hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667321030011hydrophysics-13Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREМетодические основы построения систем оперативной океанографии в приложении к задачам подводного наблюденияMethodical base of operational oceanography systems creation in underwater surveillance tasks applicationКоваленкоВ. В.KovalenkoV. V.

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

117997, Nahimovsky Pr., 36, Moscow

hydrophys@mail.ruРодионовА. А.RodionovA. A.

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

199034, Университетская наб., д. 5, г. Санкт-Петербург

117997, Nahimovsky Pr., 36, Moscow

199034, Universitetskaya Nab., 5, St. Petersburg

ВанкевичР. Е.VankevichR. E.

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

117997, Nahimovsky Pr., 36, Moscow

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, RASRussian FederationИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАН; Санкт-Петербургский научный центр РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, RAS; St. Petersburg Research Center, RASRussian Federation202128112021143419Copyright © Коваленко В.В., Родионов А.А., Ванкевич Р.Е., 20212021Коваленко В.В., Родионов А.А., Ванкевич Р.Е.Kovalenko V.V., Rodionov A.A., Vankevich R.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/13

В статье рассмотрены базовые принципы создания современных систем оперативной океанографии. Совокупность базовых принципов представлена в виде методических основ построения систем оперативной океанографии в приложении к задачам подводного наблюдения. Охарактеризованы принципиально важные для приложений в области морских систем наблюдения свойства таких систем. Обсуждены некоторые проблемные вопросы. Рассмотрена связь инструментария оперативной океанографии с рядом прикладных задач. Среди задач уделено внимание акустическому подводному наблюдению, оптическим инструментам и моделям, биохимическим процессам и моделям. Среди базовых принципов одним из наиболее важных признано последовательное вложение локальных моделей и систем в региональные системы и далее в глобальные системы, а также сопряжение моделей и систем различного уровня. Процессы вложения и сопряжения сопровождаются уточнением начальных и граничных условий с использованиемассимиляции натурных данных. Качество выходных результатов прикладных систем зависит от качества оценок состояния океанической среды и является основой для предъявления требований к точности (неопределенности) систем оперативной океанографии. Анализ последовательной передачи неопределенности от оценок состояния океанической среды к неопределенности выходного результата прикладных систем подводного наблюдения также является базовым принципом. Состоятельность и практическая полезность систем оперативной океанографии в задачах подводного наблюдения прямо связаны с удовлетворением идущих от приложений требований. Качество систем оперативной океанографии связывается с процедурами адаптивной выборки натурных данных и адаптивным моделированием.

The article discusses the basic principles of creating modern systems of operational oceanography. The set of basic principles is presented in the form of methodological foundations for constructing operation oceanography systems as applied to the tasks of underwater observation. The properties of such systems, which are fundamentally important for applications in the field of marine observation systems, are characterized. Some problematic issues are discussed. Links of operational oceanography tools to a number of applications are considered. Among the tasks, attention is paid to acoustic underwater observation, optical instruments and models, biochemical processes and models. Among the basic principles, one of the most important is the consistent integration of local models and systems into regional systems and further into global systems, as well as the interface between models and systems at different levels. Attachment and interface processes are accompanied by refinement of initial and boundary conditions using assimilation of in-situ data. The quality of the output results of applied systems depends on the quality of assessments of the state of the oceanic environment and is the basis for the presentation of requirements for the accuracy (uncertainty) of operational oceanography systems. The analysis of the sequential transfer of uncertainty from estimates of the ocean environment to the uncertainty in the output of applied underwater observation systems is also a basic principle. The consistency and practical usefulness of operational oceanography systems in underwater observation tasks are directly related to meeting the requirements coming from applications. The quality of operational oceanography systems is associated with the procedures of adaptive sampling of natural data and adaptive modelling.

оперативная океанографиясистемы подводного наблюденияoperational oceanographyunderwater surveillance systemsИсследование выполнено в рамках государственного задания по темам № 0128-2021-0010 (В.В. Коваленко), № 075-00689-21-00 (А.А. Родионов) и № 0128-2021-0014 (Р.Е. Ванкевич).ReferencesWhat is operational oceanography? URL: http://eurogoos.eu/about-eurogoos/what-is-operational-oceanography/ (дата обращения: 10.05.2018).What is operational oceanography? URL: http://eurogoos.eu/about-eurogoos/what-is-operational-oceanography/ (date of access: 10.05.2018).Коротаев Г.К. Оперативная океанография – новая ветвь современной океанологической науки // Вестник РАН. 2018. Т. 88, № 7. С. 579—588. doi: 10.31857/S086958730000081-7Korotaev G.K. Operational oceanography is a new branch of modern oceanological science. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2018, 88(7), 579—588 (in Russian). doi: 10.31857/S086958730000081-7Коваленко В.В., Зенин В.М., Телегин В.А., Хилько А.И. Проблемы оперативной океанографии прибрежных районов // Морские информационно-управляющие системы. 2018. № 1 (13). C. 28—35.Kovalenko V.V., Zenin V.M., Telegin V.A., Khilko A.I. Problems of operational oceanography of coastal areas. Marine Information and Control Systems. 2018, 13, 28—35 (in Russian).Lermusiaux P.F.J., Haley P.J. et. al. Harvard research and plans: adaptive sampling and prediction. URL: http://web.mit.edu/pierrel/www//talk/pfjl_etal_aesop_jun07_06.pdf (дата обращения: 11.05.2021).Lermusiaux P.F.J., Haley P.J. et. al. Harvard research and plans: adaptive sampling and prediction. URL: http://web.mit.edu/pierrel/www//talk/pfjl_etal_aesop_jun07_06.pdf (date of access: 11.05.2021).Lermusiaux P.F.J., Chiu C-S., Gawarkiewicz G.G., Abbot P., Robinson A.R., Miller R.N., Haley P.J., Leslie W.G., Majumdar S.J., Pang A., Lekien F. Quantifying uncertainties in ocean predictions // Oceanography. 2006. V. 19(1). P. 90—103. doi: 10.5670/oceanog.2006.93Lermusiaux P.F.J., Chiu C-S., Gawarkiewicz G.G. et al. Quantifying uncertainties in ocean predictions. Oceanography. 2006, 19(1), 90—103. doi: 10.5670/oceanog.2006.93/Scott Harper. AESOP: Assessing the effects of sub-mesoscale ocean parameterizations ONR2006. URL: https://slideplayer.com/slide/4660934/ (дата обращения: 12.05.2021).Scott Harper. AESOP: Assessing the effects of sub-mesoscale ocean parameterizations ONR2006. URL: http://slideplayer.com/slide4660934/ (дата обращения: 12.05.2021).Griesel A., Dräger-Dietel J., Jochumsen K. Diagnosing and parameterizing the effects of oceanic eddies // Eden C., Iske A. (eds) Energy Transfers in Atmosphere and Ocean. Mathematics of Planet Earth, v 1. Springer, Cham., 2019. doi: 10.1007/978-3-030-05704-6_6Griesel A., Dräger-Dietel J., Jochumsen K. (2019) Diagnosing and parameterizing the effects of oceanic eddies. Energy Transfers in Atmosphere and Ocean / Eden C., Iske A. (eds). Mathematics of Planet Earth, v 1. Springer, Cham. doi: 10.1007/978-3-030-05704-6_6Christian Ferrarin, Silvio Davolio, Debora Bellafiore et al. Cross-scale operational oceanography in the Adriatic Sea // Journal of Operational Oceanography. 2019. V. 12(2). P. 86—103. doi: 10.1080/1755876X.2019.1576275Christian Ferrarin, Silvio Davolio, Debora Bellafiore et al. Cross-scale operational oceanography in the Adriatic Sea. Journal of Operational Oceanography. 2019, 12(2), 86—103. doi: 10.1080/1755876X.2019.1576275Mayo T., Butler T., Dawson C., Hoteit I. Data assimilation within the Advanced Circulation (ADCIRC) modeling framework for the assimilation of Manning’s friction coefficient // Ocean Modeling. 2014. V. 76. P. 43—58. doi: 10.1016/J.OCEMOD.2014.01.001Mayo T., Butler T., Dawson C., Hoteit I. Data assimilation within the Advanced Circulation (ADCIRC) modeling framework for the assimilation of Manning’s friction coefficient. Ocean Modeling. 2014, 76. doi: 10.1016/J.OCEMOD.2014.01.001Ding Wang, Pierre F.J. Lermusiaux, Patrick J. Haley, Wayne G. Leslie, Henrik Schmidt. Adaptive acousticalenvironmental assessment for the focused acoustic field-05 at-sea exercise // Proc. IEEE/MTS Ocean’s 2006 Conference.Ding Wang, Pierre F.J. Lermusiaux, Patrick J. Haley, Wayne G. Leslie, Henrik Schmidt. Adaptive acoustical-environmental assessment for the focused acoustic field-05 at-sea exercise. Proc. IEEE/MTS Ocean’s 2006 Conference.Lermusiaux P.F.J., Chiu C.-S., Gawarkiewicz G., Abbot P., Robinson A., Miller R., Haley P., Leslie W., Majumdar S., Pang A., Lekien F. Progress and prospects of US data assimilation in ocean research // Oceanography. 2006. V. 19(1). P. 172—183.Lermusiaux P.F.J., Chiu C.-S., Gawarkiewicz G. et al. Progress and prospects of US data assimilation in ocean research. Oceanography. 2006, 19, 1.Nodet M. Introduction to data assimilation. University of Grenoble, 2012. URL: https://team.inria.fr/airsea/files/2012/03/Nodet_Intro_DataAssimilation.pdf (дата обращения: 10.05.2021).Nodet M. Introduction to data assimilation. University of Grenoble, 2012. URL: https://team.inria.fr/airsea/files/2012/03/Nodet_Intro_DataAssimilation.pdf (date of access: 10.05.2021).Lermusiaux P.F.J., Mirabito C., Haley P.J. Jr. et al. Real-time probabilistic coupled ocean physics-acoustics forecasting and data assimilation for underwater GPS // OCEANS’20 IEEE/MTS, 5—30 October 2020. P. 1—9. doi: 10.1109/IEEECONF38699.2020.9389003Lermusiaux P.F.J., Mirabito C., Haley P.J. Jr., et al. Real-time probabilistic coupled ocean physics-acoustics forecasting and data assimilation for underwater GPS. OCEANS’20 IEEE/MTS, 5—30 October 2020, 1—9. doi: 10.1109/IEEECONF38699.2020.9389003Семенов Е.В., Мортиков Е.В. Задачи оперативного усвоения данных для окраинных морей // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 1. С. 86—99.Semenov E.V., Mortikov E.V. Problems of operational data assimilation for marginal seas. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2012, 48, 1, 74—85.Burnett W.S., Preller H.R., Jacobs G., LaCroix K. Overview of operational ocean forecasting in the US Navy: past, present, and future // Oceanography. 2014. V. 27(3). P. 24—31.Burnett W.S., Preller H.R., Jacobs G., LaCroix K. Overview of operational ocean forecasting in the US Navy: Past, present, and future. Oceanography. 2014, 27(3), 24—31.Burnett W., Harding J., Heburn G. Overview of operational ocean forecasting in the US Navy: past, present, and future // Oceanography. 2002. 15(1). P. 4—12, doi: 10.5670/oceanog.2002.31Burnett W., Harding J., Heburn G. Overview of operational ocean forecasting in the US Navy: Past, present, and future. Oceanography. 2002, 15(1), 4—12. doi: 10.5670/oceanog.2002.31Alan J. Wallcraft. HYCOM and Navy ESPC future high performance computing needs COAPS short seminar November 6, 2017.Alan J. Wallcraft. HYCOM and Navy ESPC Future High Performance Computing Needs COAPS Short Seminar November 6, 2017.Ryu T., Heuss J.P., Haley P.J. Jr., Mirabito C., Coelho E., Schönau M.C., Heaney K., Lermusiaux P.F.J. Adaptive stochastic reduced order modeling for ocean autonomous platforms // OCEANS. 2021. San Diego, September 20—23, 2021, sub-judice.Ryu T., Heuss J.P., Haley P.J. Jr., Mirabito C., Coelho E., Schönau M.C., Heaney K., Lermusiaux P.F.J. Adaptive stochastic reduced order modeling for ocean autonomous platforms. OCEANS. 2021. San Diego, September 20—23, 2021, sub-judice.Warrior, Hari V. Parameterization of the light models in various general ocean circulation models for shallow waters. 2004. Graduate Theses and Dissertations.Warrior, Hari V. Parameterization of the light models in various general ocean circulation models for shallow waters. 2004. Graduate Theses and Dissertations.Brasseur P. Ensemble-based data assimilation methods // Operational oceanography in the 21st century / Schiller A., Brassington G. (eds.). Springer, Dordrecht, 2011. doi: 10.1007/978-94-007-0332-2_15Brasseur P. Ensemble-based data assimilation methods. Operational oceanography in the 21st century / Schiller A., Brassington G. (eds.). Springer, Dordrecht, 2011. doi: 10.1007/978-94-007-0332-2_15Data assimilation in operational ocean forecasting systems: the MERCATOR and MERSEA developments by Brasseur P. et al. URL: https://epic.awi.de/id/eprint/14136/1/Bra2005f.pdf (дата обращения: 11.05.2021).Data assimilation in operational ocean forecasting systems: the MERCATOR and MERSEA developments by Brasseur P. et all. URL: https://epic.awi.de/id/eprint/14136/1/Bra2005f.pdf (date of access: 11.05.2021).Barton N., Metzger E.J., Reynolds C.A., Ruston B., Rowley C., Smedstad O.M. et al. The Navy’s Earth system prediction capability: a new global coupled atmosphere-ocean-sea ice prediction system designed for daily to subseasonal forecasting // Earth and Space science. 2021. V. 8. e2020EA001199. doi: 10.1029/2020EA001199Barton N., Metzger E.J., Reynolds C.A., Ruston B., Rowley C., Smedstad O.M. et al. The Navy’s Earth system prediction capability: a new global coupled atmosphere-ocean-sea ice prediction system designed for daily to subseasonal forecasting. Earth and Space Science. 2021, 8, 4, e2020EA001199. doi: 10.1029/2020EA001199Staneva J., Wahle K., Behrens A., Günther H., Stanev E. Coupling of wave and circulation models in coastalocean predicting systems: a case study for the German Bight // Ocean Sci. 2016. V. 12. P. 797—806. doi: 10.5194/os-12-797-2016Staneva J., Wahle K., Behrens A., Günther H., Stanev E. Coupling of wave and circulation models in coastal-ocean predicting systems: A case study for the German Bight. Ocean Sci. 2016, 12, 797—806. doi: 10.5194/os-12-797-2016

The authors declare that there are no conflicts of interest present.