Настоящая научно-исследовательская работа посвящена всестороннему анализу океанографических условий, влияющих на промысел рыб в Норвежском море, а также в Южно-Курильской промысловой зоне, с применением современных методов моделирования и анализа данных.
Основной целью работы является разработка и апробация методики статистического прогнозирования мест скоплений промысловых видов рыб, основанной на выявлении и анализе океанических фронтов и вихревых структур.
Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла. Раздел 1 детально описывает разработанный алгоритм для анализа распределения атлантической скумбрии в Норвежском море. Изучается зависимость распределения этого вида от изменчивости океанологических условий, включая термохалинные (температура, соленость, плотность) и динамические (лагранжевы индикаторы, поля геострофических скоростей). Особое внимание уделено лагранжеву моделированию, использующему данные реанализа GLORYS12V1 и альтиметрии AVISO для расчета динамических характеристик. Подробно представлены используемые данные и методы расчета и анализа динамических и термохалинных фронтальных зон. Разработан статистический анализ с использованием гистограмм для выявления закономерностей в распределении промысловых скоплений относительно фронтальных структур. Процесс разработки и апробации объективной методики выделения фронтальных зон является центральным элементом данного этапа.
Верификация методики на примере японской скумбрии в Южно-Курильской промысловой зоне. В разделе 2 методика, разработанная для Норвежского моря, проходит проверку и адаптацию для другого региона и вида рыб. Описываются этапы исследования и решаемые задачи, связанные с анализом промысловых планшетов японской скумбрии. Проводится верификация океанографических реанализов, используемых в Южно-Курильской зоне. Детально излагается алгоритм анализа распределения гидрологических характеристик и их градиентов применительно к японской скумбрии, с использованием гистограмм для визуализации результатов. Представлена блок-схема алгоритма, наглядно демонстрирующая последовательность действий. Анализируется пространственное распределение промысловых скоплений относительно фронтальных характеристик, а также распределения характеристик квазиоднородного слоя (MLD) в местах вылова и по всему промысловому району. Отдельное внимание уделяется градиенту лагранжевой характеристики S как индикатору динамических фронтов и особенностям гидрологических условий во фронтальных зонах.
Влияние параметров среды на фенологию весеннего «цветения» фитопланктона в Норвежском море. Раздел 3 посвящен исследованию влияния фенологии весеннего цветения фитопланктона на продуктивность и условия промысла. Подробно описан метод определения сроков весеннего «цветения» с использованием спутниковых данных. Проводится анализ спутниковых данных для морей Северо-Европейского бассейна, что позволяет оценить межгодовую изменчивость этого ключевого биологического процесса и его связь с абиотическими факторами.
Применение и сравнение методов идентификации фронтальных зон для анализа условий промысла рыб в Норвежском море. В разделе 4 проводится сравнительный анализ эффективности различных подходов к выделению фронтальных зон. Исследуются данные об уловах атлантической скумбрии и их пространственно-временное распределение. Детально рассматривается лагранжево моделирование по данным реанализа GLORYS12V1 и спутниковой альтиметрии, а также анализ градиентов динамических и термохалинных характеристик. Проводится сравнение основных промысловых зон в Норвежском море. Значительное внимание уделено исследованию фронтогенеза и сравнительной оценке продукта реанализа GLORYS12V1 и спутниковых данных MODIS. Результаты анализа карт эйлеровых и лагранжевых характеристик по GLORYS12V1 и AVISO используются для анализа фронтальных зон в районах российского промысла. В завершение исследуется связь гидрологического режима с изменениями количества динамических особых точек в промысловых районах Норвежского моря.
Данная работа носит фундаментальный характер, поскольку фокусируется на расширении теоретических знаний об океанографических процессах, их статистических характеристиках и закономерностях, лежащих в основе формирования среды обитания морских гидробионтов. Полученные результаты имеют важное значение для разработки инструментария мониторинга и прогнозирования в рыбохозяйственной науке, предоставляя объективные методы оценки океанографических условий, критически влияющих на распределение промысловых скоплений.
