Космос, Земля и суперкомпьютинг: сопряженные задачи экологии, климата, мониторинга и дистанционного зондирования земли, гиперспектральный подход и нанодиагностика природных сред (посвящается 65-летию ИПМ им. М.В. Келдыша РАН)
Автор: Сушкевич Тамара Алексеевна, Стрелков Сергей Александрович, Максакова Светлана Викторовна
Рубрика: Суперкомпьютерное моделирование
Статья в выпуске: 4 т.7, 2018 года.
Бесплатный доступ
Сложнейшие задачи эволюции, климата, экологии, глобального мониторинга и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с гиперспектральными подходами и нанодиагностикой природной среды и объектов впервые предлагается рассматривать как сопряженные. Электромагнитное излучение - единое физическое поле, объединяющее радиационное поле Земли с радиационно-активными компонентами. Например, извержение вулканов и трансграничный перенос загрязнений, которые влияют на экологию и состояние окружающей среды, могут быть обнаружены методами ДЗЗ, а далее через перенос лучистой энергии, зависящей от загрязнителей природных сред, может влиять на климат и в конечном итоге на тренд эволюции Земли как планеты. Непреодолимая сложность проблемы состоит в том, что для исследований планеты не допустимы натуральные эксперименты и возможны только мониторинг и наблюдения разными средствами, с одной стороны, а с другой стороны на момент измерений радиации невозможно восстановить весь набор оптико-геофизических и оптико-метеорологических параметров системы «атмосфера-суша-океан», от которых зависит радиация, и не возможно повторить условия наблюдений, так как среда непрерывно изменяется и никогда не повторяется. И только математическое моделирование «больших» прямых и обратных задач теории переноса излучения с параллельным суперкомпьютингом позволяет провести теоретико-расчетные исследования столь сложных проблем и получить качественные и количественные оценки для анализа и прогнозов, а также для разных тематических приложений на основе «сценариев».
Сопряженные задачи, радиационное поле земли, дистанционное зондирование, климат, экология, супервычисления
Короткий адрес: https://sciup.org/147233184
IDR: 147233184 | УДК: 519.6, | DOI: 10.14529/cmse180401
Space, Earth and supercomputing: conjugate problems of ecology, climate, monitoring and remote sensing of earth, hyper-spectral approach and nanodiagnostics of natural environments dedicated to the 65th anniversary of the Keldysh Institute of Applied Mathematics of Russian Academy of Sciences)
The most complex problems of evolution, climate, ecology, global monitoring and remote sensing of the Earth (ERS) with hyperspectral approaches and nanodiagnostics of the natural environment and objects are proposed to be considered as conjugate for the first time. Electromagnetic radiation is a single physical field that combines the radiation field of the Earth with radiation-active components. For example, the volcanic eruptions and transboundary transport of pollution that affect the ecology and the state of the environment can be detected by remote sensing, and then through the transfer of radiation energy dependent on environmental pollutants can affect the climate, and ultimately, the trend of the evolution of the Earth as a planet. The insurmountable difficulty of the problem lies in the fact that the natural experiments are not allowed for the study of the planet, and only monitoring and observation by different means are possible, on the one hand, and on the other hand, at the time of the radiation measurements it is impossible to restore the entire set of optical-geophysical and optical-meteorological parameters of the “atmosphere-land-ocean” system, on which the radiation depends, and it is not possible to repeat the conditions of observations, since the environment is constantly changing and never repeats. And only mathematical modeling of “big” direct and inverse problems of the radiation transfer theory with parallel supercomputing allows to conduct the theoretical and computational research of such complex problems and to obtain qualitative and quantitative estimates for analysis and forecasts, as well as for different thematic applications based on “scenarios”.
Список литературы Космос, Земля и суперкомпьютинг: сопряженные задачи экологии, климата, мониторинга и дистанционного зондирования земли, гиперспектральный подход и нанодиагностика природных сред (посвящается 65-летию ИПМ им. М.В. Келдыша РАН)
- Энеев Т.М., Овчинников М.Ю., Голиков А.Р. Прикладная небесная механика и управление движением. Сборник статей, посвященный 90-летию со дня рождения Д.Е. Охоцимского. Труды ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 2010. 368 с.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. 60 лет от первого совещания по ИСЗ до современных систем дистанционного зондирования и мониторинга Земли из космоса: информационно-математический аспект (история и перспективы) // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 7. C. 573-580.
- Сушкевич Т.А. Главный Теоретик М.В. Келдыш и Главный Конструктор космонавтики С.П. Королев - покорители космоса // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8, № 1. С. 9 -25.
- Сушкевич Т.А. М.В. Келдыш - организатор международного сотрудничества в космосе и первой советско-американской Программы «Союз-Аполлон» (ЭПАС) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8, № 4. С. 9 -22.
