ИВМ СО РАН Поиск 
Отчеты ИВМ СО РАН

Отчет ИВМ СО РАН за 2007 год

Интеграционные, экспедиционные проекты, гранты СО РАН

Междисциплинарные интеграционные проекты


Проект № 24 «Роль микроорганизмов в функционировании живых систем: фундаментальные проблемы и биоинженерные приложения»

Организации-исполнители: ИЦГ СО РАН, ИХБФМ СО РАН, ИБФ СО РАН, ИК СО РАН, ИМ СО РАН, НГУ СО РАН, ИЛ СО РАН, ИПА СО РАН, ИВМ СО РАН, ИОЭБ СО РАН, ИНМИ РАН, ИЗ НАНБел, ИМБ МОН РКаз, Пекин.ун-т (КНР), ИМВ им. Д. К. Заболотного НАНУ

Координаторы: ак. РАН В. К. Шумный, ак. РАН В. В. Власов

Исполнитель от ИВМ СО РАН: д.ф.-м.н., проф. В. М. Белолипецкий

На основе модифицированной одномерной в вертикальном направлении математической модели температурного и солевого режимов озера с учетом ледообразования выполнены численные эксперименты по оценке динамики годового термического цикла озера Шира. Метеоданные 2002–2004 гг. взяты с сервера «Погода России» — архив погоды — Шира (http://meteo.infospace.ru/).

Результаты расчетов вертикальных распределений температуры и солености хорошо согласуются с натурными данными, полученными сотрудниками Института биофизики СО РАН. Уравнение состояния соленой воды бралось в приближении Буссинеска с уточненными для озера Шира коэффициентами. Положение редокс-зоны в озере Шира, оцененное по данным натурных измерений, совпадает со «ступенькой» плотности для осеннего и зимнего сезонов. В свою очередь, положение «ступеньки» плотности, рассчитанное по гидрофизической модели без учета биологических и химических процессов, также адекватно натурным данным.

Рассмотрены двумерные в вертикальной плоскости ветровые течения. На основе разработанного вычислительного алгоритма для определения гидрофизических переменных в непроточном стратифицированном водоеме проведены численные расчеты на грубых в горизонтальном направлении и подробных в вертикальном направлении сетках. Хорошее согласование результатов расчетов на грубых и подробных сетках обосновывает применение «камерной» в горизонтальном направлении численной модели для исследования динамики водной экосистемы.

Основные публикации:

  1. Белолипецкий П. В.
    Комплекс компьютерных программ для исследования гидробиологических и гидрофизических процессов в озерах // Материалы конф. молодых ученых ИВМ СО РАН. — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2007. — С. 4-9.

(Отдел вычислительных моделей в гидрофизике)

К началу

Проект № 28 «Моделирование антропогенных воздействий и разработка методов оценки риска территорий Сибири и Крайнего Севера»

Организации-исполнители: ИВМ СО РАН, ИВТ СО РАН, ИФПС СО РАН, ИУУ СО РАН, НИЦ «Надежность» УрО РАН

Координатор: д.т.н., проф. В. В. Москвичев

Исполнитель от ИВМ СО РАН: д.т.н., проф. А. М. Лепихин

Определение абсолютных показателей комплексных территориальных рисков сопряжено со значительными трудностями, связанными с неопределенностью исходных данных, адекватностью моделей и др. В настоящее время для этих целей используются следующие методы:

  • статистический, основанный на анализе статистики чрезвычайных ситуаций (ЧС) по регионам за ряд лет и определении показателей опасности;
  • вероятностный, основанный на использовании математических моделей, связывающих предпосылки к ЧС с возможностью их проявления;
  • эвристический, основанный на использовании методов экспертного оценивания в сочетании с теорией нечетких множеств.

Достоинством статистического метода является объективность, однако для редких (происходящих не каждый год) ЧС, сопровождающимися тяжелыми последствиями, такой подход не применим. Вероятностный метод позволяет учесть источники потенциальной опасности, которые проявляются редко, но последствия от вызванных ими ЧС являются катастрофическими. Однако вероятностный метод чрезвычайно трудоемок, т.к. требует большого числа исходных данных. Поэтому для сравнительной оценки опасности территорий зачастую использую методы экспертного оценивания и теории нечетких множеств.

