В целом использование гидродинамических моделей океана охватывает почти все стороны хозяйственной деятельности человека, начиная от прогнозирования погоды, как например прогнозирование тропических циклонов и явления Эль-Ниньо, предвычислить которые без океанических моделей невозможно и заканчивая моделями разливов нефти и мазута в случае аварий на добывающих платформах и танкерах. Будущее моделей океана представляется в их интеграции с атмосферными моделями [14]. Такие проекты как Flexible Modeling System (FMS), который объединяет в себе крупномасштабные и мелкомасштабные модели океанической циркуляции, и The Earth System Model (ESM), который должен соединить в единую систему модели океан-атмосфера с учетом химических, биологических, физических и экологических факторов, должны стать новым витком в прогнозировании данных не только об океане, но и обо всей сложной системе Земли.
Увеличение масштабов расчетов океанических моделей и рост систем наблюдения физико-химических параметров океана привел к интеграции таких систем с суперкомпьютерными и кластерными системами расчетов. Что привело к вхождению комплексов наблюдений и расчетов, таких как Монтерей, NEPTUNE, моделей WRF.III, MOM4 в единую инфраструктуру GRID. GRID [10, 11] – это географически распределенная инфраструктура, объединяющая множество ресурсов разных типов (процессоры, долговременная и оперативная память, хранилища и базы данных, сети), доступ к которым пользователь может получить из любой точки, независимо от места их расположения. GRID предполагает коллективный разделяемый режим доступа к ресурсам и к связанным с ними услугам в рамках глобально распределенных виртуальных организаций, состоящих из предприятий и отдельных специалистов, совместно использующих общие ресурсы. В каждой виртуальной организации имеется своя собственная политика поведения ее участников, которые должны соблюдать установленные правила. Виртуальная организация может образовываться динамически и иметь ограниченное время существования.
В связи с почти полным соответствием идеологии виртуальных организаций с научно-исследовательскими проектами технологии GRID используются во многих отраслях науки. В науках об океане развертывание инфраструктуры GRID сейчас находится на начальном этапе [12].
В 2005 году был начат проект LOOKING (Laboratory for the Ocean Observatory Knowledge INtegration Grid), который предполагает создание глобальной GRID-инфраструктуры непрерывного наблюдения за состоянием всего Мирового океана. В океане будет размещена густая сеть разнообразных приборов наблюдения за состоянием морского дна, водной среды и атмосферы, объектов живой и неживой природы. Данные со всех датчиков в режиме реального времени по специально развернутым телекоммуникационным каналам будут поступать с моря в заранее подготовленную инфраструктуру береговых центров хранения данных, при необходимости подвергаться разнообразной обработке с использованием ресурсов национальной вычислительной GRID-инфраструктуры. Исходные данные и результаты их обработки будут предоставляться различным группам потребителей: научному сообществу, образовательным учреждениям, национальным и региональным органам управления территориями, природоохранным организациям, морякам, рыбакам, военным, представителям бизнеса. Ближайшие цели проекта связаны с развертыванием систем оперативного мониторинга на нескольких небольших прибрежных акваториях вдоль Тихоокеанского побережья США, на которых будет проводиться отработка всех элементов LOOKING.
Проект Earth System Grid, задачей которого является моделирование глобальных климатических изменений, насчитывает уже около 100 терабайт исходных данных и 8 непрерывно работающих климатических моделей.
При разработке таких систем должна использоваться система стандартизированных GRID-служб, что обеспечит при необходимости возможность интеграции частных проектов в более крупные, вплоть до создания национальных и общемировых GRID-систем. Несмотря на то, что многие модели и исходные данные распространяются не в формате GRID систем, постепенно происходит перенос как моделей для обработки океанической информации, так и самих данных на платформу GRID. Однако из-за больших объемов требующей стандартизации информации и сложности организации работы моделей процесс перехода на инфраструктуру GRID затягивается.
В частности задача стандартизации оказалась не такой однозначной, появилось много новых служб, вслед за новыми достижениями в информационных технологиях модифицировались спецификации ранее введенных стандартов, непрерывно эволюционировали инструментальные средства разработки GRID-приложений, причем каждая новая версия существенным образом отличалась от предыдущей. Тем не менее, к настоящему времени достигнуты весьма впечатляющие результаты. В мире успешно функционируют сотни высокотехнологичных научных GRID-проектов, в работу которых вовлечены десятки тысяч ученых. Самым известным из них стал LGC (Large GRID for Collider), обеспечивающий работы большого адронного коллайдера.
