Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка общегосударственной системы информации по морским наукам и ее использование для исследования океанологических процессов

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Разработка общегосударственной системы информации по морским наукам и ее использование для исследования океанологических процессов"

Г! п г

<1 ч ■>

министерство науки, высшей толы к технической политики российской федерации

российский госудраственный гидрометеорологически институт

на правах рукописи

Щуркин Николай Георгиевич

УДК.551.46.06:681.3

РАЗРАБОТКА ОБЩЕГОСУДАРСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИИ ПО МОРСКИМ НАУКАМ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

11.00.08 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 1342

ОСС'ЛЙСКЛЯ Г - -г'ДА ГО ('ВЕННАЯ 'V '

выполнена в Российском государственном гидрометеорологическом институте (РГГМИ) и Всероссийском научно-исследовательском институте гидрометеорологической информации -Мировом центре данных (ВНИИГМИ-МЦД).

Научный руководитель - доктор географических наук,

профессор Ю.В.Суставов Официальные оппоненты - доктор физ.-мат.наук,

профессор В.А.Рожков, канд.физ.-мат.наук Б.Н.Шечков

Ведущая организация - в/ч 62728

Защита диссертации состоимся " V' " Ь 1992 г. в /и часов на заседании специализированного совета Д063.19.01 в Российском государственном гидрометеорологическом институте, ауд.

Адрес совета: 195196, г.Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98.

, С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГГДО.

; Автореферат разослан " / " М 1992 г.

'- Ученый секретарь специализированного совета

д.г.н., профессор Ю.И.Ляхин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

V АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Современный рост информации и развит«^

информационных служб диктуют необходимость использования, новейших технических средств, обеспечивающих оперативную работу с потребителем.

Многогранность информационной деятельности требует ее определённой дифференциации. В связи с этим стали создаваться специализированные банки данных, а также автоматизированные системы с распределенными банками данных.

Система информации по морским наукам включает, в первую очередь, информационные службы учреждений, институтов, научных организаций, крупных предприятий, научно-производственных объединений. Причем, непременным условием работы такой системы является взаимосвязанность баз данных, т.е. они должны удовлетворять потребности не только "своих" предприятий, но и, будучи связанными с распределенными базами данных, одновременно обеспечивать восходящий поток информации в центральные органы научно-технической информации и обеспечивать информационные потребности специалистов многих других предприятий, организаций и институтов. Отсюда, естественно, возникает концепция дальнейшп-го развития автоматизированной информационной системы по морским наукам как сети автоматизированных центров научно-технической информации.

Взаимодействие автоматизированных центров обеспечивается как техническими средствами удаленного теледоступа к базам данных, так и современным математическим аппаратом для ведения фактографических и документальных информационно-поисковых сиск

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования действующих органов информации по морским наукам путем объединения их в единую общегосударственную автоматизированную систему информации и ее внедрение в практику изучения океанографических процессов. . В задачи диссертационного исследования входило:

1) анализ потоков информации, поступающих в страну по морской тематике, и выработка требований, предъявляемых к ней потребителями;

2) выявление основных закономерностей организации и внедрения диалогового режима работы потребителя с базами данных;

3) разработка модели исследуемой системы;

4) методическое обоснование использования терминального метода доступа в разрабатываемой системе;

5) разработка технологии и экспериментальное внедрение локального и удаленного теледоступа в системе;

6) использование возможностей создаваемой системы для изучения океанографических процессов (на примере Норвежского моря);

7) изучение пространственной изменчивости тепловых процессов в Норвежском море.

ИСХОДНИК МАТЕРИАЛЫ. ,Для решения поставленных задач использован зарубежный и отечественный опыт создания диалоговых информационных систем, математический аппарат теории вероятностей и теории массового обслуживания, методика изучения тепловых процессов Мирового "океана Проблемной лаборатории взаимодействия океана и атмосферы РГГМИ,. а также методы математической статистики и моделирования на больших (серия ЕС) и персональных (PC/AT) ЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Основные результаты, полученные лично автором и составляющие новизну, а также предмет защиты:

- впервые разработана математическая модель исследуемой системы и создана технология ее работы;

- обоснована возможность применения и впервые в гидромете рологических исследованиях использован метод диалогового режиы работы с базами данных;

- методами математического моделирования исследованы вопросы терминального доступа к базе данных (локальный.и удаленный диалог);

- экспериментально проверена работоспособность исследуемс системы для получения данных о Норвежском море и выявлении важнейших аспектов для его изучения;

- применен метод частотно-временных характеристик для иэ> чения в динамике пространственной изменчивости тепловых процес сов в Норвежском море,

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Практическая значимость результатов работы определяется созданием единой общегосударственной системы информации по морским наукам и обеспечение потребителей необходимой информацией путей лнедрсния диалогового режима работы. Предлагаемые способы представления и методы анализа океанографической информации позволяют повысить эффективность проведения научно-исследовательских и проектных разр* боток.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Содержание и основные результаты работ! докладывались на ХУ Всесоюзном семинаре (г.Рига, 1985 г.), на Всесоюзных совещаниях по морской информации (г.Обнинск,1988, 1989 гг.), на семинарах и конференциях Всероссийского научно-

исследовательского института гидрометеорологической информации

- Мирового центра данных (1984-1990 гг.). Результаты работы . использованы в информационном центре ВНИИГШ-ЖЩ и в Проблемной

лаборатории взаимодействия океана и атмосферы РГТШ. !

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит |

■ ■ - , I

из введения, четырех глав, выводов и списка использованной ли- |

тературы, включающего 145 публикаций отечественных и зарубежных 1

авторов. Объем работы составляет 152 страницы машинописного |

текста, в том числе 26 рисунков, 9 таблиц. |

• 1

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ !

!

Во ВВЕДЕНИИ освещены актуальность работы, ее цели и зада- |

чи, перечислены основные положения диссертации, выносимые на |

защиту. |

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвя'дена вопросам разработки и создания еди- |

ной системы получения и распространения зарубежной научно-тех- 1

нической информации по морским наукам. [

Наиболее эффективные каналы поступления зарубежной инфор- !

I

мации могут быть организованы через учреждения и предприятия, !

» . *

имекгциа прямой выход на зарубежные информационные ресурсы и |

зарубежных владельцев информации. Однако, для них задача полу- 1

\

чения и распространения информации внутри страны не является

первостепенной задачей с обязательностью ее выполнения и, по |

существу, это никак не контролируется и не стимулируется. •

Вследствие этого в стране нет научных отчетов, программ, трудов !

4 конференций и других материалов, недоступных для закупки по ва- |

люге и международному книгообмену. I

Совершенно не анализируются: виды и тематическая направленность научно-технической информации; состояние международного книгообмена и перспективые его развития.

Не изучены существующие каналы получения зарубежной информации, их недостатки и ограничения, нет полных сведений о возможных источниках информации и путях доступа к ним, не рассматриваются вопросы получения необходимой зарубежной научно-технической информации.

Перечень этих вопросов можно продолжить, а развитие науки, техники и производства в стране ставит насущной необходимостью реиение всех вопросов, связанных с получением и использованием научно-технической информации в целом, а в частности по морско{ тематике.

В работе исследованы вопросы обмена зарубежной научно-технической информации в стране с целью разработки предложений по целевому информационному обеспечению важнейших научно-технических программ и проектов по морским наукам.

Всего рассмотрено 72 организации, имеющие непосредственное отношение к морской тематике.

Из анализа полученных материалов следует, что обеспечение организаций и предприятий страны зарубежной научно-технической информацией по морской тематике носит случайный характер. Происходит дублирование в получении информации, отсутствует кооперация в многообразном ее использошшии. Полученные данныо покгъ зывают, что мы еще далеки от оптимального решения этой проблем!