- Информационная система «Архивы Российской академии наук» (ИСАРАН): Фонд М.В. Келдыша. 2017. URL: http://arran.ru/ (дата обращения: 01.09.2018).
- Келдыш М.В. Творческий портрет по воспоминаниям современников. М.: Наука, 2001. 416 с. (при поддержке РФФИ)
- Президент Академии наук СССР М.В. Келдыш. 100 лет со дня рождения // Архивы Российской академии наук. 2011. URL: http://www.arran.ru/?q=ru/node/571 (дата обращения 01.09.2018).
- Сушкевич Т.А. Космические проекты: информационно-математический аспект и супервычисления (история и перспективы) // Вестник Южно-Уральского государственного университета Серия: Математическое моделирование и программирование). 2011. Вып. 8. № 17 (234). C. 4 -19.
- Губарев В.С. Великие умы России. Том 2. Мстислав Келдыш. М.: Издательский дом «Комсомольская правда», 2016. 96 с.
- Афиани В.Ю., Илизаров С.С. «Мы разгоним … Академию Наук» - заявил 11 июля 1964 года первый секретарь ЦК КПСС Н.С. Хрущев // Вестник истории естествознания и техники. 1999. № 1. С. 167 -173.
- Лебедев С.А., Келдыш М.В. Научный отчет по теме «Большие счетные математические машины». М., 1952. Архив РАН. Ф. 1939. Оп. 2.
- Соболев С.Л., Китов А.И., Ляпунов А.А. Основные черты кибернетики // Вопросы философии. 1955. № 4. С. 137 -148.
- Келдыш М.В., Ляпунов А.А., Шура-Бура М.Р. Математические вопросы теории счетных машин // Вестник АН СССР. 1956. № 11. С. 16 -37.
- Езерова Г.Н., Луховицкая Э.С. К вопросу об истории информатики в России // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2012. № 49. 12 с. URL: http://keldysh.ru/papers/2012/prep2012_49.pdf (дата обращения: 01.09.2018).
- Луховицкая Э.С., Езерова Г.Н. Информатика в ИПМ им. М.В. Келдыша. 1960-е годы // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2013. № 29. 33 с. URL: http://keldysh.ru/papers/2013/prep2013_29.pdf (дата обращения: 01.09.2018).
- Афендикова Н.Г. О роли М.В. Келдыша в некоторые ключевые моменты становления отечественной вычислительной техники // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2017. № 58. 12 с.
- DOI: 10.20948/prepr-2017-58
- Попов Ю.П. 50-летие Института прикладной математики им. М.В. Келдыша. 2003. URL: http://www.keldysh.ru/grants/rffi//50_years/ (дата обращения: 01.09.2018).
- Сергей Алексеевич Лебедев. К 100-летию со дня рождения основоположника отечественной электронной вычислительной техники / Отв. ред. В.С. Бурцев. Составители: Ю.Н. Никольская, А.Н. Томилин, Ю.В. Никитин, Н.С. Лебедева. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 440 с.
- Резолюция Генеральной Ассамблеи ООН от 07.04.2011 A/RES/65/271. Международный день полета человека в космос. URL: https://undocs.org/ru/A/RES/65/271 (дата обращения: 01.09.2018).
- Коптюг В.А. Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, июнь 1992 года). Информационный отчет. Новосибирск: Российская академия наук Сибирское отделение, 1992. 79 с. URL: http://www.prometeus.nsc.ru/ koptyug/ideas/unrio92/unrio92.pdf (дата обращения: 01.09.2018).
- Парижское соглашение согласно Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата («Парижское соглашение»). ООН. 2016. 19 с.; URL: https://unfccc.int/files/meetings/paris_nov_2015/application/pdf/paris_agreement_ru ssian_.pdf (дата обращения: 01.09.2018).
- Сушкевич Т.А. Осесимметричная задача о распространении излучения в сферической системе // Отчет № 0-572-66. М.: ИПМ АН СССР, 1966. 180 с.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Иолтуховский А.А. Метод характеристик в задачах атмосферной оптики. М.: Наука, 1990. 296 с.
- Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Владимирова Е.В., Волкович А.Н., Игнатьева Е.И., Козодеров В.В., Куликов А.К., Максакова С.В., Мельникова И.Н., Фомин Б.А. Радиационный фактор изменений климата и аэрокосмического мониторинга природной среды // Тезисы докладов Всемирной конференции по изменению климата. М.: Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, 2003. С. 443.
- Сушкевич Т.А. О пионерских работах по математическому моделированию радиационного поля Земли при освоении космоса // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Т. 1, № 5. С. 165 -180.