Осознавая мировые тенденции в развитии информационных технологий поддержки научной деятельности, Президиум РАН на протяжении ряда последних лед включает GRID-тематику в свой Перечень программ фундаментальных исследований РАН. Так в Перечне на 2009 года под номером 1 указана программа «Проблемы создания национальной научной распределенной информационно-вычислительной среды на основе развития GRID- технологий и современных телекоммуникационных сетей». Тем не менее, несмотря на целенаправленные усилия Президиума РАН GRID-технологии в России пока не получили должного распространения. Технология интеграции всех собираемых данных об океане в одну систему на базе GRID на текущий момент является самой перспективной, поскольку уже разработаны алгоритмы работы с этими данными и протоколы их передачи и усвоения.
По результатам реферата можно сказать, что на текущий момент намечена четкая тенденция к объединению и укрупнению мелких, разрозненных наблюдений за состоянием акваторий мирового океана. Данные наблюдений синхронизируются, сортируются по измеряемым параметрам и обрабатываются комплексно. Основной чертой периода изучения Земли как единой системы можно считать именно комплексность проводимых исследований. На смену разрозненным наблюдениям за отдельными параметрами приходят исследовательские комплексы, позволяющие накапливать разнородные данные об одном и том же участке океана в режиме реального времени. Длительность работы подобных систем пока невелика в сравнении с периодом до системных наблюдений, но количество их растет с каждым годом. Начался процесс стандартизации форматов исходных наблюдений океана, например наблюдения CTD данных являются стандартом де-факто и отдельные наблюдения температуры или солености уже не рассматриваются как точные.
Океанические модели постепенно усваивают все больший объем накопленных данных, для их правильного усвоения уменьшается шаг сетки в моделях, что требует все больше вычислительных ресурсов и ресурсов для хранения информации. Постепенно укрупняются уже разработанные модели океана, происходит их объединение с моделями атмосферы, объединение моделей разных масштабов.
Столь большие интеграционные процессы затрагивают ученых из разных стран, вызывая необходимость объединяться в исследовательские группы для работы над конкретными проектами. Больше всего для подобных работ подходит стандарт виртуальных организаций в GRID системах, которые уже получили достаточное распространение в сфере физики высоких энергий и перенимаются другими отраслями науки, в том числе и наукой об океане. Уже существуют несколько крупных систем мониторинга океана, таких как проекты LOOKING и NEPTUNE, скорее всего в ближайшем будущем их охват будет увеличиваться и они будут интегрироваться с подобными более мелкими системами, образуя единую всемирную систему получения, анализа и предсказания данных об океане.
1) Харрисон Д. И., Доклад председателя группы ЮНЕСКО по океаническим наблюдениям для изучения климата, Париж, 2009, http://ioc-unesco.org/
2) Robert H. Stewart, Introduction to physical oceanography, Department of Oceanography, Texas A&M University, 2002, http://www.oceanographers.ru/index.php?id=1537&Itemid=263
3) Дарвин Дж. Г., Приливы и родственные им явления в солнечной системе, Москва, 1965.
4) Данилов С. А., Текущие и будущие изменения системы Земли, Интервью, Институт Альфреда Вегенера, 2009, http://www.oceanographers.ru/podcast/?p=110
5) Сайт “Водный мир”, http://waterworldblog.ru/archives/183
6) Белоненко Т. В., Колдунов В. В., и др., Изменчивость уровня северо-западной части Тихого океана, СПб, 2009
7) Сайт Глобального эксперимента по усвоению океанологических данных GODAE http://www.godae.org/
8) Сайт эксперимента по изучению залива Монтерей http://www.mbari.org/mb2006/
9) Сайт эксперимента NEPTUNE http://www.neptunecanada.ca/
10) Портал сообщества разработчиков GRID http://gridclub.ru/
11) Ian Foster, What is the GRID? A three point checklist, http://www-fp.mcs.anl.gov/~foster/Articles/WhatIsTheGrid.pdf
12) Фищенко В.К. GRID-технологии поддержки научных исследований в мире, России, ДВО РАН, ТОИ ДВО РАН
13) Герберт С. Бейли-младший, Плавание Челленджера, из книги Наука об океане, М., 1981
14) Сайт GFDL, Princeton University, http://www.gfdl.noaa.gov/ocean-model
15) WMO Technical regulations, volume 1 Manual of the Global Observing System, 2003, http://www.wmo.int/WMOPublications-ru/index_ru.html
16) Сайт проекта Ocenographers.ru http://www.oceanographers.ru
17) Шокальский Ю.М., Океанография, Ленинград, Гидрометиздат, 1959 г.