Аннотация доклада:

В последние годы значительно возрастает стратегическая роль арктических акваторий и Северного морского пути. В тоже время западными странами создаются нормативно-регуляторные механизмы, ограничивающие морехозяйственную деятельность на арктической акватории.

Одновременно ведется интенсивная разработка цифровых сервисов, которые бы позволили осуществлять соответствующий анализ морехозяйственной деятельности в Арктике, монопольную оценку «углеродного следа» и регулирование судоходства в Арктическом регионе с помощью спутниковых АИС-данных.

В настоящее время западными странами практически завершено создание «ASTD-сервиса» для аналитики и регулирования судоходной деятельности в арктических водах на основе спутниковых АИС-данных (Инициаторы — США, Канада). Декларируемый «открытый» доступ к этому сервису российских пользователей был закрыт начиная с 2020 года.

C 2018 года Китаем разрабатывается логистическая платформа LOGINK, обладающая возможностями анализа морехозяйственной деятельности и оценки «углеродного следа» на основе спутниковых АИС-данных. В 2023 году Институт государственной политики Бейкера (США) выпустил аналитическую статью, в которой отмечено, что LOGINK представляет угрозу национальной безопасности США.

В России отсутствуют аналогичные сервисы и научно-обоснованные методические отечественные инструменты использования АИС-данных для анализа морехозяйственной деятельности и оценки «углеродного следа» судов.

Научно-исследовательский коллектив Мурманского арктического университета (МАУ) реализует ряд работ по решению вышеуказанных вопросов.

В частности, вниманию участников семинара предлагается разработанная методология количественной оценки выбросов парниковых газов («оценки углеродного следа») от судоходства на конкретной акватории, основанная на использовании AIS-данных спутниковых систем. С помощью предложенного подхода впервые проведены оценка и анализ структуры судоходного трафика как источника парниковых выбросов, установлены динамика и объемы эмиссии парниковых газов в конкретном районе арктической акватории.

В качестве примера использования АИС-данных, приводятся также результаты анализа морского трафика судов смешанного типа и его структуры в акватории СМП и сибирских рек, оцениваются риски снижения объема перевозимых грузов и сокращения судоходной активности.

В докладе также обсуждается актуальность создания «Арктического центра морской логистики КНЦ РАН — МАУ» для содействия развития арктической транспортно-логистической системы и обеспечения независимости российских судоходных и транспортно-логистических компаний от зарубежных информационных сервисов и инструментов регулирования морехозяйственной деятельности в арктических акваториях.

Аннотация доклада:

Давно признано, что только совместная интерпретация различных геофизических полей позволяет получить надёжные модели коры и верхней мантии. Автором разработана методика анализа гравитационного поля и его производных совместно с сейсмическими и тепловыми данными с использованием уравнений физики минералов, которая позволяет строить комплексные трёхмерные модели литосферы и всей верхней мантии. Эти модели включают распределения плотности, температуры, реологических параметров, а также степени деплетированности мантийного вещества. Важно отметить, что критерием отбора моделей является не только соответствие их наблюдённому гравитационному полю, но и его вертикальным градиентам, полученным непосредственно по спутниковым данным на большой высоте, а также динамической топографии, которая рассчитывается с учетом распределения вязкости в мантии. В результате значительно увеличилась надежность моделей, а также их разрешение, в первую очередь — по вертикали.

Данная методика применялась для исследования структуры литосферы и верхней мантии, как на глобальном, так и на региональном уровнях. В качестве примера показаны результаты для трёх регионов, которые позволили решить важные тектонические проблемы.

1. Была впервые получена модель корня северо-американского кратона, которая показывает, что его нижняя часть смещена на ~850 км в западном — юго-западном направлении относительно верхней части. Это смещение является следствием воздействия мантийной конвекции за последние 200 млн лет со времени раскрытия Атлантики.

2. Построена модель литосферы зоны столкновения Аравийской и Евразийской тектонических плит и сопредельных районов. Показано, что различные части этой зоны характеризуются принципиально разными сценариями континентальной субдукции. В частности, в районе восточной части Большого Кавказа на севере и северо-западного Загроса на юге имеют место противонаправленные зоны субдукции. При этом, на северной границе блока континентальная субдукция происходит в южном направлении, а не в северном, как предполагалось ранее.

3. Построена детальная модель Красного моря и сопредельных областей. Динамические расчеты с использованием этой модели позволили впервые объяснить различные тектонические режимы в этой сравнительно небольшой по размеру области. В частности, было объяснено различие в строении и динамике северной, центральной и южной частей Красного моря.

Аннотация доклада:

В докладе представлен обзор глобальной системы предупреждения и смягчения последствий цунами (далее — Система) — структуры, методов прогнозирования, существующих проблем, новых подходов к преодолению этих проблем. Действующая Система основана на использовании сейсмических данных о подводных землетрясениях в качестве предикторов генерации и распространения волн цунами. Этот подход хорошо работает для цунами, которые достигают береговой линии через несколько часов после цунамигенного землетрясения. Но, он не дает достаточного времени для принятия действенных мер по защите населения при локальных подводных землетрясениях, когда участок побережья и прилегающей акватории охватывается очаговой областью. К таким регионам, например, относится значительная часть тихоокеанского побережья Камчатки и отдельные участки побережья Курильских островах.

Более того, регистрируется довольно большое количество цунами, вызванных несейсмическими факторами (подводными оползнями, извержениями вулканов, метеорологическими условиями). Для таких случаев очень слабо развита научная база и технологическая инфраструктура, необходимая для детектирования очагов возникновения цунами.

В целях восполнения указанных пробелов, Межправительственная океанографическая комиссия (МОК) ЮНЕСКО в 2021 году одобрила программу развития глобальной Системы в рамках Десятилетия ООН по науке об океане в целях устойчивого развития. Программа имеет две стратегические цели. Первая цель заключается в обеспечении способности глобальной Системы передавать как можно более точные сигналы о цунами любого генезиса за десять минут до прихода волны на берег, с тем чтобы эвакуировать из опасных зон как можно больше людей. Для этого планируется развивать нелинейные математические модели распространения в океане длинных волн, расширять наблюдательные сети сейсмических и береговых уровенных станций, размещать дополнительные DART-буи, использовать в оперативном прогнозе данные о смещении грунта, полученные с помощью систем спутникового глобального позиционирования. Планируется также изучить возможность практического применения в системах предупреждения о цунами данных береговых радаров, информации ДЗЗ, сведений об аномалиях общего содержания электронов, выявленных с помощью ионосферной томографии, а также сигналов от датчиков, вмонтированных в подводные телекоммуникационные кабели.

Вторая цель программы развития глобальной Системы состоит в обеспечении к 2030 г. готовности и устойчивости к цунами всех подверженных такому риску прибрежных поселений. Исполнительным советом МОК ЮНЕСКО в 2022 г. утверждена программа по сертификации готовности прибрежных сообществ к цунами. В этой программе предусмотрены 12 показателей оценки, готовности и реагирования, которые помогают подверженным риску сообществам укреплять свой потенциал для эффективного реагирования на предупреждения о цунами и соответствующие угрозы.

В докладе также обсуждаются вопросы разработки программы модернизации и развития российской системы предупреждения о цунами.

Аннотация доклада:

Изучение современных геодеформационных процессов во времени в сейсмоактивных и нефтегазоносных регионах в рамках современной геодинамики, то есть в реальном масштабе времени, имеет очень важное научное и прикладное значение, так как благодаря этому возможно оценивать текущее современное геодинамическое состояние недр. С течением времени появляются все больше геодинамических полигонов, где становится возможным накапливать временные ряды наблюдений используя повторные геодезические (наземные и спутниковые), геофизические и другие методы мониторинговых измерений. Учитывая принцип рациональной пространственно-временной детальности измерений, а также улучшение аппаратурной базы, стало возможным эффективно и детально оценивать пространственно-временные масштабы процессов и не допускать исследование локальных объектов региональными системами наблюдений, а быстропротекающие процессы измерять с очень редкой частотой опроса. В свою очередь, развитие специализированного программного обеспечения для статистического анализа дискретных и перманентных данных позволяет уточнять ранее полученные результаты, улучшать информативность исходных данных, а также получать результаты строгими математическими методами.

В докладе представлены результаты диссертационного исследования, в котором геодеформационные наблюдения проанализированы на разных пространственно-временных масштабах — региональном, зональном и локальном. Например, на Ашхабадском и Камчатском геодинамических полигонах проведен спектрально-временного анализ временной структуры длительных рядов наблюдений (некоторые из которых превышают 55 лет измерений), а на добывающих платформах в Северном Каспии представлены результаты применения спектрально-временного анализа на более коротких, перманентных рядах измерений. Также показаны особенности методов анализа дискретных (повторных) и перманентных измерений на зональных циклических деформируемых объектах (подземные хранилища газа и месторождение, где добыча нефти производится путем парогравитационного дренажа). В локальных (разломных) зонах продемонстрировано применение геометрической теории деформации для анализа результатов геодеформационного мониторинга.

Аннотация доклада:

В течение всего инструментального периода обширные территории Арктики были крайне неравномерно и слабо охвачены стационарными сейсмическими наблюдениями из-за сложных климатических и географических условий, а также в силу исторических и экономических причин. Особенности развития инструментальных наблюдений напрямую влияли на сейсмологическую изученность арктических территорий. При анализе сейсмичности как Арктики в целом, так и отдельных её регионов, необходимо учитывать, что вычисление параметров очагов землетрясений в течение всего инструментального периода проходило в условиях малого количества станций и их удалённости от очага, с использования данных не всех функционировавших в регионе станций, с применением устаревших в настоящее время скоростных моделей и алгоритмов локации. Не для всех арктических землетрясений были вычислены магнитуды. В докладе будут кратко затронуты вопросы истории развития инструментальных наблюдений в Арктике и изучение её сейсмичности. Будет предложена совокупность решений, направленная на повышение достоверности определения основных параметров землетрясений первой половины ХХ в. и современных землетрясений западного сектора Российской Арктики. Представлены результаты многолетних исследований по сведению, уточнению и унификации основных параметров землетрясений с целью создания нового уточнённого и унифицированного каталога землетрясений западного сектора Российской Арктики за период с 1908 по 2020 г. А также результаты создания уточнённого и унифицированного каталога землетрясений Арктики за период с 1904 г. по 1920 г.

Аннотация доклада:

Проблемой извлечения информации из данных любой физической природы являются неполные априорные знания об информационной составляющей и помехе. В ряде критических смежных областей (физика и техника, биология и медицина др.) эта проблема приводит к недостаточной эффективности существующих методов. Особую актуальность имеют задачи анализа геофизических данных и обнаружения природных аномалий — магнитных и ионосферных бурь, сильных наземных возрастаний солнечных космических лучей и др. Объектом исследования в докладе являются данные мировой сети нейтронных мониторов, регистрирующие вариации интенсивности космических лучей. В докладе представлены результаты диссертационного исследования, направленного на построение модели данных вариаций космических лучей, разработку метода и алгоритмов обнаружения аномалий. В ходе семинара будут представлены примеры применения разработанных средств для задач космической погоды.

Аннотация доклада:

На смену классическим подходам к работе с большими объемами геофизических данных приходят новые методы, основанные на теории и практике Big Data. Примером таких технологий являются массивно-параллельные базы данных (MPP СУБД). В докладе представлены результаты реализации пилотного проекта по созданию кластера хранения и обработки наземных геомагнитных данных на основе распределенной аналитической СУБД Arenadata DB. Описан процесс установки, загрузки и партиционирования данных, анализ скоростных характеристик исполнения запросов. В ходе семинара будет проведена демонстрация запросов из пула данных пилотного кластера.

Аннотация доклада:

На фоне современных, очень сложных в техническом отношении исследований, иногда возникает представление о сравнительной простоте задач, которые стояли перед теми, кто закладывал основы наших знаний. На самом деле эти задачи были исключительно трудны, и в развитии представлений о строении Земли мы видим критические моменты, когда усилиями выдающихся ученых осуществлялись качественные скачки и преодолевались барьеры, стоявшие на пути научного знания. Эти открытия можно вполне назвать «звездными вехами». По пути этих вех (в основном они будут связаны с сейсмологией) мы и пройдем, отдавая дань как самой логике и, иногда, драматургии открытий, так и их творцам. Временной интервал, который мы охватим, простирается до конца 40-х годов ХХ века. В качестве ключевых вех мы рассмотрим установление факта отклонения формы Земли от шара и его объяснение Ньютоном и Клеро, определение Кавендишем средней плотности вещества Земли, изобретения первых несовершенных сейсмографов (Милн, Омори, Вихерт), создание первого современного сейсмографа князем Б.Б. Голицыным, открытия внутренних границ раздела в Земле (от Гутенберга до Джеффриса). В заключение краткий экскурс в современность.

Аннотация доклада:

Комплексное освоение Арктических территорий требует расширения наших знаний об их геологическом строении и тектонике. Мурманская область является одним из ключевых регионов Русского севера с развитой гражданской и промышленной инфраструктурой, а также крупнейшим в Европе горнопромышленным комплексом. Начиная с 2021 года на территории центральной и арктической частей Кольского региона, совместно с ФИЦ ЕГС РАН, проводится эксперимент по созданию новой площадной сети широкополосных сейсмических станций. В докладе представлены одномерные кинематические модели литосферы различных частей изучаемого региона на основе сейсмических данных. Выявленные особенности свидетельствуют о высокой гетерогенности Кольского региона, а также о наличии в его современном строении следов древних тектонических процессов, вероятно связанных с рудопроявлениями.

Аннотация доклада:

В настоящее время во многих странах разрабатываются проекты подземной изоляции высокоактивных радиоактивных отходов (РАО) в различных породах: солях (Германия, США), гранитах (Швеция, Финляндия, Швейцария, Канада, Россия), глинах (Франция, Швейцария, Бельгия), туфах (США) и др. Международный опыт выбора площадок для захоронения РАО основан на поиске в относительно стабильных геологических районах наименее нарушенного структурного тектонического блока при его максимально возможных размерах. При проектировании подземной исследовательской лаборатории (ПИЛ) обосновывается оптимальный комплекс методов исследований. Основой этого служат модели напряженно-деформированного состояния (НДС) горных пород, позволяющие выявить локальные зоны концентрации напряжений. Использование трехмерной модели повышает достоверность расчетов НДС за счет задания граничных условий, максимально адекватно отражающих реальную геологическую среду. В дальнейшем трехмерная модель может служить основой для создания единой информационной среды, также известной как цифровой двойник, что обеспечит удобный доступ к геопространственным данным.

Аннотация доклада:

Маркшейдерско-геодезический мониторинг современных деформаций и движений земной поверхности является обязательной частью обеспечения инженерной и геоэкологической безопасности на всех стадиях жизненного цикла подземных опасных производственных объектов. В рамках проекта создания подземной исследовательской лаборатории (ПИЛ) планируется размещение высокоактивных радиоактивных отходов (РАО) на глубине 500 м в гранитогнейсовых породах Нижне-Канского массива (Красноярский край). Этот объект, предполагаемый к долгосрочной эксплуатации, требует особого внимания к мониторингу геодинамического режима территории. В соответствии с современными нормативами обеспечение долговременной безопасности подразумевает обеспечение стабильности и безопасности на период более 10 тыс. лет. С учетом малых амплитуд движений в умеренно-активных тектонических районах, таких как Енисейский кряж, точность и достоверность геодезических работ определяются методическими аспектами выполнения полевых наблюдений. Современный мировой и отечественный опыт подчеркивает важность применения ГНСС для идентификации малоамплитудных смещений земной поверхности.

Аннотация доклада:

В докладе рассмотрена история становления взглядов на термин «линеаменты», применение линеаментного анализа в современной геологии и геоморфологии, методические ограничения морфоструктурного анализа линейных геоморфологических объектов и некоторые методики использования материалов дистанционного зондирования Земли для решения задач выявления деформаций рельефа в зонах линеаментов в результате сейсмических событий.

Аннотация доклада:

За последние четыре десятилетия наблюдается уменьшение площади арктического морского льда, превышающее 30%, а также уменьшение толщины этого льда. Эти изменения открывают новые возможности для морских маршрутов, но при этом возрастает риск ледяных заторов, угрожающих безопасности судов. В таких условиях оперативные прогнозы сплоченности морского льда становятся ключевым инструментом для нивелирования этих рисков, позволяя судам адаптировать свои маршруты и избегать участков скопления льда.
В данном докладе будет рассказано о возможностях машинного обучения, и, в частности, глубокого обучения, в прогнозировании сплоченности морского льда. Традиционные численные модели, связывающие океан и лед, требуют значительных вычислительных ресурсов для прогнозирования, в то время как машинное обучение предоставляет более гибкую и эффективную альтернативу в этой задаче.
Доклад будет сосредоточен на оперативном посуточном прогнозировании сплоченности морского льда в морях Арктики. Для такого прогнозирования использована простая и в то же время эффективная нейронная архитектуру U-Net. Такой подход позволяет создавать оперативные прогнозы сплоченности морского льда в регионах Баренцева, Лабрадорского морей и моря Лаптевых, ключевых для Арктики.
Основные результаты включают:
1. Создание бенчмарк-датасетов, которые могут быть использованы для будущих исследований.
2. Проведение многочисленных экспериментов по прогнозированию сплоченности морского льда с помощью модели U-Net в двух режимах и сравнение результатов с простыми бейзлайнами.
3. Разработку быстрого и надежного инструмента, который предоставляет оперативные прогнозы сплоченности морского льда в регионах Баренцева, Лабрадорского морей и моря Лаптевых.
4. Сравнение производительности модели U-Net в режимах рекуррентного и прямого прогнозирования и выявление преимуществ и недостатков обоих режимов работы.