- Сушкевич Т.А., Стрелков C.А., Максакова С.В. О перспективах аэрокосмического гиперспектрального дистанционного зондирования для нанодигностики опасных явлений // Известия вузов. Физика. 2009. № 2/2. С. 149 -155.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Козодеров В.В., Гаврилович А.Б., Максакова С.В., Фомин Б.А. Информационно-математический аспект аэрокосмического гиперспектрального мониторинга окружающей среды // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Т. 2, №. 6. С. 552 -559.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. Глобальное радиационное поле Земли, радиационный форсинг и супервычисления // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, №. 4. С. 165 -175.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В., Козодеров В.В., Фомин Б.А. Нанодиагностика природной и техногенной среды и супервычисления // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, №. 4. С. 176 - 186.
- Сушкевич Т.А., Козодеров В.В., Кондранин Т.В., Стрелков С.А., Дмитриев Е.В., Максакова С.В. Параллельные вычисления в задачах космического экологического мониторинга и гиперспектрального дистанционного зондирования Земли // Научный сервис в сети Интернет: поиск новых решений: Труды Международной суперкомпьютерной конференции (Новороссийск, 17-22 сентября 2012 г.). М.: Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012. С. 320 -324.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. Теоретические основы и расчетные модели для супервычислений в проблемах мониторинга экосистемы, биосферы и климата Земли, возникновения и развития аварий и природных катастроф на основе аэрокосмического дистанционного зондирования // Научный сервис в сети Интернет: все грани параллелизма: Труды Международной суперкомпьютерной конференции (Новороссийск, 23-28 сентября 2013 г.). М.: Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 2013. С. 438 -442.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. О глобальной модели радиационного форсинга на климат и дистанционное зондирование Земли // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 09. С. 725 -732.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. «Парижское соглашение» и глобальная модель радиационного форсинга на климат в масштабах планеты (посвящается памяти Главного Теоретика Космонавтики академика М.В. Келдыша в год его 105-летия) // Суперкомпьютерные дни в России: Труды международной конференции (Москва, 26-27 сентября 2016 г.) М.: Изд-во: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016. С. 473 -478.
- Сушкевич Т.А. Радиационный форсинг на климат и экологию (посвящается 100-летию академика Н.Н. Моисеева и 60-летию запуска первого спутника) // Моделирование коэволюции природы и общества: проблемы и опыт. К 100-летию со дня рождения академика Н.Н. Моисеева (МОИСЕЕВ-100). Москва, 7-10 ноября 2017. Труды Всероссийской научной конференции / Отв. ред. И.Г. Поспелов. М.: ФИЦ ИУ РАН, 2017. С. 365 -375.
- Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. Альбедо планеты как индикатор эволюции климата Земли (65-летию ИПМ имени М.В. Келдыша и достижениям «Лунной программы» посвящается) // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 88. 28 с.
- DOI: 10.20948/prepr-2018-88
- Сушкевич Т.А. К 55-летию открытия стратосферных аэрозольных слоев из космоса: вулканы и проблемы климата (Посвящается 65-летию ИПМ имени М.В.Келдыша и его достижениям в пилотируемой космонавтике) // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 125. 32 с.
- DOI: 10.20948/prepr-2018-125
- Кузнецов Е.С. Избранные научные труды (в связи со 100-летием со дня рождения). М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 784 с.
- Чандрасекар С. Перенос лучистой энергии. М.: Изд-во иностранной литературы, 1953. 432 с.
- Ленобль Ж. Перенос радиации в рассеивающих и поглощающих атмосферах. Стандартные методы расчета. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 263 с.
- Коммонер Б. Замыкающийся круг. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 272 с.
- Моисеев Н.Н. Как далеко до завтрашнего дня. Свободные размышления. 1917-1993. М.: «Аспект пресс», 1994. 304 с.
- Сушкевич Т.А. К 50-летию первой отечественной полупроводниковой ЭВМ «Весна» и отечественной компьютерной графики // Научный сервис в сети Интернет: многообразие суперкомпьютерных миров: Труды XVI Международной суперкомпьютерной конференции (Новороссийск, 22-27 сентября 2014 г.). М.: Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 2014. С. 122-125.
- Марченко М.А., Сушкевич Т.А. О параллельном моделировании кинетических процессов методом Монте-Карло (посвящается памяти Главного Теоретика Космонавтики М.В. Келдыша в год 60-летия запуска первого ИСЗ) // Вычислительные методы и программирование. 2017. Т. 18, № 4. С. 434 -446.
- Кароль И.Л., Катцов В.М., Киселев А.А., Кобышева Н.В. О климате по существу и всерьез. Санкт-Петербург: ГГО им. А.И. О климате по существу и всерьез. Санкт-Петербург: ГГО им. А.И. Воейкова, 2008. 55 с.
- NASA uses Earth as laboratory to study distant worlds. June 29, 2018 by Calla Cofield, NASA. URL: https://phys.org/news/2018-06-nasa-earth-laboratory-distant-worlds.html#jCp (дата обращения: 01.09.2018).