ზღვისა და ატმოსოსფეროს გეოფიზიკური პროცესების მათემატიკური მოდელირების სექტორი

 

დემეტრაშვილი დემური    –  სექტორის ხელმძღვანელი

სურმავა ალექსანდრე   –  უფროსი მეცნიერი თანამშრომელი

კვარაცხელია  დიანა    –   უფროსი მეცნიერი თანამშრომელი

კუხალაშვილი ვეფხია  –  მეცნიერი თანამშრომელი

გვილავა მამუკა – სპეციალისტი

 

1989 წელს ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორის ავთანდილ კორძაძის ხელმძღვანელობით საქართველოს მეცნიერებათა აკადემიის გეოფიზიკის ინსტიტუტში ჩამოყალიბდა ზღვის დინამიკის განყოფილება (შემდგომში, ზღვისა და ატმოსფეროს გეოფიზიკური პროცესების მათემატიკური მოდელირების სექტორი, ხოლო ამჟამად, ზღვისა და ატმოსფეროს დინამიკის მოდელირების სექტორი), რომელმაც საფუძველი დაუდო ინსტიტუტისათვის შედარებით ახალ მიმართულებას – შავი ზღვისა და ატმოსფეროს ჰიდროთერმოდინამიკური და ეკოლოგიური პროცესების შესწავლას მათემატიკური მოდელირების საფუძველზე. სამწუხაროდ, განყოფილების დაარსება და ფუნქციონირება დაემთხვა დიდი კატაკლიზმების პერიოდს, რამაც არსებითი ნეგატიური გავლენა იქონია ჩვენი ქვეყნის სოციალურ და ეკონომიკურ მდგომარეობაზე. მიუხედავად იმისა, რომ ასეთ ვითარებაში ძალზედ რთული აღმოჩნდა მეცნიერული საქმიანობა ჩვენს ქვეყანაში, სექტორში არ შეწყვეტილა სამეცნიერო-კვლევითი სამუშაოები და დღეისათვის სექტორში ჩატარებულ გამოკვლევებსა და სამეცნიერო პუბლიკაციებს იცნობენ ჩვენი ქვეყნის ფარგლებს გარეთაც.

 

სექტორში კვლევის ძირითადი მიმართულებებია:

შავ ზღვაში მიმდინარე დინამიკური პროცესების მათემატიკური მოდელირება;

შავი ზღვის რეგიონული პროგნოზული სისტემის გაუმჯობესებული ვერსიების შემუშავება 

   შავი ზღვის საქართველოს აკვატორიისათვის;

– კავკასიის რეგიონის ატმოსფეროში მიმდინარე ჰიდროთერმოდინამიკური პროცესების 

  მათემატიკური მოდელირება; 

-ბუნებრივ გარემოში (ზღვა, ატმოსფერო, ნიადაგი) ანთროპოგენური მინარევების გავრცელების 

  კანონზომიერებათა შესწავლა მათემატიკური მოდელირების საფუძველზე. 

 

აღნიშნული მიმართულებების ფარგლებში სექტორში შემუშავებულია მთელი რიგი მათემატიკური მოდელებისა, სახელდობრ:

  • შავი ზღვის დინამიკის ბაროტროპული მოდელი;
  • შავი ზღვის დინამიკის ბაროკლინური მოდელი 10 და 5 კმ სივრცითი გარჩევისუნარიანობით;
  • მაღალი გარჩევისუნარიანი შავი ზღვის დინამიკის რეგიონული მოდელი შავი ზღვის განაპირა აღმოსავლეთ აკვატორიისათვის (1 კმ სივრცითი ბიჯით);
  • რეგიონული და მეზომასშტაბური ატმოსფერული პროცესების არასტაციონარული ჰიდროდინამიკური მოდელები შემოსაზღვრული ტერიტორიისათვის;
  • შავ ზღვაში არაკონსერვატიულ დამაჭუჭყიანებელ ნივთიერებათა გავრცელების ორი და სამგანზომილებიანი მათემატიკური მოდელები;
  • ზღვის აუზში დაჭუჭყიანების წყაროს მდებარეობის განსაზღვრის მათემატიკური

       მეთოდი;

  • ატმოსფეროში, მდინარეებსა და ნიადაგში სხვადასხვა ანთროპოგენური მინარევების გავრცელების არასტაციონარული რიცხვითი მოდელები.
  • შემუშავებულია შავი ზღვა-ატმოსფერო-ნიადაგის, როგორც ერთიანი ჰიდროთერმოდინამიკური სისტემის მათემატიკური მოდელის სტრუქტურა და თეორიული საფუძვლები.

 

სექტორის ფუნქციონირების მანძილზე მისი მცირერიცხოვანი კოლექტივის მიერ გამოქვეყნებულია 200-ზე მეტი სამეცნიერო ნაშრომი რესპუბლიკისა და უცხოეთის მაღალრეიტინგულ გამოცემებში. სექტორის თანამშრომელთა ძირითადი ბირთვი მრავალი საერთაშორისო სამეცნიერო კონფერენციების მონაწილეა.

 

სექტორი მონაწილეობდა შემდეგ საერთაშორისო და ეროვნულ სამეცნიერო გრანტებში:

  • NATO– ს პროგრამის „მეცნიერება მშვიდობისათვის“ ფარგლებში განხორციელებულ პროექტი (sfp 971818) „შავი ზღვის ეკოსისტემაში მიმდინარე პროცესებიდა მათი პროგნოზირება. ოპერატიულ მონაცემთა ბაზების მენეჯმენტის სისტემა“ (1999-2003);

 

  • ევროკავშირის სამეცნიერო-ტექნიკური პროექტი ARENA (A Regional Capacity Building and Networking Programme to Upgrade Monitoring and Forecasting Activity in the Black Sea Basin) –„რეგიონული ქსელის ორგანიზაციის პროგრამა შავი ზღვის აუზში მონიტორინგისა და პროგნოზული საქმიანობის მოდერნიზაციის მიზნით“ (2003-2006);

 

  • BSEC – is სამეცნიერო proeqtiჰიდრო და თერმოდინამიკური პროცესები შავი ზღვა-ხმელეთი-ატმოსფეროს სისტემაში და რეგიონული კლიმატი. მონიტორინგისა და პროგნოზის სისტემის საფუძვლების შემუშავება“ (20052006);

 

  • ევროკავშირის სამეცნიერო-ტექნიკური პროექტი Black Sea SCENE (The Black Sea Scientific Network) – „შავი ზღვის სამეცნიერო ქსელი“  (2005-2008);

 

  • ევროკავშირის სამეცნიერო-ტექნიკური პროექტი ECOOP (European COastal – Shelf Sea Operational Observing and Forecasting System) – „ევროპის სანაპირო შელფური ზღვების ოპერატიული დაკვირვებისა და პროგნოზის სისტემა“ (2006-2009);

 

  • საფრანგეთის ეროვნული სამეცნიერო ფონდის საერთაშორისო სამეცნიერო პროექტი ADAMS (Advance Assimilation Methods) – „გაუმჯობესებული ასიმილაციის მეთოდები(20082010).

 

–        ევროკავშირის სამეცნიერო-ტექნიკური  პროექტი Upgrade Black Sea SCENE (Upgrade Black Sea

         Scientific Network)შავი ზღვის გაუმჯობესებული სამეცნიერო ქსელი“ (2009-2011);

 

–    შოთა რუსთაველის ეროვნული სამეცნიერო ფონდის გამოყენებითი მიმართულების

გრანტი ავი ზღვის აღმოსავლეთ ნაწილის მდგომარეობის რეგიონული პროგნოზის

         სისტემის სრულყოფა და გაფართოება დამაჭუჭყიანებელ ნივთიერებათა გავრცელების

         პროგნოზის გათვალისწინებით“  (2013-2015).

სექტორში მომზადებულია 20 – მდე სამაგისტრო ნაშრომი ივ. ჯავახიშვილის სახ. თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის გამოყენებითი მათემატიკისა და კომპიუტერულ მეცნიერებათა ფაკულტეტის სტუდენტების მიერ, დაცულია ერთი საკანდიდატო (დ. კვარაცხელია) და სამი სადოქტორო დისერტაცია (ა. გირგვლიანი, დ. დემეტრაშვილი, ა. სურმავა,).

 

უნდა აღინიშნოს, რომ ბოლო 10-15 წლის შავი ზღვის ოკეანოგრაფიის ერთ-ერთი დიდი მიღწევაა შავი ზღვის მდგომარეობის დიაგნოზისა და პროგნოზის სისტემის შემუშავება, რომლის ერთ-ერთი კომპონენტია სექტორში შემუშავებული რეგიონული პროგნოზის სისტემა შავი ზღვის აღმოსავლეთ ნაწილისათვის (ავტორები: ა. კორძაძე, დ. დემეტრაშვილი). რეგიონული პროგნოზის სისტემა, რომელიც მოიცავს შავი ზღვის საქართველოს სექტორსა და მის მიმდებარე აკვატორიას, შემუშავებულია შავიზღვისპირა ქვეყნების წამყვან სამეცნიერო ცენტრებთან თანამშრომლობით ევროკავშირის საერთაშორისო სამეცნიერო-ტექნიკური პროექტების ARENA  და ECOOP ფარგლებში, რომელსაც კოორდინაციას უწევდა უკრაინის მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის ზღვის ჰიდროფიზიკის ინსტიტუტი (ქ. სევასტოპოლი). რეგიონული სისტემის შემდგომი სრულყოფა მასში მინარევების გავრცელების ამოცანების ჩართვის გზით განხორციელდა შოთა რუსთაველის ეროვნული სამეცნიერო ფონდის გრანტის ფარგლებში (2013-2015).

