Цивилизация
Ученые из Тихоокеанского океанологического института (ТОИ) ДВО РАН на основе спутниковых измерений разработали метод численного моделирования океанских вихрей и других структур большого размера. Созданная российскими учеными модель позволяет в режиме реального времени в лаборатории на берегу оценить риск радиоактивного или нефтяного загрязнения отдельных областей океана. Это поможет предпринимать эффективные меры по ликвидации техногенных катастроф. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), результаты опубликованы в журнале Ocean Science.
Ученые описывают океанические вихри как огромные вращающиеся «мешки» в океане, переносящие большие объемы воды на тысячи километров. Их размер в поперечном сечении — от 100 до 300 км, масса — приблизительно миллиард тонн, а время жизни — до пяти лет. Вихри в океане перемещаются со скоростью нескольких сантиметров в секунду. По мере движения вихрь захватывает большие массы воды и вовлекает их во вращение. При этом ядро вихря может сохранять свою воду несколько лет.
«После аварии на АЭС «Фукусима» (Япония) в 2011 году загрязненная радиоактивными изотопами вода с поверхности океана частично была захвачена океаническими вихрями и даже через полтора года после аварии обнаружена в них на глубинах от 100 до 1000 метров. Приличная концентрация радиоактивных элементов в таких вихрях может представлять опасность для живых организмов», ‒ пояснил один из авторов публикации, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией нелинейных динамических систем ТОИ ДВО РАН Сергей Пранц.
Созданная океанологами модель позволяет узнать историю жизни вихрей: как они рождаются, каков состав воды, которую они несут, по какой траектории движутся и как погибают. Используя спутниковые данные, ученые оценили риски радиоактивного загрязнения разных вихрей в Тихом океане в результате аварии на АЭС «Фукусима» в марте 2011 года.
Поверхность океана в крупных антициклонических вихрях (вращающихся в Северном полушарии по часовой стрелке) поднимается на десятки сантиметров по сравнению с уровнем моря, а в циклонических вихрях (которые вращаются в обратном направлении) опускается. Радары на борту искусственных спутников Земли позволяют с высокой точностью измерять, как изменяется уровень моря, и вычислять с помощью этих данных поле скорости – совокупность векторов скоростей движения воды в вихре на поверхности океана.
Используя эти данные, дальневосточные ученые решают на суперкомпьютере уравнения движения для миллионов виртуальных частиц (точек на поверхности океана). Суперкомпьютер — кластер из более чем 500 ядер — обрабатывает спутниковые данные, рассчитывает различные индикаторы движения и ежесуточно выводит информацию в виде цветных карт, которые и позволяют проследить историю жизни каждого крупного вихря в океане.
Результаты моделирования совпали с прямыми измерениями концентраций радиоактивных изотопов в Тихом океане в морских экспедициях 2011 и 2012 годов. Таким образом, океанологи показали эффективность и перспективность разработанной ими модели. Предложенный метод позволит в режиме реального времени с помощью спутниковых данных оценить риск радиоактивного загрязнения океана в результате возможных будущих катастроф.
«Работу по моделированию и анализу распространения радиоактивного загрязнения мы начали на следующий же день после аварии на АЭС «Фукусима» и опубликовали первые результаты в июне 2011 году, ‒ рассказал Сергей Пранц. ‒ В той статье мы показали, что опасности проникновения загрязнения в российские воды нет. Тогда мы могли только видеть вихри и предсказывать, как примерно движется вода, а сейчас мы можем подробно описать историю каждого вихря, выяснить происхождение вод, из которых он состоит, и оценить его опасность для живых организмов».
