Ученые Арктического и антарктического научно-исследовательского института разработали методику долгосрочного прогнозирования максимальных уровней весеннего половодья с применением технологий искусственного интеллекта. В контрольном регионе – на реках Ямало-Ненецкого автономного округа – оправдываемость прогнозов превысила 80%, что почти вдвое превосходит показатели обычного климатического прогноза.

Традиционные методы прогнозирования весенних паводков опираются на данные о запасах снега. Однако в арктических регионах в начале марта эти сведения остаются неполными для составления заблаговременного прогноза: снег там продолжает накапливаться. Дополнительные трудности создают разреженная сеть наблюдений и перенос снега метелями, из-за чего результаты отдельных измерений не всегда корректно отражают ситуацию на всем водосборе.

При разработке новой методики прогнозирования уровня весеннего подъема воды дополнительно учитывались влияние осеннего увлажнения и зимнего промерзания почвы. В тундре дождливая осень и переполненные влагой болота при зимнем замерзании превращают поверхностный слой земли в сплошной ледяной щит. Весной, в период снеготаяния, мерзлая почва хуже впитывает талую воду, поэтому она в большем объеме поступает в речные русла. Именно эта особенность способствует формированию высоких паводков в северных районах России. В сухую осеннюю погоду, почва способна поглощать больше талой воды, что снижает риск резкого подъема уровня рек.

Для построения цифровых моделей для рек Ямало-Ненецкого автономного округа ученые сформировали систему из 120 физических признаков. В нее вошли характеристики истощения подземного питания, изменения уровня воды, накопления и перераспределения водных запасов, а также показатели динамики гидрологических процессов.

Алгоритмы настраивались с учетом особенностей каждого бассейна. Для рек Надым и Пур применили гребневую регрессию, позволяющую устойчиво работать с признаками, тесно связанными между собой. Для реки Таз использовали гибридный подход, объединивший байесовскую гребневую регрессию и градиентный бустинг, что позволило повысить качество прогнозирования экстремальных уровней воды. Для реки Пяку-Пур дополнительно изменили подход к расчету, сосредоточившись на относительной высоте подъема воды над предвесенним минимумом. В алгоритмы дополнительно встроили механизм физических ограничений, предотвращающий формирование физически нереалистичных результатов и аномальных прогнозов за пределами заданного временного диапазона наблюдений.

По результатам испытаний оправдываемость мартовских прогнозов для рек ЯНАО составила 81,25%. На реке Надым прогнозы оправдались практически в 100% рассмотренных случаев. Весной 2026 года при фактическом максимальном уровне воды 355 см прогноз составил 351,3 см, а ошибка — 3,7 см. На реке Пяку-Пур в 2024 году модель за 90 дней до пика половодья спрогнозировала уровень воды 940,1 см при реальном полученном значении 940,0 см. На реке Таз у села Красноселькуп оправдались 75% прогнозов. Расчетный уровень составил 1014,4 см при фактическом значении 1012,0 см. На реке Пур у села Самбург погрешность прогнозирования в 2024 и 2025 годах составили 5,8 и 11,2 см соответственно.

«Бассейны рек Надым, Пур и Таз имеют стратегическое значение для нефтегазовой промышленности Ямало-Ненецкого автономного округа. Здесь расположены крупные месторождения, компрессорные станции и магистральные газопроводы, поэтому экстремальные паводки могут представлять серьезную угрозу для промышленной и транспортной инфраструктуры региона. Важная особенность северных рек в том, что они текут преимущественно с юга на север. Таким образом, весной талая вода устремляется к устьям, где ледовый покров еще может оставаться толстым и прочным. Это создает условия для образования ледовых заторов, которые затрудняют сток воды и приводят к резкому повышению ее уровня. Разработанные нами методики позволят заблаговременно оценивать риск опасного развития половодья и планировать превентивные меры», — отметила кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела гидрологии устьев рек и водных ресурсов ААНИИ Надежда Волкова.

Исследования, направленные на развитие методов долгосрочного гидрометеорологического прогнозирования для рек и морей Российской Арктики в условиях меняющегося климата, проводились специалистами ААНИИ для дальнейшего использования сотрудниками Обь-Иртышского УГМС.

Фото: Портал про реки

Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ) — ведущий мировой научный центр по исследованию полярных областей Земли. Институт проводит весь цикл работ в высоких широтах в интересах Российской Федерации и коммерческих компаний. Научные подразделения института занимаются фундаментальными и прикладными исследованиями климата, процессов в атмосфере, ближнем космосе, морской среде и ледяном покрове. ААНИИ является государственным оператором для организации и осуществления деятельности в Арктике. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 8.10.2012 г. №1872-р Арктический и антарктический научно-исследовательский институт назначен государственным оператором для организации и осуществления деятельности в Антарктике в интересах Российской Федерации. За 105 лет научной работы специалистами института организовано около 1 200 экспедиций в Арктику и Антарктиду. В 1994 году институту был присвоен статус государственного научного центра Российской Федерации. В настоящее время ААНИИ входит в структуру Росгидромета. С 2017 года институт возглавляет доктор географических наук, профессор РАН Александр Макаров.