 

რეგიონული პროგნოზის სისტემას საფუძვლად უდევს ზემოთ აღნიშნული შავი ზღვის დინამიკის რეგიონული მათემატიკური მოდელი, რომლის სათვლელი ბადე ჩადგმულია ზღვის ჰიდროფიზიკის ინსტიტუტის (ქ. სევასტოპოლი)  შავი ზღვის ზოგადი ცირკულაციის მოდელის სათვლელ ბადეში 5 კმ სივრცითი გარჩევისუნარიანობით. ზღვის მდგომარეობის პროგნოზის გათვლისათვის საჭირო მონაცემები მიიღება ყოველდღიურად ოპერატიულთან მიახლოებულ რეჟიმში ინტერნეტის საშუალებით ზღვის ჰიდროფიზიკის ინსტიტუტიდან.

 

ამჟამად, შავი ზღვის რეგიონული პროგნოზის სისტემა საშუალებას იძლევა გამოვთვალოთ დინების, ტემპერატურის, მარილიანობისა და სიმკვრივის 3-განზომილებიანი ველების პროგნოზი 3 დღეღამის ვადით 1 კმ სივრცითი გარჩევისუნარიანობით შავი ზღვის საქართველოს სექტორსა და მიმდებარე აკვატორიაში, ხოლო ზღვაში ავარიული ჩაღვრების შემთხვევაში ვიწინასწარმეტყველოთ მინარევებით დაჭუჭყიანების არეები და კონცენტრაციები.

 

2012 წელს ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორს, პროფ. ავთანდილ კორძაძეს და  ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორს დემურ დემეტრაშვილს ნაშრომთა ციკლისათვის “შავ ზღვაში მიმდინარე ჰიდროთერმოდინამიკური პროცესების მათემატიკური მოდელირება და მის საფუძველზე შავი ზღვის აღმოსავლეთ ნაწილის მდგომარეობის ოპერატიული პროგნოზული სისტემის შემუშავება” საქართველოს მეცნიერებათა ეროვნულმა აკადემიამ მიანიჭა მიხეილ ნოდიას სახელობის პრემიის ლაურეატის წოდება.

სექტორის შემდგომი სამეცნიერო საქმიანობა დაკავშირებულია რეგიონული პროგნოზის სისტემის გაფართოებასთან მასში სხვადასხვა ეკოლოგიური ამოცანებისა და ქარისმიერი ზედაპირული გრავიტაციული ტალღების გავრცელების პროგნოზის მოდელის ჩართვის გზით. გარდა ამისა, შემუშავდება პროგნოზული სისტემის გაცილებით უფრო მაღალი გარჩევისუნარიანობის მქონე ვერსია (სივრცითი ჰორიზონტალური ბიჯით 100-150 მ) აჭარა-ფოთი-ანაკლიის სანაპირო აკვატორიისათვის, რომელიც ჩაირთვება არსებულ რეგიონულ პროგნოზულ სისტემაში ქვესისტემის სახით.

რეგიონული პროგნოზული სისტემის საფუძველზე წარმოებულმა რეგულარულმა გამოთვლებმა შესაძლებლობა მოგვცა შექმნილიყო ძირითადი დინამიკური ველების – დინების, ტემპერატურისა და მარილიანობის 3–განზომილებიანი ველების მონაცემთა საკმაოდ მდიდარი ბაზა ჩვენი აკვატორიისათვის. ეს ბაზა მოიცავს მონაცემებს, დაწყებულს 2010 წლიდან დღემდე და დროთა განმავლობაში თანდათან მდიდრდება. ამ მონაცემთა დეტალურ ანალიზს მნიშვნელოვანი მეცნიერული ღირებულება გააჩნია, რაც კიდევ უფრო გაამდიდრებს ჩვენს ცოდნას შავი ზღვის საქართველოს სექტორში მიმდინარე დინამიკური პროცესების შესახებ. აღნიშნულ მონაცემთა პირველადი ანალიზი გვიჩვენებს, რომ შავი ზღვის განაპირა აღმოსავლეთ აკვატორია წარმოადგენს დინამიკურად მეტად აქტიურ რეგიონს, სადაც უწყვეტად მთელი წლის განმავლობაში მიმდინარეობს ციკლონური და ანტიციკლონური მეზომასშტაბური და სუბმეზომასშტაბური გრიგალების ჩასახვა და ტრანსფორმაცია. ამიტომ სექტორის მომავალ სამეცნიერო საქმიანობაში მნიშვნელოვან ადგილს დაიკავებს ზღვის განაპირა აღმოსავლეთ აკვატორიაში 2010 წლიდან დღემდე განვითარებული ცირკულაციური და თერმოდინამიკური პროცესების შესწავლა და მათი ღრმა მეცნიერული ანალიზი.

 

 

ნახ.6. შავ ზღვაში ნავთობის აფსკის გავრცელების მოდელირების შედეგები. ჰიპოთეტური  ჩაღვრა

50 ტ რაოდენობით განხორციელდა ფოთის სანაპიროდან დაახლოებით 65 კმ მანძილზე. საპროგნოზო

ინტერვალი: 00:00 GMT, 11-14 იანვარი, 2014.

 

მნიშვნელოვანი ყურადღება დაეთმობა აგრეთვე შავი ზღვისა და კავკასიის ზემოთ განვითარებულ ატმოსფერული პროცესების მოდელირების სისტემის შემდგომ განვითარებასა და შავი ზღვისა და ატმოსფეროს დინამიკის მოდელების შეწყვილებას (coupling).

 

 

სექტორის ზოგიერთ პუბლიკაციათა ნუსხა:

 

Kordzadze A., Kvaratskhelia D. and Demetrashvili D., On the specification of the eddy viscosity coefficient in the Black Sea. J .Georgian Geophys. Soc., vol. 3B, 1998, pp. 59 – 65, published in 2000. www.bss.oceaninfo.ru/library/files/39284.pdf.

 

Kordzadze A.,  Tavartkiladze K. and  Kvaratskhelia D.  A structure of the wind continuous field on  the Black Sea surface. J. Georgian Geophys.  Soc., ISSN 1512-1127, vol. 5B, 2000,  pp. 28 – 38, published in 2001, www.bss.oceaninfo.ru/library/files/39646.pdf.

 

Kvaratskhelia D. Numerical investigation of surface currents of the Black Sea in cases of nonstationarity of atmospheric circulation in framework of a barotropic model. J. Georgian Geophys. Soc., ISSN 1512-1127, vol. 6B, 2001, pp. 23 – 32.

 

Surmava A. Numerical modeling of spreading of spilled oil and oil products in some soils of Georgia. J. Georgian Geophys. Soc., v. 6b, 2001, pp. 41-46.

 

Kordzadze A., Surmava A. A non-adiabatic model of the deve­lopment of the middle-scale atmos­phere processes above the Caucasian Region. J. Georgian Geophys. Soc., v. 6b, 2001, pp. 33-46

Surmava A. Numerical investigation of spre­ading of spilled oil and oil-products along a territorial strip of the Poti-Kulvi railway. ISPM (Inter­nati­onal Scho­ol in Phy­sics and Ma­t­he­ma­tics). Reports of Enlar­ged Session of the Seminar of I. Vekua Institute of Ap­plied Mathematics, 2002, v. 17, No 3, pp. 119 –124.

 

Kordzadze A., Surmava A. The numerical investigation of  meteorological fields distribution in the Caucasian region in the presence of the background western wind. I. The pressure, the temperature fields of the atmosphere, the soil and the seas. J. Georgian Geophys. Soc., v.7b, 2002, pp. 23- 34.

 

Demetrashvili D., Kordzadze A. Numerical modeling of distribution of pollution substances in the Black Sea. Reports of enlarged sessions of the seminar of I. Vekua Institute of applied mathematics.vol. 17, N 3, 2002, pp. 44-57.

 

Demetrashvili D., Kordzadze A. Determination of the pollution source location in the Black Sea on the basis of conjugate equations theory. Reports of enlarged sessions of the seminar of I. Vekua Institute of applied mathematics.vol. 17, N 3, 2002,  pp. 58-70.

 

Kordzadze A., Surmava A. The numerical investigation of a mete­orological fields distribution in the Caucasian region in the presence of the background western wind. II. The wind and the vertical velocity fields. J. Georgian Geophys. Soc., v.7b, 2002, pp. 35-47.

 

Kordzadze A., Surmava A. The numerical investigation of a mete­orological fields distribution in the Caucasian region in the presence of the background western wind. III. The atmosphere moisture, the cloudiness and the soil mois­ture. J. Georgian Geophys. Soc., v. 8b, 2003, pp. 28-38.

 

Кордзадзе А. А., Сурмава А. А. Численное исследование взаи­мо­де­й­­ствия рельефа  Кавказского реги­она с фоно­выми  течениями атмос­феры. Труды междун. конфер. ,, Мате­матические методы в геофизике. ММГ-2003,” 8-12 окт, Новосибирск, Россия, 2003, c. 348-352.

 

Kordzadze A., Bilashvili K., Demetrashvili D. Numerical modeling of  hydrological regime in the Black Sea with taking into account of water exchange  with the Mediterranean Sea. Proceed. of the 2nd  Inter. Conf.: “Oceanography of the Eastern  Mediterranean and Black Sea: Similarities and Differences of Two Interconnected Basins”.Ankara/Turkey, 2003, pp. 888-896.

 

Кордзадзе А. А., Сурмава А. А. Деметрашви­ли  Д. И. Исследование влияния рельефа Кав­казского региона на поле ветра в окрестностях восточной части Чёрного моря и западной части Каспийского морей. Труды Института Геофи­зики, LVIII, 2004, c. 205-214.

 

Кордзадзе А. А., Сурмава А. А. Деметрашви­ли  Д. И. Численное моделирование поля ветра в окрестностях восточной части Чёрного и западной части Каспийского морей, сформи­рован­ного влиянием рельефа Кавказского региона. Экологическая безопас­ность прибрежной и шельфовой  зон и комп­лексное использование ресурсов шельфа. Севастополь, Украина. вып. 10, 2004, c. 256-264.

 

Surmava A., Kuhalashvili V. G., Kacharava G. G. Numerical 3D model of soil pollution by oil. J. Georgian Geophys. Soc., v. 9b, 2005, pp. 18-22.

 

Kordzadze A. A., Demetrashvili D. I., Surmava A. A., Kacharava G. G. Numerical modeling of local circula­tion, diffusion and sedimentation of Rioni River alluvium in the Georgian Black Sea coast  (water area of Poti city) .  J. Georgian Geophys. Soc., v. 10b,  2005, pp. 18-22.

 

Kordzadze A.A, Demetrashvili D. I., Surmava A. A., Kukhalashvili V. G., Kacharava  G. G. Numerical modeling of air motion over the Black Sea. J. Georgian Geophys. Soc., v. 10b, 2005, pp. 21-27.

 

Gvelesiani A., Kvaratskhelia D., To the  problem of characteristics of turbulent vortex motions in the Black Sea, Bulletin of the Georgian  National Academy of  Sciences. v. 174, 2006, N 1, pp. 75-77. http://www.acnet.ge/moambe/174_1/summary_174_1.htm

 

Kiknadze A., Kordzadze A., Demetrashvili D., Surmava A. Simulation of the Black Sea hydrolo­gi­cal regime under the forcing by non-stationary atmospheric processes. Bulletin of the Georgian Academy of Sciences, 173, No. 1.  2006, pp. 92-94.

 

Mirtskulava Ts.,  Kordzadze A., Surmava A., Demetrashvili D. Numerical modeling of a soil pollu­tion by oil from an open rectangular pit. Bulletin of the Georgian Academy of Sciences, 173, No. 2,2006, pp.  295-297.

 

Kiknadze A., Kordzadze A., Demetrashvili D., Surmava A.,Kacharava G. Simulation of diffusion and sedimentation of Rioni River alluvium in the Georgian Black Sea  coast (water area of Potiy City), Bulletin of the Georgian Academy of Sciences, 2006, 173, No. 3, pp. 504-506.

 

Kordzadze A., Surmava A., Demetrashvili D., Khvedelidze I., Khukhalashvili V. Numerical investigation of the relief influence on air motion in vicinity of joint of three continents – Europe – Asia and Africa. J. Georgian Geophys. Soc., vol. 11B, 2006, pp.  12-21.

 

Кордзадзе А., Деметрашвили Д. И., Сурмава А. А. О циркуляции в Чёрном море при очень сильных и слабых ветрах. Метеорология и гидрология  2007, N9, c.58-64.

 

Кордзадзе А., СурмаваА. А. Деметрашвили Д. И., Кухалашвили В. Численное  исследование  влияния рельефа Кавказского региона на распределение   гидрометеорологических   полей. Изв.  РАН, Физика атмосферы и океана, 2007, т.43, N6,  с.722-730.