Семинары Центра наук о Земле МФТИ

Михаил Махотин, заведующий Лабораторией гидрологического режима Северного Ледовитого океана Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ), осветил основные направления океанологических исследований, проводимых институтом в Арктике и Антарктике. Михаил акцентировал внимание на инфраструктуре наблюдений, включающей стационарные точки на архипелагах Шпицберген и Северная Земля, гидрометеорологическую обсерваторию в Тикси, а также ледовую платформу “Северный полюс”. Особое внимание было уделено историческому контексту и современным возможностям платформы, которая оснащена необходимыми лабораториями и обеспечивает проведение круглогодичных исследований в высокоширотной Арктике.

Доклад посвящён уникальной гидрологической изменчивости эстуариев Камчатки, формируемой сочетанием речного стока, морских приливов и динамики рельефа. Представлена классификация типов эстуариев и обсуждаются результаты многолетних экспедиций (2002–2024 гг.), демонстрирующие масштабы изменчивости и их практическое значение.

На семинаре обсуждалась концепция гиперпараметризации в моделировании океанической динамики, в частности, использование данных для создания эмуляторов сложных процессов. Основное внимание уделялось методам, которые позволяют эмулировать процессы, когда прямое моделирование затруднено или невозможно из-за сложности и вычислительных затрат. Обсуждались различные подходы, включая использование нейронных сетей, дифференциальных уравнений и инновационные методы, такие как многослойные стохастические модели. Гиперпараметризация была представлена как способ улучшения климатических моделей путем создания ансамблей решений на основе одного хорошего решения. Были затронуты вопросы о необходимости точности и надежности таких эмуляций, а также обсуждались потенциал и ограничения предложенных методов.

На семинаре был представлен доклад по материалам диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Данила Борисова. На докладе обсуждались методы прогнозирования качества воздуха в Московском регионе с использованием химической транспортной модели CHIMERE и технологий машинного обучения. Основное внимание уделялось концентрациям озона и твердых частиц PM10 в атмосфере, которые оказывают значительное воздействие на здоровье человека. Используемая модель помогает учитывать антропогенные и биогенные выбросы, а также метеорологические условия для более точного моделирования загрязнений. Особый акцент был сделан на повышении качества прогнозов с помощью нейронных сетей, что позволяет более точно предсказывать эпизоды повышенного загрязнения. Несмотря на достигнутые успехи, остаются вызовы в прогнозировании сложных эпизодов, таких как дальний перенос загрязнений. Семинар подчеркнул важность интеграции современных технологий для улучшения экологических прогнозов и защиты здоровья населения.

Доклад посвящён разработке и применению методов статистического масштабирования для повышения пространственного разрешения полей приповерхностного ветра в прибрежных районах Баренцева и Карского морей. Актуальность работы обусловлена необходимостью получения более точных прогнозов ветра в Арктике, где климатические изменения и наличие мезомасштабных атмосферных явлений, таких как полярные мезоциклоны и новоземельская бара, оказывают существенное влияние на судоходство, прогноз ледовой обстановки и оценку ветровых ресурсов. В исследовании рассматриваются современные подходы к масштабированию — от динамических методов до нейросетевых архитектур, специально адаптированных для геофизических данных. Особое внимание уделено разработке объективных мер качества, позволяющих оценивать воспроизведение мезомасштабных структур. Результаты работы создают основу для более надёжного высокоразрешённого моделирования атмосферных процессов в арктических морях и их интеграции в прикладные задачи, включая обеспечение безопасности Северного морского пути и развитие возобновляемой энергетики.