Žemės magnetinis laukas internete

Žemės magnetinis laukas internete

Aleksejus Гвишиани, Profesorius, akademikas Rusijos mokslų akademijos, direktorius Geofizikos centro Rusijos mokslų akademijos
Anatolijus Соловьов, Rusijos mokslų akademijos narys, direktoriaus pavaduotojas Geofizikos centro Rusijos mokslų akademijos
"Kommersant Science" №2, 2016 m. Lapkritis

Klimovskaya Arkangelsko krašte yra viena iš 13 geomagnetinių observatorijų, sudarančių Rusijos magnetinio stebėjimo tinklą. Nuotrauka: romanas Krasnoperovas

Sukūrus antžemines ir kosmoso pagrindines pasaulines stebėjimo sistemas, taip pat įdiegus šiuolaikinę įrangą, kuri užtikrina aukšto dažnio geofizinių parametrų registravimą, be galo padidėjo užregistruotų duomenų apie žemės mokslus apimtis. Efektyvus geofizinės informacijos perdavimas, saugojimas ir apdorojimas reikalauja tinkamų metodų ir algoritmų. Rusijos mokslų akademijos Geofizikiniame centre sukurtas aparatinės ir programinės įrangos kompleksas, kuris automatizuoja magnetogramų rinkimą ir apdorojimą iš Rusijos observatorijų.

Naujausios pažangos srityje ir "didelių duomenų" srityje gali išspręsti didelių geofizinių matavimų matricų apdorojimo problemą. Šiuolaikiniai sistemos analizės ir dirbtinio intelekto metodai leidžia automatizuotą įvairių kriterijaus įvairių kraštutinių reiškinių pripažinimą.Visapusiška antžeminių ir palydovinių duomenų analizė leidžia greitai ir tiksliai modeliuoti Žemės magnetinio lauko elementus, kurie yra būtini sprendžiant daugelį esminių ir praktinių problemų.

Žemės magnetinio lauko šaltinis skystoje šerdyje (sukimosi ašis yra vertikali ir centruojama) (pateiktas Mokslinis amerikietis)

Geomagnetinį lauką, užfiksuotą Žemės paviršiuje ir artimoje Žemės erdvėje, galima suskirstyti į vidinį ir išorinį. Žemės vidinio magnetinio lauko šaltiniai yra procesai, vykstantys jo gylyje (1a pav.). Vidinis laukas kinta lėtai – dešimtys ir šimtai metų (sekuliarūs variantai). Išorinį lauką sudaro sudėtinga ir labai kintama erdvinė struktūra elektros srovių Žemės magnetosferoje ir jonosferoje, kurios susidaro veikiant saulei (1b pav.).

Saulės vėjas ir Žemės magnetosfera (nenustatyta skalėje) (pateikta Waikato universitetas)

Geomagnetinis aktyvumas susidaro dėl palyginti trumpo laikotarpio išorinio magnetinio lauko pokyčių dėl saulės aktyvumo. Magnetosferos ir jonosferos srovių poveikis yra stebimas Žemėje, kaip magnetinio lauko parametrų nukrypimų forma – laiko intervalais nuo sekundžių iki dešimčių valandų.Padidėjęs geomagnetinio aktyvumo ir kraštutinės amplitudės geomagnetinių variantų lygis gali būti pavojingas technologinėms sistemoms (elektros linijoms, vamzdynams, palydovams ir kt.). Todėl realaus laiko geomagnetinė stebėsena yra labai svarbi siekiant užtikrinti technologinį saugumą. Ilgalaikės stebėsenos pokyčiai vidinėje srityje taip pat svarbūs supratimui apie jos evoliucijos priežastis.

Geomagnetinės veiklos operacinės analizės rezultatai, gauti Magadano observatorijos duomenų pavyzdyje 2015 m. Gruodžio 20 d. Magnetinės audros metu. Pastebimas staigios magnetinės audros atsiradimo momentas juodoji rodyklė (pateiktas GC RAS). Diagrama – magnetinio lauko horizontaliosios dalies magnetograma. Onantroji schema (žemiau) rodo apskaičiuotą valandinių amplitudžių geomagnetinių trikdžių. Trečia diagrama apibūdina lauko anomalijos matą, pagrįstą neaiškios matematikos principais. Onketvirta lentelė pateikia valandinio įvertinimo magnetinio lauko pokyčius. Onžemesnė diagrama Pateikiami geomagnetinio aktyvumo K indekso operacinio skaičiavimo rezultatai.Išvardytų geomagnetinės veiklos rodiklių grafikai raudonai pastebimai nenormaliomis vertybėmis, raudona – nenormalios vertės žalia – šiek tiek anomalios vertės irmėlynas – fono vertės

INTERMAGNET

Rusijos magnetinių observatorijų įranga modernizuojama, kad atitiktų tarptautinius standartus.

Nuolatiniai geomagnetinio lauko parametrų matavimai atliekami observatorijose visame pasaulyje. Šiuolaikinės magnetinės observatorijos – tai aukštųjų technologijų objektai, kurie veikia ilgą laiką ir užtikrina labai tikslų magnetinio lauko įrašymą į internetą, kuris leidžia nustatyti ir pasaulinio, ir trumpalaikio variacijos. Labiausiai išvystytas magnetinių stebėjimų tinklas, teikiantis aukščiausios kokybės standartus, yra tarptautinis tinklas INTERMAGNET (INTERMAGNET). Tarptautinis realaus laiko magnetinių observatorijų tinklas) Jame yra apie 140 observatorijų.

Pastaraisiais metais buvo pasiekta didelė pažanga kuriant antžemines magnetines stebėjimus Rusijoje. Remiantis FGBUN "Geofizikinio centro RAS" (GC RAS) – viena iš pirmaujančių šios srities mokslinių tyrimų organizacijų, buvo atliktas darbas siekiant modernizuoti observatorijas, atitinkančias tarptautinius standartus.Rezultatas buvo, be kita ko, oficialus Sankt Peterburgo observatorijos įtraukimas į INTERMAGNET tinklą 2016 m. Birželio mėn. Be to, dalyvaujant GK RAS Arkhangelsko srityje, buvo pradėta nauja Klimovskos observatorija. Pav. 2 parodytas Rusijos magnetinių stebėjimų tinklo žemėlapis. Duomenys iš 13 observatorijų, iš kurių 9 yra įtraukti į INTERMAGNET, perduodami Geomagnetinių duomenų analitiniam centrui GC RAS.

Tai yra preliminarus, galutinis ir pusiau galutinis.

Operatyvinės magnetogramos, kurias perduoda INTERMAGNET observatorijos, turi statusą išankstiniai duomenys. Juose gali būti žmogaus sukeltų trukdžių ir praleidimų, tačiau jie yra prieinami vartotojams su minimaliu vėlavimu. Magnetogramos, kurioms buvo atlikta sudėtinga ir daug laiko reikalinga procedūra, skirta taisyti ir išvalyti nuo trukdžių, yra būklė galutiniai duomenys. Vienų metų konkrečios observatorijos galutinių duomenų rengimas daugiausia yra rankinis ir gali trukti iki dvejų metų. Siekiant paspartinti išvalytų duomenų paruošimą, prieš keletą metų buvo įvestas naujas magnetogramų tipas: pusiau galutiniai duomenys. Pagal savybes jie yra artimi galutiniam, tačiau jų parengimas trunka daug mažiau laiko. Pusiau galutiniai duomenys generuojami tiesiogiai magnetinėse observatorijose. Jų paruošimą taip pat atlieka specialistai, daugiausia rankomis.

Rusijos AIC integruojasi ir automatizuoja

Kompiuterių ir programinės įrangos kompleksas (AIC), sukurtas GC RAS ​​automatizuoja ir pagreitina operatyviai rinkti magnetogramas iš Rusijos observatorijų ir rengia pusiau galutinius ir galutinius duomenis. Tai tapo įmanoma naudojant šiuolaikinius algoritmus, įskaitant dirbtinio intelekto elementus. Dauguma operacijų vykdoma kvaziabriauniu laiku, todėl galima greitai įvertinti magnetinį aktyvumą, reikalingą tikslių prognozių sudarymui. Sukurtas AIC yra pirmoji sistema, kuri atlieka kvazi-galinių magnetogramų rengimą, taip pat ekstremalių geomagnetinių reiškinių atpažinimą ir daugkriterinę klasifikaciją automatizuotame režime. Tokių pažangių sistemų įdiegimas kokybiškai skiria Rusijos observatorijų tinklą, palyginti su pasauliniu lygmeniu.Iš tiesų, daugelyje INTERMAGNET observatorijų ir dabar magnetogramos yra analizuojamos rankiniu būdu, todėl galutinių duomenų rengimo metu labai vėluojama (iki dviejų metų).

Kitas svarbus sukurto AIC pranašumas yra galimybė sujungti geomagnetinius duomenis iš įvairių šaltinių. Kartu su antžeminėmis observatorijomis pasaulinę magnetinių matavimų aprėptį teikia mažos orbitos palydovai. Dabartinė palydovinė žvaigždutė Swarm, atliekanti Žemės magnetinio lauko tyrimus, 2013 m. lapkričio mėn. buvo paleistas iš kosminės erdvės "Plesetskas" su Rusijos raketų raketų pagalba. Misija Swarm susideda iš trijų vienodų prietaisų (3 pav.), kuriuos sukūrė Europos kosmoso agentūra. Pagrindiniai misijos uždaviniai yra magnetinio lauko charakteristikų matavimas, siekiant ištirti žemės branduolio, mantijos, litosferos, vandenynų, jonosferos ir magnetosferos procesus.

Įtraukimas į sukurtus apk duomenis Swarm sudaro novatorišką priemonę suderintai sausumos ir palydovų duomenų apdorojimui ir bendrai analizei, taip žymiai išplėsdama savo taikymo sritį.

AIC yra analitinio centro geomagnetinių duomenų centras Rusijos segmento INTERMAGNET tinklui. Kompleksas paremtas naujausiais pasiekimais geofizinių procesų ir duomenų paieškos srityje. AIC yra moduliniu pagrindu, turi lankstumą ir turi daug galimybių išplėsti funkcionalumą. Technologiniai metodai, naudojami AIC sukūrimui, leidžia lengvai kopijuoti, paversdami jį standartizuotu sprendimu.

Pagrindinės AIC funkcijos:

  • automatinis pradinių antžeminių ir palydovinių magnetinių matavimų pakrovimas ir sisteminimas;
  • automatiniai filtravimo stebėjimo duomenys iš dirbtinių trukdžių ir jų patikrinimas;
  • ekstremalių geomagnetinių reiškinių duomenų pripažinimas, klasifikavimas ir kodavimas;
  • modelio skaičiavimai internete.

AIC funkcionavimo schema parodyta fig. 4

Kompiuterių ir programinės įrangos komplektas magnetogramų rinkimui ir duomenų paruošimui

Originalios ir apdorotos stebėjimo magnetogramos, palydovų duomenys, analizės rezultatai ir modelių skaičiavimai yra saugomi vienoje DBVS tvarkomoje reliacinėje duomenų bazėje.Tai suteikia daugiau lankstumo formuojant prašymus ir suteikia patogią ir lanksčią interaktyvią prieigą prie visos duomenų bazėje saugomų duomenų masyvo. Šis metodas yra įgyvendinamas pirmą kartą ir neturi analogų užsienio centruose.

Sukurta sistema turi daug geomagnetinių duomenų vizualizavimo galimybių, įskaitant šiuolaikinę projekcinę įrangą su sferiniu ekranu.

Žemės magnetinio lauko modelio skaičiavimų rezultatų vizualizavimas ant sferinio ekrano. Foto: Geofizikinis centras RAS

Sistemos koncepcija atitinka modernią informacinių technologijų plėtros paradigmą "didelių duomenų" tvarkymo požiūriu. AIC padidina greitį gauti patikimus duomenis apie Žemės magnetinį lauką. Sujungus informaciją, gautą iš įvairių šaltinių – antžeminės ir palydovinės – pateikiami įvairūs surinkti duomenys, taip pat padidėja mūsų žinių apie planetoje vykstančius procesus. AIC funkcionalumas tampa itin populiari ekspertų ir vyriausybės atstovų priemonė vertinant ir mažinant ekstremalių geomagnetinių reiškinių keliamą riziką.

AIC 2014-2016 m. Pagal projektą "Naujoviškų technologijų kūrimas ir eksperimentinės imties komplekso, skirto ekstremalioms geomagnetinėms reakcijoms stebėti naudojant antžeminius ir palydovinius duomenis, eksperimentinis pavyzdys" sukūrimas (susitarimas Nr. 14.607.21.0058) Federalinė tikslinė programa mokslo ir technologijų kompleksas Rusijos 2014-2020 m. ".


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: