Ученые разработали новый региональный алгоритм, который по спутниковым данным рассчитывает соленость поверхности морей российской Арктики с высокой точностью с помощью машинного обучения. Подход позволяет изучать речные плюмы в Арктике — опресненную водную массу, образующуюся в море в результате перемешивания речного стока и соленых морских вод, — ежедневно и с высокой точностью, а также картировать области распространения речных плюмов в течение всего безледного периода. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Marine Science.
Речной сток, который поступает в моря российской Арктики, — один из важнейших факторов, определяющих гидрофизические и биологические процессы в поверхностном слое моря. Исследования областей опреснения, называемых также речными плюмами, которые формируются в морях российской Арктики, ведутся уже много лет. Однако до недавнего времени у этих исследований были существенные ограничения из-за малого количества доступных данных. Арктические речные плюмы сложно охватить экспедиционными судовыми измерениями из-за их больших размеров в сотни тысяч квадратных километров. Кроме того, существующие спутниковые данные не позволяли достоверно определять их границы и внутреннюю структуру.
Ученые из Московского физико-технического института (Москва) и Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН (Москва) разработали новый региональный алгоритм, который по спутниковым данным рассчитывает поверхностную соленость в морях российской Арктики с высокой точностью с помощью машинного обучения.
«Раньше для решения этой задачи нам приходилось пользоваться очень ограниченными данными судовых измерений. Морских экспедиций в Арктике по-прежнему немного, каждая такая экспедиция, как правило, пересекает границу больших арктических плюмов лишь несколько раз на нескольких участках. При этом общая протяженность границы областей опреснения может достигать нескольких тысяч километров. Раньше по этим разрозненным данным мы пытались понять, какую акваторию занимают речные плюмы, однако подобные оценки часто имели низкую точность. Спутниковые данные также до недавнего времени были малоинформативны. Теперь же у нас в руках наконец появился мощный инструмент, ежедневные карты солености поверхности моря. Несколько лет понадобилось для создания алгоритма, который позволил бы получать достоверные карты в Арктике. Использование этих карт открывает нам путь к разработке более точных прогнозов ледовых условий, ведь лед образуется именно в поверхностном слое моря. Поэтому понимание процессов распространения речных плюмов и формирование ими структуры поверхностного слоя моря – ключ для достоверных ледовых прогнозов», – рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Савин, младший научный сотрудник Лаборатории арктической океанологии Московского физико-технического института.
Проведенный анализ позволил впервые достоверно изучить сезонную и межгодовую изменчивость областей опреснения в морях российской Арктики. В Карском море и Восточно-Сибирском море распространение опресненных вод в основном определяется ветром и не зависит от объема речного стока, поступающего в море. В северной части Карского моря распространение речного плюма определяется влиянием течения атлантических вод. В море Лаптевых опресненные воды целиком занимают центральную и восточную часть, их положение практически не меняется год от года. При этом в западную часть моря часто затекают опресненные воды из Карского моря. В отдельные годы опресненные воды могут покрывать практически всю площадь Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского морей и юго-западной части Чукотского моря – до миллиона квадратных километров. В последние годы регистрируется расширение области влияния речных плюмов из-за сокращения площади морского льда и усиления воздействия на них ветра.
«Понимание того, как распространяются речные плюмы в Арктике важно не только для создания оперативных или среднесрочных прогнозов ледовых условий, но и улучшения возможности для более долгосрочного климатического прогнозирования. Численные модели, которые рассчитывают на ближайшие десятилетия прогнозы циркуляции вод в Северном Ледовитом океане, положения кромки льда, разные биологические процессы, обязательно должно правильно воспроизводить движение речных плюмов. В нашей работе мы показываем, что оно устроено гораздо более сложно, чем считалось раньше. В дальнейшем мы планируем интегрировать наши результаты в оперативные и климатические модели Северного Ледовитого океана», – подводит итог руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Осадчиев, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Московского физико-технического института и ведущий научный сотрудник Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН.