| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России, согласно Указу Президента Российской Федерации от 28 февраля 2024 г. № 145 |
Переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта |
| 19. |
Аннотация |
Научное исследование посвящено разработке математических методов и алгоритмов системного комплексного анализа геофизических данных для получения новых знаний об электромагнитных процессах в недрах Земли и околоземном пространстве. Создание новых методов интеллектуального анализа данных расширит возможности аппаратно-программного комплекса (АПК) МАГНУС (Мониторинг и Анализ Геомагнитных аНомалий в Унифицированной Среде). АПК является ядром ЦКП «Аналитический центр геомагнитных данных» и сети геомагнитных наблюдений в Российской Федерации и СНГ. Новые методы интеллектуального анализа данных на основе нечёткой математики позволят существенно усовершенствовать систему распознавания возмущений в геофизических данных наземного и спутникового базирования. Будет усовершенствовано и автоматизировано выделение локализованных вихревых структур при геомагнитных возмущениях, а также разномасштабное выделение геофизических аномалий на основе спектрального анализа. Это даст возможность детального исследования структуры сильных возмущений электромагнитного поля в магнитосфере и ионосфере, включая токовые системы на разных широтах, и всесторонне анализировать экстремальные события космической погоды. Новые математические методы анализа данных позволят изучать быстрые вариации главного магнитного поля Земли и стоящие за ними процессы на границе ядро-мантия по данным геомагнитных наблюдений. Будут построены высокоточные аналитические модели векового хода главного магнитного поля Земли. Таким образом, отмеченные исследования обеспечат развитие математического аппарата, нацеленного на эффективный анализ больших объемов геофизической информации, и внесут вклад в понимание солнечно-земных связей и глубинных процессов Земли. Полученные результаты найдут применение в прикладных задачах, требующих учета быстрых вариаций магнитного поля и эффектов космической погоды.
В современной геофизике уже долгое время используются большие и непрерывно растущие объемы информации о физических полях Земли. Так, российскими сетями геомагнитного мониторинга и низкоорбитальными спутниковыми миссиями непрерывно регистрируются данные о динамике внутреннего и внешнего магнитных полей Земли. Это обусловлено необходимостью решения множества исследовательских задач, направленных на понимание природы физических процессов в недрах планеты и её внешних оболочках, а также обширным рядом прикладных исследований. К примеру, существенным образом подвержены воздействию экстремальных процессов солнечно-земных взаимодействий функционирование наземной энергетической инфраструктуры и высокотехнологичный процесс наклонно-направленного бурения скважин в арктический зоне РФ.
В свою очередь, получение новых качественных данных требует не только развертывания современных комплексных геофизических обсерваторий, но и разработки надёжных и эффективных методов обработки и анализа больших объёмов данных геофизических наблюдений с учётом их специфики. Такое требование становится одним из наиболее важных и широко обсуждаемых вопросов в среде экспертов в области наук о данных и междисциплинарного взаимодействия. В качестве примера системы, осуществляющей стандартизованный и скоординированный сбор, обработку, хранение, интеллектуальный анализ и распространение наземных и спутниковых измерений, можно привести АПК МАГНУС, который находится в составе ЦКП «Аналитический центр геомагнитных данных» на базе ГЦ РАН и уже долгое время является ядром российской сети магнитных обсерваторий. В системе МАГНУС реализованы методы интеллектуального анализа геомагнитных данных, которые предоставляют системный подход к распознаванию экстремальных явлений космической погоды, а также физических процессов на границе мантии и ядра. Также средства МАГНУС обеспечивают оперативное моделирование как внутреннего, так и внешнего МПЗ. Расширенный функционал АПК МАГНУС будет применен для исследований структуры, взаимосвязи и взаимодействия физических процессов электромагнитной природы, происходящих на поверхности Земли и в околоземном космическом пространстве (атмосфере, ионосфере, магнитосфере) в различные периоды геомагнитной активности. Особую актуальность указанным исследованиям придает тот факт, что период 2025-2027 гг. будет приходиться на активную фазу 25-го цикла солнечной активности, который завершится к 2030 г.
Помимо этого, будет продолжено изучение быстрых вариаций главного МПЗ. Именно наличие высокоточных данных геомагнитных наблюдений с недавних пор обеспечило возможность изучения тонкой структуры динамики главного магнитного поля на характерных временных масштабах от одного до первых десятков лет. Такие исследования позволят расширить знания об электромагнитных процессах на границе ядро-мантия. Как исходные данные, так и полученные на их основе результаты обработки, расчётов и моделирования будут широко освещаться в научных изданиях и будут доступны онлайн с целью их предоставления международному сообществу исследователей.
Будет разработан специализированный математический аппарат векторного анализа на базе дискретного математического анализа (ДМА) для изучения геомагнитных возмущений, полученных по данным низкоорбитальных спутников и наземной сети станций. Получит развитие спектральный анализ магнитограмм на основе ДМА.
Будет разработана методика автоматического выделения в данных низкоорбитальных спутников и сетей наземных станций вихревой составляющей геомагнитных возмущений, также основанная на аппарате ДМА.
Будет выполнена разработка и верификация статистических и регрессионных моделей, обеспечивающих возможность прогнозирования и диагностирования экстремальных событий космической погоды в геофизических полях в арктической зоне РФ.
Будут развиты подходы к комплексному анализу геофизических данных мониторинга процессов электромагнитной природы на Земле и в околоземном космическом пространстве. Будет создана и разработана методика совместного стандартизованного анализа и комплексирования обсерваторских геомагнитных наблюдений, данных космических лучей, полного электронного содержания и других вспомогательных данных с целью изучения экстремальных событий космической погоды.
По мере поступления новых данных наземного и спутникового мониторинга магнитного поля Земли при помощи разработанного математического аппарата будут исследоваться быстрые вариации главного поля, включающие геомагнитные джерки и всплески векового ускорения. Будут построены высокоточные аналитические модели векового хода главного магнитного поля Земли. Будет произведено исследование имеющихся синтетических моделей геодинамо для понимания процессов генерации векового хода магнитного поля. На основе синтетических моделей и имеющихся исследований возможности предсказания магнитного поля на основе таких моделей будет производится корректировка развития модели векового хода главного магнитного поля Земли.
Будет усовершенствован и расширен функционал системы МАГНУС для решения обширного ряда задач геомагнитных исследований. В частности, будет дополнен набор инструментов для интерактивного анализа геомагнитной активности по 1-минутным и 1-секундным данным геомагнитных обсерваторий. |