Аннотация доклада:

Современные исследования движений земной поверхности в северной части Евразии берут свое начало в 1997 г., когда в Сибири и на Дальнем Востоке были установлены первые постоянные станции GPS. В дальнейшем сеть постоянных станций GPS/ГЛОНАСС планомерно расширялась, постепенно охватывая Западно-Сибирскую, Сибирскую и Восточно-Европейскую платформы. Основная задача наблюдательной сети ГНСС континентального масштаба по Северной Евразии состояла в исследовании кинематики литосферных плит, определяющих тектоническое строение континента, а также в формировании отсчетной основы для региональных геодинамических наблюдений. Одновременно, в подвижных регионах Северной Евразии разворачивались многочисленные региональные наблюдательные сети для изучения пограничных межплитных, а также внутриплитных деформаций (Камчатка, Курилы, Сахалин, Прибайкалье, Кавказ, Крым, Карелия). Сопоставление региональных наблюдений и крупномасштабных блоковых моделей составляло одну из концептуальных основ геодинамической интерпретации разномасштабного спутникового геодезического мониторинга. Развиваемая в последние годы сеть пунктов Фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС) на территории РФ заметно сгущает покрытие наблюдательными пунктами северной части Евразии по сравнению с установленными ранее пунктами международной сети ГНСС (IGS), что позволяет в настоящее время составить более детализированное представления о современных движениях земной поверхности в Северной Евразии и оценить стабильность платформенных областей на этой территории.

Аннотация доклада:

На текущий момент основной сетью ГНСС наблюдений, созданной специально для мониторинга современных движений земной коры на Камчатке является сеть KAMNET, разработанная в 1996 году КФ ФИЦ ЕГС РАН совместно с ИВиС ДВО РАН в рамках международных соглашений. В нее входят станции постоянных и эпизодических ГНСС наблюдений. В предполагаемых эпицентральных зонах сильных (M>7.0) землетрясений и районах активных вулканов лаборатория геодезии и дистанционных методов исследований ИВиС ДВО РАН в разное время созданы локальные сети эпизодических ГНСС наблюдений. Постоянные станции сети KAMNET служат опорными станциями при обработке данных, получаемых с локальных сетей, в частности с вулканов Авачинский, Плоский Толбачик и Ключевской, а также с Усть-Камчатского полигона. В докладе будет представлено современное состояние сети KAMNET, показаны основные объекты, на которых лаборатория геодезии работает в настоящий момент, а также результаты этих работ (графики наклонных дальностей и превышений, инвариантые характеристики деформаций). Более подробно будут освещены полевые работы лаборатории геодезии в апреле 2023 года на Северной группе вулканов при извержении вулканов Безымянный и Шивелуч.

Аннотация доклада:

Литология является фундаментальным разделом геологии, направленным на изучение осадочных пород. Около 3/4 поверхности Земли сложены осадочными образованиями, к которым приурочена большая часть полезных ископаемых (100% углей, солей, каолинов и др.). Зона осадкообразования является средой обитания человечества. К основным задачам литологии относятся: изучение состава, строения, происхождения, размещения, стадиальных изменений, а также использование осадочных горных пород. Литология — неотъемлемая часть многих междисциплинарных исследований.
Без литологических работ невозможно проведение бассейнового анализа, включая выявление закономерностей развития нефтегазоносных комплексов; выяснение особенностей формирования пород нетрадиционных коллекторов, характеризующихся развитием вторичной пористостью; создание палеогеографических реконструкций, восстанавливающих смену морских и континентальных условий осадконакопления, этапность вулканизма в прошлом. Осадочные толщи обладают геоисторической информативностью, позволяющей прослеживать эволюцию гидросферы, атмосферы, биосферы Земли, а также выявлять запись изменчивости инсоляции, по которой породы могут быть датированы.

Аннотация доклада:

Произведены необходимые рассмотрения элементов технологии нейронных сетей.
Решена задача распознавания геомагнитных бурь на основе цифровой обработки временных рядов матричных наблюдений мюонного годоскопа УРАГАН с использованием нейронных сетей глубокого обучения. Разработан алгоритм вычислительных операций для распознавания геомагнитных бурь. Реализован выбор оптимального варианта программного модуля нейронной сети, определена его структура и параметры. Распознавание геомагнитных бурь рассмотрена как задача классификации. Сформировано правило принятия решений для распознавания. Предложены формулы для оценок вероятностей правильных и ложных распознаваний геомагнитных бурь. Экспериментальное исследование алгоритма вычисления оценок вероятностей правильного и ложного распознаваний геомагнитных бурь в зависимости от величины порога и размерности группы входных изображений подтвердило эффективность разработанного нейросетевого подхода к распознаванию. Полученные результаты ориентированы на решения целого ряда задач солнечно-земной физики.

Аннотация доклада:

Обработка естественного языка (NLP) — это технология машинного обучения, которая дает компьютерам возможность интерпретировать, манипулировать и понимать человеческий язык. Обработка естественного языка имеет решающее значение для эффективного анализа текстовых и речевых данных. Таким образом можно преодолевать различия в диалектах, сленге и грамматических нарушениях, типичных для повседневных разговоров. Уже сейчас многие организации используют этот метод для нескольких автоматизированных задач, таких как:
• Обработка, анализ и архивирование больших документов
• Анализ отзывов клиентов или записей колл-центра
• Запуск чат-ботов для автоматизированного обслуживания клиентов
• Ответы на вопросы «кто, что, когда и где»
• Классификация и извлечение текста
Технологии на базе NLP повсеместно интегрируют в приложения, ориентированные на клиента, чтобы более эффективно общаться с клиентами. Например, чат-бот анализирует и сортирует запросы клиентов, автоматически отвечая на распространенные вопросы и перенаправляя сложные запросы в службу поддержки. 30 ноября 2022 года была запущена новая версия сервиса ChatGPT компании OpenAI, которая привлекла ажиотажное внимание своими широкими возможностями: написание кода, создание текстов, возможности перевода, получения точных ответов и использование контекста диалога для ответов, хотя его фактическая точность и подверглась критике. В рамках доклада будет представлен краткий обзор алгоритмов обработки естественного языка на примере сервиса ChatGPT.

Аннотация доклада:

6 февраля 2023 года уже определило свое место в сейсмологической летописи, так как в этот день зафиксированы два сильных землетрясения, проявивших себя, в первую очередь, на территории Турции и Сирии. И несмотря на то что по магнитуде они не попадают в список сильнейших землетрясений мира, так как магнитуда не превышает M=8 (M_w^GCMT=7.8, M_w^GCMT=7.7 в 01:18 и 10:24 GMT, соответственно), по количеству жертв, к сожалению, они уже расположились в рейтинге достаточно высоко. На семинаре будут освещены известные к настоящему времени характеристики землетрясений (по данным различных агентсв), их особенности (в сравнении с аналогичными сильнейшими землетрясениями Турции, Сирии и мира), а также сформулированы первые выводы, которые можно сделать спустя две недели после наблюденных событий.

Аннотация доклада:

С 2008 года в России была развёрнута сеть высокоорбитальной радиотомографии ионосферы, в составе которой помимо измерительной аппаратуры был запущен сервер обработки с алгоритмом томографии, разработанном МГУ. К настоящему времени алгоритм технически устарел, языки программирования развились на новый уровень, стали широко применяться протоколы реального времени.
Проанализировано решение проблемы аппаратурных задержек DCB (Differential Code Biases) методом, принятым в мировой практике по открытым публикациям [1], выделены методические недостатки зарубежного алгоритма.
В рамках инициативной разработки ФГБУ «ИПГ» создано новое программное обеспечение — «Кассиопея», свободное от лишних научных предположений и ограничений. «Кассиопея» запускалась на модельном распределении, а также на реальных данных российской и международной сетей. Алгоритм прошёл первые проверки путём сравнения данных с моделью ионосферы SIMP-2 (ФГБУ «ИПГ»), дополненной оперативными данными ионозондов российской и международной сетей.
Результаты проверки показали, что «Кассиопея» может быть использована для получения TEC/ПЭС и DCB с высокой оперативностью и точностью. Детальность результатов позволяет видеть эффект двойного дневного максимума (Double Diurnal Maxima, DDM) [2] по спутникам ГЛОНАСС/GPS, обнаруженный ранее по геостационарным спутникам Beidou/COMPASS китайскими учёными в азиатском регионе согласно их открытой публикации. Точность и оперативность получения аппаратурных поправок DCB «Кассиопеи» может превосходить открытые данные алгоритма мировой практики. «Кассиопея» позволяет импортозаместить зарубежные результаты DCB спутников аналогичными с высокой точностью, потребляя данные только сети приёмников ГНСС в России.
В дальнейшем предполагается усовершенствовать и развить новый алгоритм, провести больше видов сравнений и статистических оценок.

Работа выполнена без финансовой поддержки сторонних организаций.

1. Wang N., Yuan Y., Li Z., Montenbruck O., Tan B. Determination of differential code biases with multi-GNSS observations // Journal of Geodesy. 2016. V. 90. Issue 3. P. 209-228.
2. Wang R., Chen P., Yao Y., An Z., Wang Z. Research on the ionospheric diurnal Double-Maxima patterns in Asia-Australian area based on the VTEC observations of BDS geostationary satellites // Advances in Space Research. 2022. V. 69, Issue 10. , P. 3705-3716

Аннотация доклада:

Основной темой доклада являются результаты проведённого статистического анализа данных о вулканических извержениях за последние ~470 лет, охватывающих календарный интервал 1551-2020 гг. Использована информация о количестве вулканических извержений для каждого года в указанном интервале, опубликованная в базе данных Global Volcanism Program Национального музея естественной истории Смитсоновского института. Установлен генеральный восходящий тренд во временном ряде этих данных, который резко ускоряется, начиная с середины XVIII века, но практически исчезает в последние несколько десятилетий. Природа этого тренда по всей видимости является смешанной, частично из-за отсутствия информации до ~1750 года, и возможно из-за реального роста вулканической активности. В остаточном временном ряде выявлены циклы продолжительностью 11, 19-25, ~60-62 и ~240-250 лет. Все они имеют аналоги в различных индексах солнечной активности и других параметрах космической погоды. Показано что в спектре колебаний временного ряда сильных вулканических извержений, у которых индекс мощности VEI ≥ 5, околодвухвековой цикл (240-250 лет) отсутствует, зато появляются значимые колебания продолжительностью ~32 и 90 лет. Показано, что существует тенденция приуроченности вулканических извержений к экстремумам основного солнечного цикла Швабе-Вольфа (~ 11 лет), которая очень сильно выражена для мощных вулканических событий VEI ≥ 5. В частности, все 8 извержений после 1550 года для которых VEI≥ 6, без исключения, произошли вблизи эпох экстремумов 11-летних солнечных циклов.
В докладе затронут вопрос о возможных физических механизмах реализации триггерного влияния космической погоды на тектоническую активность. На основании детального анализа фактической информации о двух сильнейших тектонических событиях последних десятилетий — извержение вулкана Пинатубо в 1991 г. и Мексиканское землетрясение 07 сентября 2017 года, получен вывод о том, что существенную роль при этом имеют колебания характеристик нижней ионосферы (слои D и E) в эпизодах экстремальной космической погоды (сильные солнечные вспышки и связанные с ними корональные выбросы масс, солнечные протонные явления и радиационные бури). Роль высокой геомагнитной активности является также очень существенной. Обсуждаются возможности изучения данной проблемы на основании наблюдений внезапных ионосферных возмущений при помощи VLF-детекторов.

Аннотация доклада:

В работе использованы данные мирового каталога землетрясений USGS/NEIC с 1973 по 2019 гг. Исследована зависимость числа повторных толчков на коротких интервалах времени ‒ не более 24 ч после главного толчка, и расстояниях от эпицентра (или гипоцентра для глубокофокусных землетрясений) главного толчка до 5°. Основным методическим приемом во всех построениях являлся метод наложения эпох. При этом и моменты возникновения главных толчков, и координаты их эпицентров/гипоцентров играли роль репера для синхронизации последовательностей повторных толчков.
В результате анализа обобщенных (накопленных) пространственных распределений афтершоковых последовательностей, полученных при изучении большого числа главных толчков в различных диапазонах магнитуд и глубин (совокупный объем выборок составляет тысячи главных толчков и десятки тысяч афтершоков) установлены два новых свойства пространственного распределения повторных толчков. Первое свойство — максимум кривой, описывающей пространственное распределение афтершоков, наблюдается на определенном расстоянии (примерно от 10 до 120 км) от эпицентра главного толчка. При этом логарифм этого расстояния прямо пропорционален магнитуде главного толчка. Второе свойство — положение максимума не зависит от времени, т.е. является стабильной пространственной характеристикой очага, по крайней мере, на рассматриваемых нами коротких интервалах времени после главного толчка.
Эти свойства оказались характерны не только для неглубоких главных толчков, но и для глубоких с глубинами гипоцентров более 300 км. В результате работы показана возможность использования установленных свойств афтершоков для определения характерного размера очаговой зоны как неглубоких, так и глубокофокусных главных толчков.
Работа выполнена при финансовой поддержке Программ государственных заданий Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

Аннотация доклада:

Представляется методика и элементы технологии, базирующиеся на отечественной геоинформационной системе INTEGRO, позволяющие построить комплексную трехмерную модель территории в условиях наличия единичных буровых скважин и низкой плотности сейсмических профилей, расстояния между которыми могут достигать нескольких десятков км. Методика опирается на использование наряду с традиционными буровыми и сейсмическими данными потенциальных полей, которые служат для продолжения решений с сейсмических профилей в межпрофильное пространство.

Аннотация доклада:

В докладе представлены примеры изучения активных разломов, демонстрирующие общемировые принципы исследований активной тектоники геолого-геоморфологическими методами. Исследования заключаются, в первую очередь, в прослеживании и структурном анализе геологических маркеров — разнообразных геоморфологических уровней, к которым прежде всего относятся поверхности выравнивания, а также речные, морские или озерные террасы позднеплейстоцен-голоценового возраста и слагающие их осадки. Детальные исследования конкретных тектонических деформаций в разрезах молодых отложений позволяют конкретизировать картину молодых смещений по разломам, получив количественные параметры, используемые в оценке сейсмической опасности. При этом используется комплекс дистанционно-полевых геолого-геоморфологических и геофизических методов, позволяющий получить информацию об активных разломах на разных масштабных уровнях. Фундаментальная база таких исследований — результаты геологического изучения очаговых зон современных сильных землетрясений как современных аналогов, активность которых не вызывает сомнений.

Аннотация доклада:

В настоящее время количество накопленных данных фото- и видеоформата растет экспоненциально. Затраты на обработку и поиск закономерностей в подобных данных существенно увеличиваются. Поэтому крайне важно иметь математический аппарат, позволяющий автоматизировать поиск необходимых данных и закономерностей в большом объеме данных и последующем преобразовании.
Компьютерное зрение (Computer Vision) — это устоявшийся термин, которым называют направление прикладной математики, посвященное синтезу алгоритмов и моделей для обработки и выявления существенной информации в фото- или видеопотоке данных. Другими словами, алгоритмы компьютерного зрения позволяют классифицировать изображения, выявлять объекты и их местоположение на видео, а также улучшать качество и восстанавливать изображения, или генерировать новые изображения на основе ранее предоставленных примеров. В частности, последнее время, стали активно использоваться модели конволюционных (сверточных) нейронных сетей для поиска и классификации входного потока данных. Следующим этапом развития этого направления стало появление Генеративно-состязательных сетей (англ. Generative adversarial network, сокращённо GAN) — алгоритм машинного обучения без учителя, построенный на комбинации из двух нейронных сетей. Появление подобных моделей и развитие вычислительных структур, стимулировало следующий этап развития систем фото и видео аналитики.
В рамках доклада будет представлен краткий обзор данных алгоритмов обработки информации и примеры решения практических задач с помощью алгоритмов компьютерного зрения.

Аннотация доклада:

В докладе представлен краткий обзор современных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), их применения в геофизических исследованиях, прежде всего — для исследования геомагнитных аномалий. Описаны первые шаги в освоении БПЛА сотрудниками Геофизического центра РАН и Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

Аннотация доклада:

Более 45 лет назад почти одновременно в [1] и [2] была высказана гипотеза о важной, если не ведущей, роли водорода и ряда гидридов металлов в составе наиболее глубинных зон Земли и в глобальных геодинамических процессах. Хотя представления [1, 2] о преобладании в этих зонах гидридов щелочных металлов не подтвердились, водород по-прежнему рассматривается как один из возможных легких элементов — примесей в жидком и твердом ядре. Уточненное значение температуры Тпл. плавления пиролита (модельное вещество мантии) при давлении 136 ГПа (на границе мантия-жидкое ядро, CMB) — около 3500К [6], т.е., примерно на 1000-1400о ниже, чем чистого Fe, и на 300-400о ниже, чем эвтектики Fe — Fe3С, и близко к температуре плавления FeH0.6-0.7 (3400-3500К) [5]. Экстраполяция этого значения Тпл. приводит к ТICB ~ 4600К. При этой температуре, по экспериментальным данным [3], вхождение 4-6 масс.% Н (FeH0.3) в железоникелевый сплав лучше всего удовлетворяет одновременно дефициту плотности и дефициту скорости продольных волн (Vp) (по сравнению с чистым Fe) в твердом ядре (IC), соответствующему модели PREM [4]. Коэффициент разделения Н между жидким ядром (ОС) и IC близок к 1.4 [5], откуда следует, что в жидком ядре на границе с твердым (ICB) может устойчиво содержаться до 7-8 масс.% Н (FeH0.42). В ходе фракционной кристаллизации твердого ядра вследствие остывания Земли водород перераспределяется из IC в ОС, вплоть до достижения насыщения при соответствующих Р-Т условиях. Выделяющийся из ОС водород, возможно, в смеси с СН4 и/или c более высоко полимеризованными предельными углеводородами, может собираться в струи (фокусироваться), которые взаимодействуют с веществом нижней мантии, вызывая его локальное плавление и восстановление до металлического содержащегося в нем железа. При этом протекают экзотермические реакции окисления части водорода до воды и углеводородов до элементарного углерода. Металлическое железо, образующееся в процессе восстановления из силикатов мантии, опускается в жидкое ядро и, таким образом, поддерживает его существование во времени. Этот процесс является также «ключом», выключающим выделение Н2 (и углеводородов?) из жидкого ядра, т.к. возвращает состав ОС в недосыщенное по Н2 состояние. Таким образом, многие аспекты гипотезы «гидридной Земли» хорошо увязываются с современными данными геофизики и экспериментальной минералогии.

Литература:

1. Маракушев А.А., Перчук Л.Л. Термодинамическая модель флюидного режима Земли // Очерки физ.-хим. петрологии. М.: Наука, 1974. Вып. 4. С. 102-130.

2. Ларин В.Н. Гипотеза изначально гидридной Земли (новая глобальная концепция) // М., «Недра», 1975, 101 с.

3. Sakamaki T., Ohtani E., Fukui H., et al. Constraints on Earth’s inner core composition inferred from measurements of the sound velocity of hcp-iron in extreme conditions. Sci. Adv. 2016, 2: e1500802.

4. Dziewonski A. M., Anderson D. L. Preliminary reference Earth model. Phys. Earth Planet.Inter. 25, 297–356 (1981).

5. Okuchi T. Hydrogen Partitioning into Molten Iron at High Pressure: Implications for Earth’s Core. Science, 278, 1997 1781-1784.

6. Nomura R. et al. Low Core-Mantle Boundary Temperature Inferred from the Solidus of Pyrolite. Science, 343, 2014. DOI: 10.1126/science.1248186.

Аннотация доклада:

В России накоплен огромный объем чрезвычайно опасных для населения и окружающей среды высокоактивных радиоактивных отходов (ВАО). Период их радиобиологической опасности превышает десятки тысяч лет. Единственным осуществимым способом удаления ВАО из биосферы является захоронение в глубокие геологические формации. Международный опыт выбора площадок, пригодных для подземной изоляции ВАО, основан на поиске в стабильных геологических районах наименее нарушенного структурного тектонического блока при его максимально возможных размерах.
Сложность проблемы обусловлена тем, что достоверных методов прогноза сохранности изоляционных свойств геологической среды на столь длительные период времени не создано. Для преодоления неопределенностей, была создана методология оценки устойчивости геологической среды, основанная на методе и алгоритмах системного анализа пространственных геоданных научной школы академика РАН А. Д. Гвишиани.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены новые данные о геодинамическом режиме территории, разработаны новые алгоритмы и программные модули системного анализа и интерпретации данных геолого-геофизических и геодезических наблюдений, построена карта геоэкологической безопасности северной части Нижне-Канского массива (Красноярский край). Создан уникальный геодинамический полигон для наблюдений за современными движениями земной коры средствами ГНСС. Впервые в зоне контакта крупнейших тектонических структур — Сибирской платформы и Западно-Сибирской плиты (южная часть Енисейского кряжа) получены фундаментальные данные, подтверждающие цикличность геодинамических движений. Результаты работ внедрены в «Стратегический мастер-план» научных исследований в подземной исследовательской лаборатории на участке «Енисейский». На его основе в ГК «Росатом» утверждена «Стратегия создания пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов», которая реализуется в настоящее время.

Аннотация доклада:

Наблюдательные данные лежат в основе изучения, моделирования и прогнозирования катастрофических природных явлений, таких как цунами, землетрясения, вулканические извержения, оползни и обвалы, ураганы, наводнения, лесные пожары, болидные взрывы, падения метеоритов. Организация данных в форме, пригодной для их использования в задачах прогнозирования (параметрические каталоги, базы данных, поддерживающие их графические оболочки) является нетривиальной задачей, требующей глубокого понимания как структуры данных и технических особенностей систем наблюдения, на которых они получены, так и физических механизмов развития самих опасных явлений, используемых математических моделей и реализующих их численных алгоритмов. Эти вопросы рассматриваются на примере решения двух главных научно-прикладных задач в проблеме цунами (1) оперативного прогноза цунами и (2) вероятностной оценки цунамиопасности (цунамирайонирования побережья). В первой задаче нет прямой детерминированной связи между силой подводного землетрясения и интенсивностью возникающего цунами, поэтому важнейшим параметром становится выбор магнитудного порога для объявления тревоги цунами, определяющего соотношение оправдавшихся и пропущенных тревог. Во второй задаче важнейшим элементом является адекватная оценка повторяемости сильнейших событий, вносящих основной вклад в цунамиопасность побережья. Показано, в частности, что параметрические каталоги цунами для большинства цунамигенных регионов Мирового океана имеют недостаточную длину для надежной оценки повторяемости сильнейших цунами. Эти сильнейшие события (транс-океанские мега-цунами, последними примерами которых являются Индонезийское цунами 26 декабря 2004 года и цунами Тохоку 11 марта 2011 года) составляют менее 1% от всех цунамигенных событий, происходящих в Миром океане, но они ответственны за 60% всех человеческих жертв и за более чем 80% общего материального ущерба.

Аннотация доклада:

На основе концепции странного нехаотического аттрактора (СНА) в нелинейных динамических системах, выполнено исследование параметров колебаний в глобальных полях гидрометеорологических характеристик системы океан-атмосфера в диапазоне временных масштабов от года до примерно десятилетия. Обнаруженное явление получило название Глобальной атмосферной осцилляции (ГАО). Доказана реальность существования физической связи событий Эль-Ниньо — Южное колебание с ГАО в исследуемых полях. С этой целью показано, что области отклонений от нуля средних разностей характеристик атмосферы и океана между событиями Эль-Ниньо и Ла-Нинья высоко значимы по t-критерию Стьюдента всюду на Земле, включая приполярные районы. На основе выявленных специфических особенностей динамики ГАО, в частности, западно-восточного смещения аномалий приземного давления и температуры в процессе цикла ее эволюции, выделен определенный индекс, соответствующий некоторой стадии развития ГАО. Рассчитано, что возникновение этого индекса в термобарической структуре ГАО предваряет, примерно на год изменения другого ранее полученного индекса ГАО, характеризующего чередование Эль-Ниньо и Ла-Нинья. На основе учета этого упреждения разработан метод прогноза сильных событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья с годичной заблаговременностью, что превышает прогностические возможности большинства других современных методик.

(по результатам работы научного коллектива: А. Г. Костяной, С. А. Лебедев, Е. А. Костяная, Я. А. Прокофьев)

В работе Научного семинара приняли участие 33 человека.

Аннотация доклада:

В докладе отражены последние достижения Лаборатории инновационных проектов ГЦ РАН в развитии элементов платформы интерактивных сферических визуализаций (ИСВ) ORBUS. Технологии ИСВ являются инновационными в области Наук о Земле в части естественного представления глобальных геопространственных данных, в том числе, получаемых в режиме реального времени. Кроме того, эти технологии играют важную роль в популяризации (интерактивной публикации) научных достижений и построению эффективного взаимодействия между академическими институтами и образовательными организациями, в том числе школами и ВУЗами. Данный проект включает в себя работу по созданию демонстрационных залов в научных, образовательных, музейно-выставочных учреждениях России, а также развитие авторского программного обеспечения ORBUS. Среди последних важнейших результатов: создание пользовательского интерфейса и реализация нового инструментария по работе со сферическими слайдами в ПО ORBUS TOUCH, разработка кроссплатформенного веб-приложения виртуальный глобус ORBUS WEB и внедрение технологий дополненной реальности ORBUS AR. Как следствие развития технических характеристик проекционного оборудования, были существенно обновлены базы данных имеющихся сферических слайдов, а также создан авторский контент в высоком разрешении. В области развития аппаратной составляющей платформы была решена задача по реализации функционала сенсорного сферического экрана, а также намечены планы по реализации в 2022 г. образца аппаратно-программного комплекса со сферическим экраном с комплектующими российского производства, что отвечает тенденции по развитию импортозамещения в РФ.

Аннотация доклада:

Рассмотрен алгоритм построения двухмерных рядов Фурье в сферической системе координат по полному набору ортогональных ультрасферических многочленов, частными случаями которых являются многочлены Лежандра и многочлены Чебышева первого и второго родов. Предложенные ряды равномерно сходятся во всех точках сферы, включая полюса. В отличие от традиционных спектральных разложений на сфере они содержат в явном виде дополнительные слагаемые, которые характеризуют нечетную составляющую искомой функции относительно полюсов. Показано, что в малой окрестности полюсов («полярных шапок») разложение упрощается вследствие близости к нулю слагаемых ряда Фурье, ответственных за аппроксимацию нечетных относительно полюсов составляющих функций. С приближением к экваториальной зоне значение несимметричных относительно полюсов компонентов искомой функции увеличивается и сравнивается с вкладом симметричных компонентов. Новый метод применяется для частного случая спектральной аппроксимации непрерывной скалярной аналитической функции с использованием сферических гармоник. Двойные ряды Фурье в этом случае дают расширение традиционного спектрального метода. Альтернативной возможностью является построение двойных рядов Фурье по присоединенным многочленам Чебышева первого и второго родов. Приводятся численные примеры спектральной аппроксимации скалярных функций на сфере.

Аннотация доклада:

Рассматривается задача о выявлении регулярных краткосрочных (с временем проявления порядка одних суток перед событием) предвестников приближающегося землетрясений как высокой, так и малой магнитуды. Для этого вводится статистический функционал от критической частоты ионосферного слоя F2. С целью апробации предлагаемой методики проводится расчет значений данного функционала по многолетней статистике указанной критической частоты для Камчатки и для Италии. В частности, подробно исследуются выявленные согласно предлагаемой методике краткосрочные предвестники применительно катастрофическому землетрясению 6.04.2009 в Аквиле. На основании анализа полученных результатов вводятся понятия сейсмического квантования, а также критических уровней региональной геофизической системы и ее особых состояний. Выдвигается гипотеза, объясняющая обнаруженные статистические эффекты с точки зрения геофизики. Определяются критерии, позволяющие сформулировать вывод о высокой вероятности сильного тектонического события в ближайшее время в заданном регионе.