Обнаружение скрытых моделей стока в прибрежных водах вероятно приведет к более быстрому реагированию на бедствия
Ежегодно Береговая охрана США выполняет тысячи поисково-спасательных операций на море. В ситуациях, когда важна каждая минута, крайне важно иметь под рукой наиболее эффективные данные и алгоритмы моделирования океана, по информации портала ascania-nova.org.
Исследователи из Virginia Tech являются частью многоинституциональной группы, использующей математические методы с моделями океана и экспериментами, чтобы лучше понять модели поверхностного потока и скрытые структуры потока. Обладая более точными данными моделирования, группы реагирования могут лучше прогнозировать сетку области поиска с воздуха и сокращать время экстренного реагирования, когда жизни находятся на линии.
В этом исследовании, опубликованном в Nature Communications 26 мая, исследовательская группа обнаружила скрытые переходные притягивающие профили - или TRAP - в данных о скорости поверхности океана. Эти переходные притягивающие профили действуют как краткосрочные зоны сбора для всех плавающих объектов, мусора, а также людей в воде. При включении в алгоритмы поиска и спасания местоположения TRAP дают более точный прогноз по регионам, чтобы сосредоточить усилия поиска.
«С того момента, как их предупредили о том, что кто-то потерян, поисково-спасательные команды используют сложное программное обеспечение, чтобы попытаться определить последнее известное место в воде, определить, сколько времени прошло, и сделать лучший прогноз того, как далеко они дрейфуют. "сказал Шейн Росс, профессор кафедры аэрокосмической и океанической техники им. Кевина Т. Крофтона. «Благодаря совершенствованию моделирования дрейфующих объектов в нестационарных потоках, поисковые команды будут иметь более эффективные вычисления вероятностей, которые позволят им установить более узкую сетку поиска и сделать более быстрые и безопасные спасательные операции».
Текущие модели потока, используемые в поисково-спасательных операциях, учитывают динамику океана, прогноз погоды и наблюдения на месте, такие как самонаводящиеся буи базовых маркеров, развернутые с воздуха. По данным исследовательской группы, даже при использовании моделей океана с высоким разрешением и улучшенного прогнозирования погоды планирование поиска и спасания все еще основано на традиционных методах, и спасатели полагаются на свои догадки так же, как и на сложные инструменты прогнозирования.
Вычислительные инструменты могут предсказать, как частицы или объекты транспортируются и выявить области потока, где дрейфующие объекты могут сходиться. В инженерном плане эти модели называются лагранжевыми когерентными структурами. К сожалению, расчет лагранжевых структур часто может быть трудоемким и вычислительно дорогим.
Для использования в сценариях реагирования на бедствия профили переходного притяжения легко интерпретируются и могут быть мгновенно вычислены и обновлены на основе снимков данных о скорости океана. Это исключает очень дорогие и своевременные вычисления, особенно когда краткосрочные прогнозы критически важны для поиска и спасания. Через шесть часов вероятность спасения людей живыми значительно падает.
Эти привлекательные профили, где люди в воде могут собираться, обеспечивают постоянно обновляемые и весьма специфические пути поиска. На вставке изображена лодка-мигрант, опрокинутая 12 апреля 2015 года в Средиземном море.
Чтобы доказать прогнозирующее влияние переходных профилей притяжения в прибрежных водах? - или определить регионы, в которых предметы или люди могут накапливаться с наибольшей вероятностью в течение двух-трех часов? - исследовательская группа провела множество полевых экспериментов у побережья Мартас-Винъярд в Массачусетсе.
Используя как дрифтеры «Эксперимент по динамике прибрежного океана», так и манекены OSCAR Water Rescue Training весом 180 фунтов, цели были выпущены вокруг областей прогнозируемых переходных профилей притяжения с помощью устройств слежения GPS, которые сообщали о местоположении каждые пять минут. Даже без учета сопротивления ветра или инерционных эффектов исследователи наблюдали, что ловушки неизменно притягивали плавающие дрифтеры и манекены в воде в течение двух-трех часов.
Выявление профилей переходного притяжения по данным о скорости поверхности океана также может оказать существенное влияние на сдерживание экологических катастроф, таких как катастрофические разливы нефти. TRAP предоставляют критически важную информацию для групп реагирования на экологические угрозы и могут ограничить распространение токсичных материалов и уменьшить вредное воздействие на окружающие экологические системы.
Предыдущая статья
Следущая статья
Вернуться