Kazakhstan journal for oil & gas industryKazakhstan journal for oil & gas industry2707-42262957-806XKMG Engineering10902510.54859/kjogi109025Научная статьяПараллельное вычисление ветровых морских течений на GPU для задач прогнозирования нефтяных разливовКудайкуловАзиз Анарбаевич<p>PhD</p>aziz.kudaikulov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4389-4097АманжоловТаңнұр Ерсинұлыtannur.amanzholov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7386-9717АлиулыАбдурашидaliulyabdurashid@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6845-6571СейтовАбзал Ниязбекұлыseitovabzal9@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7317-3047АсилбековБакытжан Калжанович<p>PhD</p>assilbekov.b@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0368-0131КульджабековАлибек Бахиджанович<p>PhD</p>alibek.kuljabekov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4384-6463ШабиловСпартак Максатовичsshabilov@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0002-3467-5842БаимбетовДинмухамбет Баимбетович<p>PhD</p>d2.baimbetov@yu.edu.kzhttps://orcid.org/0000-0002-4992-0890СырлыбеккызыСамал<p>PhD, ассоциированный профессор</p>samal.syrlybekkyzy@yuedu.kzhttps://orcid.org/0000-0002-0260-0611КалтаевАйдархан Жусупбекович<p>докт. физ.-мат. наук, профессор</p>aidarkhankaltayev@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2180-2785КазНИТУ им. К.И. СатпаеваКазНУ им. аль-ФарабиИнститут ионосферыУниверситет им. Ж.А. ТашеневаКаспийский университет технологий и инжиниринга им. Ш. Есенова30092026831411522807202609092026Copyright © 2026, Кудайкулов А.А., Аманжолов Т.Е., Алиулы А., Сейтов А.Н., Асилбеков Б.К., Кульджабеков А.Б., Шабилов С.М., Баимбетов Д.Б., Сырлыбеккызы С., Калтаев А.Ж.2026<p><strong>Обоснование.</strong> Казахстан является одним из крупнейших производителей нефти в Центральной Азии, и значительная часть нефтегазовых проектов связана с Каспийским регионом (в первую очередь, это Северо-Каспийский проект на Кашагане, Тенгизское месторождение и портовая инфраструктура Актау). Разливы нефти в морской акватории представляют серьёзную угрозу экологии, поэтому требуется разработка эффективных инструментов прогнозирования их распространения.</p> <p><strong>Цель.</strong> Разработать и протестировать параллельные алгоритмы моделирования ветровых морских течений на графических процессорах (GPU, <em>англ.</em> Graphics Processing Unit) для задач прогнозирования нефтяных разливов.</p> <p><strong>Материалы и методы. </strong>Использованы трёхмерные гидродинамические модели с параметризацией турбулентной вязкости. Численные схемы реализованы в явной и неявной форме, распараллелены по координатам и с применением библиотеки OpenCL (<em>англ.</em> Open Computing Language – открытый язык вычислений). Расчёты выполнены на CPU (<em>англ. </em>Central Processing Unit) и GPU для равномерных и неравномерных сеток.</p> <p><strong>Результаты. </strong>Показано, что использование GPU обеспечивает значительное ускорение вычислений: до 23 раз на равномерной сетке и до 13 раз на неравномерной сетке. Точность расчётов на неравномерной сетке с 40 узлами сопоставима с результатами на равномерной сетке с 500 узлами.</p> <p><strong>Заключение.</strong> Параллельные алгоритмы на GPU позволяют существенно сократить время моделирования ветровых течений, сохраняя высокую точность расчётов. Это делает их перспективным инструментом для прогнозирования распространения нефтяных разливов в Каспийском море.</p>GPUOpenCLparallel computingwind velocity fieldsea currentsGPUOpenCLпараллель есептеулержел жылдамдықтарының өрісітеңіз ағыстарыGPUOpenCLпараллельные вычисленияполе скоростей ветраморские течения1.trade.gov [Internet]. Energy Information Administration. Oil and Gas – Kazakhstan: Explore oil and gas export opportunities and the regulatory environment in Kazakhstan [cited 2026 June 01]. Available from: www.trade.gov/energy-resource-guide-oil-and-gas-kazakhstan?anchor=content-node-t7-field-lp-region-2-1.2.ncoc.kz [Internet]. NCOC. Sustainability report 2022 [cited 2026 June 01]. Available from: www.ncoc.kz/ru/sustainability/2022/reports.3.Davies AM. Application of a sigma coordinate sea model to the calculation of wind-induced currents. Continental Shelf Research. 1985;4(4):389–423. doi: 10.1016/0278-4343(85)90002-0.4.Elliott AJ. Shear diffusion and the spread of oil in the surface layers of the North Sea. Deutsche Hydrographische Zeitschrift. 1986;39:113–137. doi: 10.1007/BF02408134.5.Davies AM, Stephens CV. Comparison of the finite difference and Galerkin methods as applied to the solution of the hydrodynamic equations. Applied Mathematical Modelling. 1983;7(4):226–240. doi: 10.1016/0307-904X(83)90076-8.6.Zuur EAH, Dietrich DE. The SOMS model and its application to Lake Neuchatel. Aquatic Sciences. 1990;52(2):115–129.7.Korotenko K, Bowman MJ, Dietrich DE. High-Resolution Numerical Model for Predicting the Transport and Dispersal of Oil Spilled in the Black Sea. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences. 2010;21(1):123–136. doi: 10.3319/TAO.2009.04.24.01(IWNOP).8.Korotenko K, Bowman MJ, Dietrich DE. Modeling of the circulation and transport of oil spills in the Black Sea. Oceanology. 2003;43(4):367–378.9.Ibrayev RA. Model of enclosed and semi enclosed sea hydrodynamics. Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2001;16(4):291–304.10.Ibrayev RA, Ozsoy E, Schrum C, Sur HI. Seasonal variability of the Caspian Sea three dimensional circulation, sea level and air sea interaction. Ocean Science. 2010;6(1):311–329. doi: 10.5194/os-6-311-2010.11.Blumberg AF, Mellor GL. A Description of a three dimensional coastal ocean circulation model. Coastal and Estuarine Sciences. 1987;4:1–16. doi: 10.1029/co004p0001.12.Mellor GL. On the two components of wind driven ocean surface stress with extension to scalar fluxes. Ocean Dynamics. 2019;69:43–50. doi: 10.1007/s10236-018-1228-7.13.Mellor GL. On theories dealing with the interaction of surface waves and ocean circulation. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2016;121(7):4474–4486. doi: 10.1002/2016JC011768.14.Korotenko K, Osadchiev A, Melnikov V. Mesoscale Eddies in the Black Sea and Their Impact on River Plumes: Numerical Modeling and Satellite Observations. Remote Sensing. 2022;14(17):4149. doi: 10.3390/rs14174149.15.Korotenko K, Osadchiev A, Melnikov V. Mesoscale Eddy Chain Structures in the Black Sea and Their Interaction with River Plumes: Numerical Modeling and Satellite Observations. Remote Sensing. 2023;15(6):1606. doi: 10.3390/rs15061606.16.khronos.org [Internet]. Khronos Group. OpenCL Homepage [cited 2026 June 01]. Available from: www.khronos.org/opencl/.17.GitHub.com [Internet]. GitHub repository. Oil Transport in Caspian Sea [cited 2026 June 01]. Available from: github.com/azizka85/oil_trans_in_caspian_sea.