывалась дополнительная шероховатость льда и толщина льда. Данные об уровнях воды по постам, расположенным в пределах первых 100 км исследуемого участка, использовались для верификации модели. В верхнем течении модель хорошо работает при высоком расходе (0,27 м RMSE). Ее эффективность снижается в межень (0,51 м RMSE). Годовой показатель RMSE составляет 0,48 м. В нижнем течении (200 км) водомерные посты отсутствуют, и верификация модели требует привлечения спутниковой информации.
Данные интерферометрического радара спутника SWOT, дающего представление о поле уровней воды в реке, были использованы для верификации модели на нижнем участке. Среднее отклонение наблюдений SWOT от измерений уровней воды в период открытой воды на водомерных постах составило 0,18 м. Сравнение пространственного распределения модельных данных во время межени с данными SWOT на нижнем участке продемонстрировало результаты (0,39 м RMSE), сопоставимые с точностью моделируемых уровней на верхнем участке. Значительное отклонение модельных и спутниковых уровней от модельных (0,8-1 м) наблюдалось между 200-250 км исследуемого участка. Вероятными причинами такого отклонения может служить как неточность географической привязки батиметрических профилей, так и особенности воспроизведения уровней воды спутником и моделью на участке сложного многорукавного русла.

Исследование выполнено при поддержке государственного задания ИВП РАН, тема FMWZ-2025-0003 и темы ГЗ НИЛ эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (ЦИТИС 121051200166-4)