Ученые Санкт-Петербургского государственного университета, СПбГУТ им.Бонч-Бруевича и Арктического и антарктического научно-исследовательского института совершили прорыв! Разработана уникальная методика расчета уровня воды в удаленных горных озерах, даже когда наблюдения полностью отсутствуют. Многообещающая технология прошла успешное испытание на озере Таможенное в горах Алтая. Исследование поддержано грантом РНФ.
Труднодоступные озера, особенно у ледников, несут серьезную угрозу. Их внезапные прорывы провоцируют катастрофические потоки, угрожая инфраструктуре, туризму и людям. Однако именно в критически важных для прогноза зонах чаще всего нет сети гидрометеостанций. Организация постоянных замеров в горах — чрезмерно дорогая, сложная логистически, а подчас невозможная задача. Математическое моделирование становится здесь ключевым методом.
Хотя мировое признание имеют гидрологические модели как SWAT, TOPKAPI, WaSiM-ETH, требующие много точных метеоданных температуры, ветра, влажности, осадков и радиации, этот прорыв особенный.
Междисциплинарная команда ученых, включая специалистов СПбГУ, создала перспективную модель формирования суточного уровня воды. Она работает эффективно там, где рядом нет метеостанций с нужными датчиками!
Новинка — авторская методика под названием MoLeFo (Model of Level Formation). В ее основе детальное уравнение водного баланса озера. Ученые разбили водосбор на высотные пояса в 100 метров, вычислив приток для каждого. Модель дает точные расчеты таяния льда и снега, учитывая уникальный тип поверхности открытый или погребенный лёд, сезонный снег, камни и используя адаптированные формулы теплового баланса.
Замечательные новости из мира науки! Методику успешно проверили на озере Таможенное, которое находится на впечатляющей высоте 2768 метров. Это озеро расположено на северном склоне Южно-Чуйского хребта на Алтае, рядом с ледником Некрасова. Ученые провели синхронные замеры уровня воды и ключевых метеопараметров: температуры, осадков, облачности и солнечной радиации. Эти точные измерения создали эталонный ряд данных. Именно с ним сравнивали результаты моделирования, основанного на других, менее детальных источниках.
Поиск Идеальной Комбинации Данных
Чтобы найти лучший набор входных данных для модели MoLeFo, исследователи сгруппировали параметры в три блока: основные метеоданные (без осадков), осадки и солнечная радиация. Затем они выполнили шесть серий моделирования, используя разные комбинации источников. В ход пошли данные с государственной метеостанции Кара-Тюрек, двух полевых станций (на озере и леднике), модель реанализа IMERG и научные публикации. Получилось шесть наборов информации: от полностью полевых измерений до данных, целиком взятых из открытых источников.
Впечатляющая Точность Модели
Сравнение смоделированных результатов с реальными замерами на озере Таможенное дало отличные результаты! При любой комбинации данных средняя ошибка не превысила 3%. Как и ожидалось, самые точные результаты показали полевые данные, собранные прямо в районе водосбора. Однако главный практический вывод еще более оптимистичен: для неизученных бассейнов, где нет собственных измерений, модель MoLeFo тоже демонстрирует высокую точность! Ключ к успеху это правильный подбор источников. Оптимальной признана комбинация: температура с ближайшей госметеостанции, осадки из спутникового реанализа, а солнечная радиация из климатических справочников.
Неожиданные Преимущества Открытых Данных
Оказалось, что данные реанализа об осадках в горах точнее показаний реальной метеостанции. Причина проста и важна: глобальная модель реанализа учитывает сложный рельеф и объединяет информацию с нескольких станций. В то же время одна станция, даже расположенная недалеко, может находиться в иных условиях и давать менее точную картину. Еще один позитивный сюрприз: использование справочных значений солнечной радиации дало меньшую ошибку, чем эпизодические актинометрические замеры. Организовать частые и качественные измерения радиации в суровых высокогорьях действительно очень сложно.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
Революционная технология наблюдения за озерами: анализ без труднодоступных данных!
Специалисты из Тюменского государственного университета (ТюмГУ) вместе с монгольскими коллегами разработали настоящий прорыв! Теперь мы можем точно оценивать уровень воды в удаленных озерах, даже когда традиционные измерения практически невозможны в реальном времени. Эта проблема особенно актуальна для малых и отдаленных водоемов в сложных климатических зонах.
В основе инновации лежит уникальный подход. Он искусно объединяет радиолокационные изображения со спутника и современные алгоритмы глубокого обучения. Ученые создали эффективный метод прямого расчета уровня воды используя лишь координаты точек берега. Ключ — в обнаружении краевой линии воды на спутниковых изображениях и увязке этих данных с цифровой моделью местности. Это дает совершенно новые возможности!
Созданная модель доказала свою эффективность и надежность! С ее помощью команда рассчитала колебания уровня величественного озера Хубсугул в Монголии за период с 2017 по 2021 год. Результаты поразительно точно совпали с реальными измерениями гидропостов. Максимальная разница не превысила 35 см — превосходный результат в столь сложных природных условиях!
Преимущества ясны:
Высокая точность: Дает надежные результаты там, где другие методы бессильны.
Оперативность: Позволяет проводить мониторинг почти в реальном времени, не дожидаясь редких экспедиций.
Простота: Избавлена от необходимости постоянного дорогостоящего сбора данных на месте.
Эта методика — настоящий глоток свежего воздуха для мониторинга поверхностных вод в невероятно сложных условиях и регионах с дефицитом данных! Она представляет неоценимую помощь для гидрологов и экологов по всему миру, открывая новые возможности для исследования и сохранения водных ресурсов нашей планеты!
Источник: scientificrussia.ru