Предлагаемая концепция оценки риска основана на результатах работ лаборатории исследования опасностей географического факультете университета Южная Каролина и состоит из следующих 7 шагов: идентификация и сбор данных об опасности, оценка частоты возникновения опасности, определение уязвимости подгрупп населения, сбор социо-географических данных, расчет уязвимости для территорий. Для реализации этой концепции разработаны методы экспертной оценки опасности территории, частоты возникновения каждого вида опасности, уязвимости населения и комплексной уязвимости и риска территории при действии комплексных угроз. В результате проведенных оценок получена карта комплексных рисков Красноярского края (рис. 41).

Рис. 41
Рис. 41. Карта комплексных рисков территорий Красноярского края

Основные публикации:

  1. Moskvichev B., Tridvornov A., Kourohtin V.
    Developing technical approaches to man-caused risk estimation for the Krasnoyarsk region // Air, Water and Soil Quality Modeling for Risk and Impact Assessment / Eds. A. Ebel and T. Davitashvili. — Springer, 2007. — P. 135–140.

  2. Москвичев В. В., Бурюкин А. Ф., Николаев В. А., Скрипкин И. Е.
    Анализ состояния безопасности опасных производственных объектов в ОАО «Ачинский НПЗ» // Безопасность труда в промышленности. — 2007. — № 7. — С. 72-74.

  3. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические системы. Анализ риска и проблемы безопасности. Безопасность гражданского и оборонного комплексов и управление рисками / Лепихин А. М., Москвичев В. В., Черняев А. П.
    / Научн. руковод. К. В. Фролов. — М.: МГФ «Знание», 2006. — Ч. 2. — 752 с.

  4. Лепихин А. М.
    Риск-анализ многокомпонетных систем с многоочаговыми повреждениями // Тр. II Всерос. конф. «Безопасность и живучесть технических систем». — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2007. — С. 61-63.

  5. Лепихин А. М., Москвичев В. В., Ничепорчук В. В., Тридворнов А. В.
    Картографирование рисков территорий с использованием статистического анализа и методов математического моделирования // Тр. II Всерос. конф. «Безопасность и живучесть технических систем». — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2007. — С. 63-67.

(Отдел машиноведения)

К началу

Проект № 86 «Создание средств спутникового экологического мониторинга Cибири и Дальнего Востока на основе новых информационных и телекоммуникационных методов и технологий»

Организации-исполнители: ИВМ СО РАН, ИВТ СО РАН, ИУУ СО РАН, КНЦ СО РАН, ИЛ СО РАН, ИМКЭС СО РАН, ИАПУ ДВО РАН

Координаторы: чл.-корр. РАН В. В. Шайдуров, чл.-корр. РАН В. А. Левин, д.б.н., проф. В. И. Харук

Исполнитель от ИВМ СО РАН: к.ф.-м.н., доц. О. Э. Якубайлик

Исследования по интеграционному проекту проводились по следующим направлениям: развитие информационных и телекоммуникационных средств и технологий для информационного обеспечения задач спутникового экологического мониторинга; создание комплексных цифровых моделей природных территорий на примере заповедников «Столбы» и «Центральносибирский», их актуализация по данным дистанционного зондирования, анализ и интерпретация экологических данных.

Результатом выполнения работ стала реализация геоинформационного Интернет-портала, который обеспечивает хранение данных спутникового экологического мониторинга и предоставляет различные возможности доступа к ним. Реализованы веб-приложения для представления данных, картографических Интернет-сервисов на основе международных открытых стандартов Консорциума OGC (WMS, WFS). Технологическая платформа разработки — программное обеспечение «1С-Битрикс: Управление сайтом» и MapGuide Open Source; они интегрируются в единую систему с помощью специально разработанных для этого программных средств (рис. 42). Разработанное программно-технологическое обеспечение предполагает формирование распределенного каталога информационных ресурсов геоинформационного Интернет-портала, содержащего метаданные по информационным ресурсам, размещаемым в сети однотипных узлов, между которыми осуществляется синхронизация.

В исследованиях территории заповедника «Столбы» проводилась работа по уточнению комплексной цифровой модели. Для актуализации использовались космические снимки Landsat 7, мультиспектральный сканирующий радиометр ETM+. Был выбран и обработан набор растров, скомбинированы все снимки с необходимым количеством каналов. Снимки привязываются к географическим координатам и затем склеиваются в единый космический снимок, покрывающий всю территорию заповедника и его окрестности. Также использовались данные GPS-приемника: большинство опорных точек собраны в центральной части заповедника и в зоне туристско-экскурсионного района. С помощью аффинных преобразований выполнялось уточнение южной части заповедника с использованием входных опорных точек на основе слоя гидрографической сети.

Комплексная цифровая модель природной территории ГПБЗ «Центральносибирский» создавалась с использованием картографических данных разных масштабов, а также бумажных планов лесонасаждений трех лесничеств. Основное внимание было уделено северным территориям, для которых проблема актуализации картографического материала стоит особенно остро. Уточнение цифровой векторной модели заповедника проводилось с использованием спутниковых данных, свободно доступных в Интернет. Использовались данные с разрешением 14 м/пиксел, полученные с помощью сенсора IKONOS из каталога CARTERRA, а также каталог NASA с данными Landsat и TERRA.MODIS. Точность получаемых из Интернет снимков достаточна для уточнения карт с масштабом до 1:35 000. С их помощью можно отслеживать динамику изменений ландшафтов.

Рис. 42
Рис. 42. Функциональное назначение основных элементов портала

Основные публикации:

  1. Kharuk V. I., Kasischke E. S. and Yakubailik O. E.
    The spatial and temporal distribution of fires on Sakhalin Island, Russia // International Journal of Wildland Fire. — 2007. — Vol. 16. — P. 556–562 [http://www.publish.csiro.au/nid/114/paper/WF05009.htm].

  2. Якубайлик О. Э.
    Геоинформационный Интернет-портал // Вычислительные технологии. — 2007. — Т. 12. — (Спец. выпуск 3). — С. 117–126.

  3. Кадочников А. А.
    Программное обеспечение информационно-аналитических систем на основе геоинформационного Интернет-сервера // Вычислительные технологии. — 2007. — Т. 12. — (Спец. выпуск 2). — С. 70-78.

  4. Якубайлик О. Э., Токарев А. В.
    Геоинформационный Интернет-портал для задач мониторинга состояния природной среды и ресурсов // Тез. докл. IX Всерос. конф. «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф». — Барнаул: Алтайский ун-т. — 2007. — С. 123.

  5. Ерунова М. Г., Гостева А. А., Якубайлик О. Э.
    Оценка экологического состояния заповедников «Столбы» и «Центральносибирский» по материалам полевых исследований // Материалы VIII научн. конф. по тематич. картографии «Геоинформационное картографирование для сбалансированного территориального развития». — Иркутск: Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН. — 2006. — Т. 1. — С. 237–240.

(Отдел вычислительной физики)

К началу

Проект № 111 «Пространственные режимы течений в неизотермических и реагирующих пленках жидкости»

Организации-исполнители: ИТ СО РАН, ИХКГ СО РАН, ИГиЛ СО РАН, ИВМ СО РАН, ИАиЭ СО РАН

Координатор: чл.-корр. РАН С. В. Алексеенко

Исполнитель от ИВМ СО РАН: д.ф.-м.н., проф. А. М. Франк

Проведено численное исследование стационарных нелинейных волн на поверхности жидкой пленки, движимой потоком газа в мини-канале. Изучалось влияние высоты канала (относительно толщины пленки) и физических свойств пары газ/жидкость на параметры волн. Среди основных результатов следует отметить следующие. Расход пленочного течения с волнами на границе раздела зависит от относительной плотности газа в отличие от плоского течения пленки с невозмущенной границей. Амплитуды волн существенно зависят от плотности и вязкости газа даже при постоянном расходе пленочного течения (несмотря на то, что касательное напряжение на границе раздела для невозмущенного течении пленки не зависит от этих параметров); высота канала существенно влияет на параметры волн, в частности, в узком канале амплитуда волн уменьшается (при фиксированном расходе в пленке), а их фазовая скорость увеличивается (при фиксированной амплитуде волн). Существует диапазон изменения расхода газа (и, соответственно, расхода жидкости), когда амплитуда стационарных волн практически не меняется. При этом изменяется их форма и фазовая скорость. Таким образом, фазовая скорость волн не является однозначной функцией их амплитуды. Автомодельность профилей продольной скорости, известная для гравитационно-капиллярных волн не слишком большой амплитуды, имеет место и для волн, движимых потоком газа. При этом в узком канале она нарушается для волн существенно меньшей амплитуды, чем в широком.

Рис. 43
Рис. 43. Волны одинаковой амплитуды, имеющие разную форму и фазовую скорость

Основные публикации:

  1. Frank A. M.
    The influence of gas-liquid properties on gas driven waves in a film // Microgravity sci. technol. — 2007. — Vol. XIX. — Is. 3-4. — Р. 38-40.

(Отдел вычислительных моделей в гидрофизике)

К началу

Webmaster