Наша научно-исследовательская работа сосредоточена на том, чтобы помочь рыбакам находить рыбу более эффективно. Мы изучаем, как океанские условия, такие как фронты (границы разных водных масс) и вихри (круговороты воды), влияют на то, где собираются большие скопления рыбы, например, атлантической скумбрии в Норвежском море и японской скумбрии в Южно-Курильской зоне. Для этого мы разработали специальную методику, используя спутниковые данные о температуре и солености воды, а также сложные компьютерные модели, которые показывают, как движутся водные массы (лагранжево моделирование). Мы определяем "горячие точки" в океане, где условия наиболее благоприятны для рыбы, а затем проверяем наши предсказания по реальным данным о вылове. Кроме того, мы анализируем "цветение" фитопланктона – основы пищевой цепи океана, чтобы лучше понять, где будет много корма. Вся эта работа помогает нам создать инструмент для более точного прогнозирования мест скоплений рыбы, что, в свою очередь, позволит рыбакам экономить время и топливо, снижать нагрузку на рыбные запасы и делать промысел более устойчивым. Это фундаментальное исследование расширяет наши знания об океане и предлагает новые решения для рыбохозяйственной науки.
Проект СПбГУ "Анализ океанографических условий промысла рыб в Норвежском море на основе лагранжева моделирования" (май-ноябрь 2025 г.) развил комплексный подход к изучению влияния океанологических условий на формирование промысловых скоплений.
Ключевые достижения:
Интеграция методов: Впервые в отечественной практике объединена методология, использующая спутниковые данные (AVISO, MODIS), океанографические реанализы (GLORYS12V1) и лагранжево моделирование течений для динамической оценки влияния циркуляции на распределение промысловых объектов.
Выявление ключевых зон: Разработаны и применены методы анализа полей скорости, температуры, солености и плотности, позволившие построить карты динамических фронтов и областей повышенной гидродинамической активности. Выделены зоны, где мезо- и субмезомасштабные процессы создают устойчивые условия для концентрации биомассы.
Связь с фронтами: Установлено, что распределение промысловых участков атлантической скумбрии имеет выраженное тяготение к динамическим и плотностным фронтам, особенно выделенным по лагранжевому индикатору S. Выловы тяготеют к "быстрой" стороне фронтов, что связано с повышением продуктивности.
Фенология фитопланктона: Выявлены устойчивые межгодовые тенденции в фенологии весеннего "цветения" фитопланктона в Норвежском море: увеличение интенсивности цветения при относительной стабильности сроков. Подтверждена связь между биологической продуктивностью и динамикой течений.
Роль вихрей: На примере Лофотенского вихря и других устойчивых структур показана ключевая роль мезомасштабных вихрей в процессах переноса, удержания водных масс, биогенных элементов и аккумуляции биологического вещества.
Новая методика выделения фронтов: Разработана и апробирована универсальная методика объективного выделения фронтальных зон на основе статистического анализа градиентов океанологических характеристик, исключающая субъективность.
Межгодовая изменчивость: Показано, что влияние вихревой активности и фронтальных процессов на формирование промысловых скоплений имеет выраженный межгодовой характер, определяя изменчивость промысловой обстановки.
Универсальность и применимость: Разработанный методический аппарат универсален и может быть адаптирован для других регионов (включая северо-западную часть Тихого океана) и задач, таких как прогноз перемещения пассивных примесей (радиоактивные вещества, микропластик).
Практическая ценность: Результаты применимы для планирования морских экспедиций, выбора участков для гидрологических станций и разработки систем поддержки принятия решений в управлении промыслом, оптимизации распределения промысловых усилий.
Научный задел: В рамках проекта опубликовано 13 статей (4 в Q1/Q2 журналах), сделано более 10 докладов, защищены две диссертации (докторская и кандидатская). Создан обширный научный задел для дальнейшего развития проекта.
