Информационно – вычислительная система вариационной ассимиляции данных наблюдений «ИВМ РАН – Черное море» и её интеграция с программно-аппаратным комплексом ЦКП «ИКИ-Мониторинг»

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-71-20035

НазваниеИнформационно – вычислительная система вариационной ассимиляции данных наблюдений «ИВМ РАН – Черное море» и её интеграция с программно-аппаратным комплексом ЦКП «ИКИ-Мониторинг»

Руководитель Агошков Валерий Иванович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука Российской академии наук , г Москва

Конкурс №31 - Конкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-219 - Математическое моделирование в науках о Земле и проблемах окружающей среды

Ключевые слова Информационно-вычислительная система, вариационная ассимиляция, данные наблюдений, дистанционное зондирование, центр коллективного пользования, математическое моделирование, численная модель, море, обработка данных, сопряженные уравнения, оптимальное управление, разделение области, жидкие границы, функция уровня

Код ГРНТИ27.35.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время особое внимание и множество научно-исследовательских работ направлены на разработку методов и технологий для мониторинга и моделирования окружающей среды, в том числе морских акваторий. Спектр решаемых задач в области исследования состояния и освоения окружающей среды очень велик. К таким работам можно отнести проекты от разработки теоретических методов моделирования исследуемых систем до создания приборов для измерения состояния морских сред. К глобальным задачам такого рода относится также развитие центров коллективного пользования (ЦКП) научным оборудованием и уникальными научными установками. Центры коллективного пользования обеспечивают возможность проведения исследований широкому кругу ученых и научных коллективов на современном оборудовании, создают возможность повышения эффективности проводимых исследований посредством использования высокотехнологичного оборудования, дорогих в поддержании архивов данных. Для решения многих исследовательских и прикладных задач, связанных с мониторингом природной среды и антропогенных объектов, необходим доступ к большим многолетним архивам спутниковых данных, различным информационным продуктам, получаемым на их основе, а также к вычислительным ресурсам, позволяющим проводить их анализ и обработку. При этом далеко не всегда возможно создание эффективной и порой очень дорогостоящей инфраструктуры, обеспечивающей возможность работы с данными современных систем наблюдения Земли, в рамках реализации отдельных тематических проектов. В то же время современные технологии позволяют реализовывать принципиально новые возможности организации работы с данными наблюдений, обеспечивающие эффективное коллективное использование вычислительных ресурсов центров сбора, обработки и представления данных дистанционного зондирования. Именно на базе таких новых технологий и подходов в 2012 году был создан один из центров коллективного пользования - ЦКП системами архивации, обработки и анализа данных спутниковых наблюдений Института космических исследований (ИКИ) РАН, предназначенный для решения задач изучения и мониторинга окружающей среды - ЦКП «ИКИ-Мониторинг». В Институте вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН (ИВМ РАН) была создана система вариационной ассимиляции данных «ИВМ РАН – Черное море» для моделирования морских акваторий, расчета основных океанографических параметров исследуемой среды и проведения расчетов с ассимиляцией реальных данных наблюдений. Указанная система разработана на основе современных методов и теорий математического моделирования, сопряженных уравнений, оптимального управления, с использованием численной модели гидротермодинамики Черного и Азовского морей, ведущими учеными из ИВМ РАН, с применением современных технологий и алгоритмов. Настоящий проект направлен на интеграцию Информационно – вычислительной системы (ИВС) вариационной ассимиляции данных «ИВМ РАН – Черное море» с программно-аппаратным комплексом ЦКП «ИКИ Мониторинг». В ИВС, как и в большинстве разрабатываемых систем по мониторингу и прогнозированию состояния окружающей среды, в настоящее время в процедурах ассимиляции данных используются данные зарубежных источников, поскольку получить данные из российских баз данных, как правило, сложнее. Плюсом к использованию зарубежных баз данных является также их открытость, что делает данные доступными для пользователей и исследователей. Открытые для пользователей базы данных способствуют развитию как самих данных (поскольку есть обратная связь от пользователей), так и всевозможных исследований с использованием предоставляемой информации. Поскольку в нашей стране в последние годы активно развиваются ЦКП, использование таких ЦКП может сделать российские исследования, технологии и функционирование разработок российских ученых независимыми от других стран. ЦКП «ИКИ - Мониторинг» представляет собой инструмент для получения данных наблюдений дистанционного зондирования о морях России, который может заменить зарубежные аналоги в ИВС «ИВМ РАН – Черное море» и вывести разработки отечественной науки в области мониторинга, моделирования и в целом освоения морских акваторий на совершенно новый уровень.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Лёзина Н.Р., Шелопут Т.О. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ ФУНКЦИЙ НА ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ЖИДКИХ ГРАНИЦАХ В ЗАДАЧЕ АССИМИЛЯЦИИ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА УРОВНЕМ МОРЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ГЕОЛОГИИ, ГЕОФИЗИКИ И ГЕОЭКОЛОГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. Материалы V Международной научно-практической конференции. Часть 2. – Майкоп: Изд-во «ИП Кучеренко В.О.», 2019. – 298 с., стр. 11-20 (год публикации - 2019)