Проект СПбГУ «Анализ океанографических условий промысла рыб в Норвежском море на основе лагранжева моделирования» (ID PURE 129659573), выполненный в период май-ноябрь 2025 г., был нацелен на развитие комплексного подхода к изучению океанологических условий формирования промысловых скоплений. Впервые в отечественной практике была реализована методология, объединяющая спутниковые данные, результаты океанографических реанализов и численное моделирование лагранжевых характеристик течений для интерпретации поведения гидробионтов в районах активного промысла.
Раздел 1. Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла атлантической скумбрии в Норвежском море
Разработан детальный алгоритм анализа распределения атлантической скумбрии, учитывающий зависимость её скоплений от изменчивости термохалинных (температура, соленость, плотность) и динамических (лагранжевы индикаторы, поля геострофических скоростей) океанологических условий (п. 1.1).
Активно использовано лагранжево моделирование по данным реанализа GLORYS12V1 и альтиметрии AVISO для расчета динамических характеристик (п. 1.2, 1.3).
Выполнен расчет и анализ динамических и термохалинных фронтальных зон. На основе рассчитанных лагранжевых характеристик (инварианта S, дивергенции и долголетних гиперболических точек) построены карты динамических фронтов и областей повышенной гидродинамической активности. Эти данные позволили выделить зоны, где мезо- и субмезомасштабные процессы создают устойчивые условия для концентрации биомассы и формирования промысловых скоплений (п. 1.4).
Применен статистический анализ с использованием гистограмм для выявления закономерностей в распределении промысловых скоплений относительно фронтальных структур. Показано, что распределение промысловых участков имеет выраженное тяготение к динамическим и плотностным фронтам. Особенно тесная связь наблюдается с фронтальными зонами, выделенными по лагранжевому индикатору S, отражающему квазистационарные границы между различными водными массами. Выявлена тенденция приуроченности выловов к «быстрой» стороне фронта (п. 1.5).
Разработана и апробирована методика объективного выделения фронтальных зон по градиентам различных океанологических характеристик. Предложенный алгоритм основан на статистическом анализе функции распределения значений градиента, что исключило субъективность выбора порогов и обеспечило воспроизводимость результатов (п. 1.6).
Раздел 2. Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла японской скумбрии в Южно-Курильской промысловой зоне
Проведена верификация разработанной методики на примере японской скумбрии в Южно-Курильской промысловой зоне, что подтвердило её универсальность и адаптивность к различным регионам и видам рыб (п. 2.1, 2.3).
Выполнена верификация океанографических реанализов, используемых для этого региона (п. 2.2).
Проанализированы пространственное распределение промысловых скоплений относительно фронтальных характеристик и распределения значений квазиоднородного слоя (MLD) (п. 2.6, 2.7).
Изучены особенности гидрологических условий во фронтальных зонах и их связь с градиентом лагранжевой характеристики S (п. 2.8, 2.9).
Раздел 3. Влияние параметров среды на фенологию весеннего «цветения» фитопланктона в Норвежском море
Исследовано влияние фенологии весеннего цветения фитопланктона на продуктивность и условия промысла (п. 3.1).
Использованы спутниковые данные за 1998–2022 годы, что позволило выявить устойчивые межгодовые тенденции: в Норвежском море интенсивность весеннего цветения постепенно увеличивается, а сроки начала и продолжительности цветения сохраняются относительно стабильными (п. 3.2, 3.3).
Подтверждена тесная связь между биологической продуктивностью (частотой весеннего цветения) и динамикой течений, выражающаяся в повышенной концентрации промысловых ресурсов в районах с высокой фронтальной активностью.
Раздел 4. Применение и сравнение методов идентификации фронтальных зон для анализа условий промысла рыб в Норвежском море
Проведён комплексный анализ данных об уловах атлантической скумбрии и их пространственно-временного распределения (п. 4.1).
Выполнено сравнение эффективности различных подходов к выделению фронтальных зон, включая лагранжево моделирование по данным реанализа GLORYS12V1 и спутниковой альтиметрии (п. 4.2).
Изучены градиенты динамических и термохалинных характеристик, проведено сравнение основных промысловых зон (п. 4.3, 4.4).
Уделено значительное внимание исследованию фронтогенеза и сравнительной оценке продукта реанализа GLORYS12V1 и спутниковых данных MODIS (п. 4.5, 4.6).
Результаты анализа карт эйлеровых и лагранжевых характеристик по GLORYS12V1 и AVISO использованы для анализа фронтальных зон в районах российского промысла (п. 4.7, 4.8).
Исследована связь гидрологического режима с изменениями количества динамических особых точек в промысловых районах Норвежского моря. Показано, что влияние вихревой активности и фронтальных процессов имеет выраженный межгодовой характер: периоды усиления антициклонической циркуляции сопровождаются концентрацией скумбрии, а ослабление — более рассеянным распределением промысловых объектов (п. 4.9).
На примере Лофотенского вихря показана ключевая роль мезомасштабных вихрей в процессах переноса, удержания водных масс, биогенных элементов и аккумуляции биологического вещества.
Общий вклад и применимость:
Разработанный методический аппарат является универсальным, может быть адаптирован для других регионов и задач, включая прогноз перемещения пассивных примесей (радиоактивные вещества, биогенные элементы, микропластик), что придаёт исследованию междисциплинарную направленность.
Результаты проекта имеют практическое значение для планирования морских экспедиций, выбора участков для гидрологических станций и разработки систем поддержки принятия решений в области управления промыслом.
Научный и кадровый задел (Раздел 1.7, 2.10, 3.4, 5):
В ходе проекта опубликованы 13 статей в рецензируемых изданиях (4 в Q1/Q2 журналах), сделано более 10 докладов на конференциях. Более 10 статей поданы в печать, из которых 3 приняты.
Защищены две диссертации: докторская (Башмачников И.Л.) и кандидатская (Травкин В.С.).
Создан обширный научный задел и кадровый потенциал для продолжения работы по проекту в 2026 г.
Таким образом, исследование показало, что использование лагранжевых методов в сочетании с традиционными океанографическими подходами существенно повышает точность описания динамических процессов и выявляет ключевые механизмы, определяющие пространственно-временную изменчивость промысловых объектов. Разработанные алгоритмы и полученные результаты создают основу для построения прогнозных моделей для научных и прикладных задач управления морскими ресурсами.
Проект СПбГУ по лагранжевому моделированию океанографических условий промысла рыб (май-ноябрь 2025 г.) разработал и апробировал комплексную методику статистического прогнозирования скоплений рыбы, объединяя спутниковые данные, океанографические реанализы и лагранжево моделирование течений.
Основные достижения:
Усовершенствован анализ промысловых зон: Разработан алгоритм, демонстрирующий тесную связь между распределением атлантической скумбрии (Норвежское море) и японской скумбрии (Южно-Курильская зона) с динамическими и плотностными фронтами, особенно выделенными лагранжевым индикатором S. Выловы тяготеют к "быстрой" стороне фронтов.
Создана объективная методика выделения фронтов: Разработан статистический алгоритм, исключающий субъективность при определении фронтальных зон.
Изучено влияние фитопланктона: Выявлено увеличение интенсивности весеннего "цветения" фитопланктона в Норвежском море и подтверждена его связь с высокой продуктивностью и фронтальной активностью.
Подтверждена роль вихрей: Показана ключевая роль мезомасштабных вихрей (например, Лофотенского) в концентрации биомассы и формировании промысловых скоплений, а также в переносе веществ.
Оценена межгодовая изменчивость: Установлено, что активность вихрей и фронтов существенно влияет на межгодовую изменчивость промысловой обстановки, являясь индикаторами продуктивности.
Методика универсальна: Разработанный аппарат применим для разных регионов (Норвежское море, Южно-Курильская зона) и видов рыб, а также для прогноза перемещения других пассивных примесей.
Практическое применение: Результаты могут быть использованы для планирования экспедиций, выбора участков и поддержки принятия решений в управлении промыслом.
Высокий научный задел: Проект привел к 13 публикациям (4 в Q1/Q2), более 10 докладам, защите докторской и кандидатской диссертаций.
Вклад исполнителей в выполнение НИР
Руководитель НИР:
Т. В. Белоненко (профессор, д.г.н.)
Общее научное руководство проектом.
Формулирование Введения (определение цели, задач, актуальности, научной новизны и практической значимости исследования).
Написание Заключения (обобщение основных результатов, выводов и перспектив).
Значительный вклад в методологическое обеспечение и анализ результатов Раздела 1 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла атлантической скумбрии в Норвежском море").
Значительный вклад в методологическое обеспечение и анализ результатов Раздела 2 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла японской скумбрии в Южно-Курильской промысловой зоне").
Ответственный исполнитель:
М. В. Будянский (ведущий научный сотрудник, к.ф.-м.н.)
Координация выполнения работ по проекту.
Разработка и реализация методик, алгоритмов и программного обеспечения для Раздела 1 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла атлантической скумбрии в Норвежском море"), включая лагранжево моделирование, расчет и анализ фронтальных зон, статистический анализ и разработку методики объективного выделения фронтальных зон (п. 1.2, 1.4, 1.5, 1.6).
Разработка и реализация методик, алгоритмов и программного обеспечения для Раздела 2 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла японской скумбрии в Южно-Курильской промысловой зоне"), включая верификацию реанализов, алгоритмы анализа распределения гидрологических характеристик, гистограммы, блок-схемы, анализ пространственного распределения скоплений и MLD, градиенты лагранжевых характеристик (п. 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9).
Исполнители:
И. Л. Башмачников (доцент, к.г.н.)
Вклад в методологическую разработку и проведение анализа в Разделе 1 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла атлантической скумбрии в Норвежском море"), особенно в части зависимости распределения атлантической скумбрии от океанологических условий и используемых данных (п. 1.1, 1.3).
Примечание: Защита докторской диссертации 05.02.2025 по теме «Мезомасштабные подповерхностные вихри и их проявления на поверхности океана» связана с тематикой проекта и, вероятно, отражает его научный вклад.
П. В. Лобанова (доцент, к.г.н.)
Участие в подготовке Введения.
Ведущий вклад в выполнение Раздела 3 ("Влияние параметров среды на фенологию весеннего «цветения» фитопланктона в Норвежском море"), включая изучение влияния фенологии цветения на продуктивность, разработку метода определения сроков цветения и анализ спутниковых данных (п. 3.1, 3.2, 3.3).
А. А. Дидов (младший научный сотрудник, к.ф.-м.н.)
Участие в подготовке Введения.
Вклад в выполнение Раздела 1 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла атлантической скумбрии в Норвежском море"), в частности в части лагранжева моделирования и анализа данных (п. 1.2, 1.3).
Значительный вклад в выполнение Раздела 4 ("Применение и сравнение методов идентификации фронтальных зон для анализа условий промысла рыб в Норвежском море"), включая анализ данных об уловах, лагранжево моделирование, расчет градиентов, исследование фронтогенеза, сравнительную оценку реанализа и спутниковых данных, построение карт характеристик и анализ связи гидрологического режима с динамическими точками (п. 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9).
Н. В. Сандалюк (старший научный сотрудник, к.г.н.)
Участие в подготовке Введения.
Вклад в выполнение Раздела 3 ("Влияние параметров среды на фенологию весеннего «цветения» фитопланктона в Норвежском море"), особенно в части анализа спутниковых данных и их связи с продуктивностью промысла (п. 3.1, 3.3).
Е. В. Новоселова (младший научный сотрудник, к.г.н.)
Участие в подготовке Введения.
Вклад в выполнение Раздела 1 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла атлантической скумбрии в Норвежском море"), вероятно, в части статистического анализа и обработки данных.
Вклад в выполнение Раздела 2 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла японской скумбрии в Южно-Курильской промысловой зоне"), вероятно, в части статистического анализа, гистограмм и обработки промысловых планшетов.
М. А. Лебедева (инженер-исследователь)
Участие в подготовке Введения.
Вклад в выполнение Раздела 2 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла японской скумбрии в Южно-Курильской промысловой зоне"), вероятно, в части обработки данных, построения гистограмм и блок-схем (п. 2.4, 2.5).
Вклад в выполнение Раздела 4 ("Применение и сравнение методов идентификации фронтальных зон для анализа условий промысла рыб в Норвежском море"), вероятно, в части обработки данных, построения карт и сравнительной оценки.
Подготовка материалов для Раздела 5 ("Отражение результатов исследований по гранту СПбГУ в средствах массовой информации").
В. С. Травкин (инженер-исследователь)
Участие в подготовке Введения.
Вклад в выполнение Раздела 1 ("Методика анализа распределения значений гидрологических характеристик и их градиентов в местах промысла атлантической скумбрии в Норвежском море"), особенно в части обработки и анализа данных, возможно, связанных с лагранжевым моделированием.
Примечание: Защита кандидатской диссертации 15.10.2025 по теме «Особенности проявления мезомасштабной вихревой динамики в различных частях Мирового океана» также тесно связана с тематикой проекта и отражает его вклад.
Применение междисциплинарного подхода в данном исследовании обусловлено комплексностью проблемы прогнозирования скоплений промысловых рыб. Эффективное решение этой задачи требует интеграции знаний и методов из различных областей:
Океанографии: для понимания динамики водных масс, фронтальных зон и вихрей.
Биологии моря (ихтиологии): для изучения поведения и предпочтений промысловых видов.
Дистанционного зондирования Земли: для получения обширных спутниковых данных.
Численного моделирования и математической статистики: для обработки и анализа больших массивов данных, построения прогностических моделей.
Только такое синергетическое объединение позволяет перейти от разрозненных наблюдений к глубокому пониманию взаимосвязей между физическими процессами в океане и биологическим откликом, что является ключом к созданию реалистичных и эффективных методик прогнозирования распределения морских биоресурсов
Межотраслевой подход в данном проекте критически важен, поскольку решаемая задача прогнозирования промысловых скоплений находится на стыке науки (океанография, морская биология) и практики (рыболовная отрасль). Он обусловлен необходимостью:
Актуализации научных исследований: Обеспечение релевантности и применимости научных результатов для нужд реального сектора экономики – рыбопромышленного комплекса.
Эффективного сбора данных: Привлечение практических данных от хозяйствующих субъектов (например, промысловых планшетов) для верификации и обогащения научных моделей.
Внедрения инноваций: Передача разработанных научных методик и инструментов для их практического использования в повседневной деятельности рыболовных компаний и государственных регулирующих органов.
Экономической и экологической устойчивости: Создание решений, которые одновременно повышают эффективность промысла и способствуют рациональному использованию морских биоресурсов, обеспечивая долгосрочную устойчивость отрасли.
Таким образом, межотраслевое взаимодействие превращает фундаментальные научные знания в конкретные инструменты и рекомендации, имеющие непосредственную ценность для экономики и способствующие устойчивому развитию рыболовства.
| Краткое название | GZ-2025 |
|---|
| Акроним | GZ_F_2024 - 2 |
|---|
| Статус | Выполняется |
|---|
| Эффективные даты начала/конца | 1/01/25 → 31/12/25 |
|---|