2. Сорокин А.С., Шелопут Т.О. Reconstruction of a passive tracer boundary source in an open water area Ecologica Montenegrina. Special Issue: European Russian Seas: Environmental Issues, Vol 25 (2019), pp. 55-62 (год публикации - 2019)

3. Агошков В.И., Шутяев В.П., Пармузин Е.И., Захарова Н.Б., Шелопут Т.О., Лезина Н.Р. Variational data assimilation in the mathematical model of Black Sea dynamics Physical Oceanography, 2019. — Vol. 26, no. 6. (год публикации - 2019)

4. Шутяев В.П., Ле Диме Ф. Sensitivity of functionals of variational data assimilation problems Doklady Mathematics, Volume 99, Issue 3, 1 May 2019, Pages 295-298 (год публикации - 2019)
10.1134/S1064562419030153

5. Шутяев В.П., Пармузин Е.И. Restoring the boundary condition and the initial state in the variational data assimilation problem for the Black Sea dynamics model IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (год публикации - 2020)

6. Шутяев В.П., Ле Диме Ф., Пармузин Е.И. Sensitivity of response functions in variational data assimilation for joint parameter and initial state estimation Journal of Computational and Applied Mathematics (год публикации - 2020)
10.1016/j.cam.2019.112368

7. Шутяев В.П., Пармузин Е.Е. Чувствительность функционалов от решения задачи вариационного усвоения данных с одновременным восстановлением потоков тепла и начального состояния для модели термодинамики моря Сибирский журнал вычислительной математики, Т. 23, №4, С.457-470 (год публикации - 2020)
10.15372/SJNM20200408

8. Агошков В.И., Лёзина Н.Р., Шелопут Т.О. Domain Decomposition Method for the Variational Assimilation of the Sea Level in a Model of Open Water Areas Hydrodynamics JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND ENGINEERING, volume 7, issue 6, 195 (год публикации - 2019)
10.3390/jmse7060195

9. Агошков В.И., Лёзина Н.Р., Шелопут Т.О. Восстановление граничных функций на внешних и внутренних жидких границах в задаче гидродинамики открытой акватории Журнал вычислительной математики и математической физики, том 60, № 11, с. 1915–1932 (год публикации - 2020)
10.31857/S0044466920110010

10. Захарова Н.Б., Пармузин Е.И. Data analysis for variational assimilation of the surface temperature of the Black and Azov Seas RUSSIAN JOURNAL OF EARTH SCIENCES, VOL. 21, ES6002 (год публикации - 2021)
10.2205/2021ES000779

11. Захарова Н.Б., Шелопут Т.О., Лезина Н.Р., Шутяев В.П., Пармузин Е.И., Агошков В.П. Processing and assimilation of observation data for the hydrodynamics model of the Black Sea and the Sea of Azov Journal of Physics: Conference Series., Vol. 2131 (год публикации - 2021)

12. Агошков В.И., Залесный В.Б., Шутяев В.П., Пармузин Е.И., Захарова Н.Б. Variational data assimilation for a sea dynamics model Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling, Volume 37 Issue 3 Page range: 131-142 (год публикации - 2022)
10.1515/rnam-2022-0011

13. Агошков В. И., Шутяев В. П., Пармузин Е. И., Захарова Н. Б., Шелопут Т. О., Лёзина Н. Р. ВАРИАЦИОННОЕ УСВОЕНИЕ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ СО СПУТНИКОВ ДЛЯ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ЧЕРНОГО МОРЯ Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли : материалы IX Междунар. науч. конф. Красноярск, 13–16 сентября 2022 г. / науч. ред. Е. А. Ваганов ; отв. ред. Г. М. Цибульский. – Электрон. дан. (21,8 Мб). – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022., c. 84-87 (год публикации - 2022)

14. Фомин В.В., Дианский Н.А. Влияние способов усвоения спутниковой температуры поверхности моря на воспроизведение гидрофизических полей Черного, Азовского и Мраморного морей в модели INMOM Метеорология и гидрология (год публикации - 2023)

15. Захарова Н.Б., Пармузин Е.И., Лёзина Н.Р., Агошков В.И., Шелопут Т.О., Лебедев С.А., Шутяев В.П., Шевченко Б.С. Реанализ гидрофизических полей на основе ассимиляции данных ЦКП "ИКИ - Мониторинг" в модели гидротермодинамики Черного, Азовского и Мраморного морей Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Том 19, Номер 6 (год публикации - 2022)

16. Захарова Н.Б., Пармузин Е.И., Шелопут Т.О., Агошков В.И., Лёзина Н.Р. Интеграция ИВС «ИВМ РАН – ЧЕРНОЕ МОРЕ» С ЦКП «ИКИ – МОНИТОРИНГ» Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли : материалы IX Междунар. науч. конф. Красноярск, 13–16 сентября 2022 г. / науч. ред. Е. А. Ваганов ; отв. ред. Г. М. Цибульский. – Электрон. дан. (21,8 Мб). – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022., с. 223-226 (год публикации - 2022)

Публикации