Одним из способов ее решения является создание единой цен' рализованной системы научно-технической информации по морским наукам.

Центром (головным органом) такой системы выбран Всероссий

кий научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных (Р.НИИСДИ-МЦЦ). В какой-то степени такая централизованная система уке начала стихийно складываться:

- ВНИИГМИ-ЩЦ имеет устойчиво функционирующую с 1975 г. отраслевую автоматизированную систему научно-технической информации с большим числом потребителей, более 20/£ которых обслуживаются по морским дисциплинам;

- в рамках института расширен международный книгообмен

с 330 организациями. Книгообмен является единственным каналом получения неопубликованных данных (ежегодники, отчеты);

- с 1986 года через межправительственный океанографический комитет (МОК) ЮНЕСКО ВДИИГЫИ-МЦД участвует в программах ЮН5П АСШС и МВДИ;

- с этого же года ВНИИГМИ-МЦД по просьбе ГОЕП стал секторным источником международной системы ИНФОТЕРРА по гидрометеорологии;

- завязываются двухсторонние связи ВНИИГМИ-МЦД с метеослужбами зарубежных стран и международной автоматизированной системой ИНФ0РМ00С;

- во ВНИИГМИ-МЦЦ внедрен пакет программ СДБ 16, рекомендуемый ООН и позволяющий общаться с зарубежными банками данных и системами (двухсторонний обмен);

- в института ВНРДрРН доступ к злрубохннм бпнкам дплинх и сетям через Всероссийский научно-исследовательский институт прикладных автоматизированиях систем (ЯНИИЛАС) и Международный центр научно-технической информации (МЦНТИ),

Проведенный опрос организаций и учреждений, обладающих НТИ п области морских нпук, покпзал, что в страна нот не только

кооперации в использовании зарубежной научно-технической информации, но нет и центров, являющихся признанными авторитетами в этой области.

Поэтому, из всего вьшесказанного, напрашивается вывод о том, что голотш органом в стране по приобретению и распространен то зарубежной НТИ в области морских наук должен быть РНШ1Г1.М-МЦЦ и автоматизированная система научно-технической информации по морским наукам долина быть централизованной сис-темоГ: во главе с ТШПЖ-МЦД.

Такие предложения были высказаны на Всесоюзных совещаниях по морской информации в 1988, 1989 гг. и получили одобрение научной общественности.

Дальнейшая проработка этого вопроса показала, что наиболее целесообразным является создание общегосударственной системы информации по морским наукам (ГСИМН).

Система представляет собой сеть автоматизированных центров, расположенных во всех регионах страны и соединенных каналами связи с головным центром (рис. I). Ее математическая модель рассматривается ниже (глава 3).

Обслуживание потребителей осуществляется как в головном, так и в региональных центрах в режиме терминального доступа.

Характерной особенностью такой системы является создание распределенного банка данных, обеспечивающего решение пос-тяпленттх я« дач ня. оп.иних информациотплс бпт.х мпогоцплопого использование. Такой единой информационной базой является база

.чанных 'ШИИГ:,М-;од.

Наряду с распределенным банком данных в центрах находятся копни первоисточников, что значительно улучшает эффективность ипформепионного обслуживания потребителей.

Рис. I. Схема размещения PAU ГСИЩ • - Головной и ETC PAU (г.ОСштск) О — Территориальный PAU . ■ - Межаеетровгя сеть — — Абонентская сеть

Рассматриваемые региональные аятоматизярояанныо центры (РАЦ) являются функциональными звеньями отраслевой системы научно-технической информации и создаются на базе уже действующих центров Роекомгидромета, поэтому дополнительных капиталовложений не требуется.

Потребитель получает необходимую ему информацию прямо на своем рабочем месте, используя диалоговый резким работы, поэтому основной акцент в исследовании сделан на разработку»и внедрение терминального метода доступа.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассматриваются вопросы использование локального диалога в разрабатываемой системе.

С точки зрения теории массового обслуживания рассматривав мая система представляется как одноканальная система обслужива ния с выходным потоком, равным об;цему потоку информации с пара метром (среднее число сообщений, приходящих в единицу времени) и с интенсивностью обслуживания этого потока^ (сре нее число сообщений, обслуживаемых в единицу времени). Входной поток информации, время обработки сообщений, отказы отдельных устройств и другие параметры являются случайными.

Одноканальная система находится в двух состояниях:

1) в состоянии А0 - система свободна;

2) в состоянии А£ - система занята обслуживанием ранее по ступлваей заявки и вновь поступившее сообщение не обслуживаете , Тогда вероятности пребывания системы в состояниях А0 и А2 в момент времени t + гЛ> , если система находилась в момент времени Ь я любом из воз?/отаых для нее состояний будет:

р[АоСь+й-Ь)] г ^(ь+д-Ь) (I)

Р[А,(1 + а,)] = Р,0 + аЬ) (2)

Опуская все промежуточные вычисления, получим систему из двух дифференциальных уравнений, характеризующих вероятности того, что система будет свободна или занята:

г аям __ :xa(t)+/R(t) I г - mRft) + ARC*) (4)

I at J

Решая эту систему относительно P0(t.) и задаваясь начальными условиями PjjlttO3 I и Р j It- о = 0 (считая, что в начальный момент времени t «'О, система будет свободна), получим:

-jZjT + 6 «>

В установившемся режиме ("t-*■««» B(t) = R - const ) имеем:

р . JL_ - 'А* = 4 - <б)

J+f '/tob d'V cb+ 1

Зияя PQ, можно рлссчитпть оснорныр пяряметрн работы системы: относительную и абсолютную пропускные способности, среднее время обслуживания одной зилшш, среднее время ожидания абонентом ответа на слое сообщение, загрузку и т.д.

Вероятность того, что система будет свободна (Р0), определяет и эффективность работы системы в целом.

Проведенные расчеты подтвердили общепризнаные факты увеличения загрузки с ростом числа пользователей. Время задержки сообщений также быстро растет и может принимать большие значения. В результате этого, в случаях, когда требуется высокая эффективность взаимодействия пользователей с ЭШ, целесообразно объединение в группу меньшего числа пользователей, чем это позволяют' технические средства. В каждом конкретном случае,опреде-

ленив этого количества должно производиться с учетом характера задач, которые решают абоненты.

Экспериментальные данные по работе пользователей в режиме локального диалога получены во ЧНИИГОИ-МЦЦ. Рассматриваемая система является одноканальной системой массового обслуживания восьми терминалов с параметрами:

п = I; /п = 8; -Л = 0,084 мин"1; ^ = б мин-1. На основании этих экспериментов определены вероятностнйе матри цы переходов состояний для множества функциональных пользовате лей и основные параметры работы системы. Исходя из получанных результатов, можно сделать вывод о том, что большую часть свое времени пользователь тратит на набор, корректировку запроса и ввод его в систему. Хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных доказывает работоспособность исследуемой систем

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассматривается режим дистанционного дост пе в общегосударственной системе информации по морским наукам.

Основу информационных ресурсов ГСШН составляют базы данных, размедеиныо в региональных автоматизированных центрах. Сущность создания информационной базы заключается в интегрированной организации данных и интегрированной их обработке.

Интегрированная организация данных обеспечивается:

1) введением единой системы кодирования информации;

2) построением всей информационной базы в виде совокуп-

' ности банков данных каждого РАЦ с различной степенью агрегацш и объема представления однократно вводимых первичных данных. '

Интегрированная обработка данных основывается на следующих принципах:

I) введение единой системы документирования и форм представления информации;

2) введение типовых запросов;

3) реализация всех задач в виде наборов пакетов прикладных программ и обработка данных по типовой технологической схеме.

Интеграция обработки информации на каждом РАЦ в виде единого централизованного банка данных ВНИИГМИ-МЦД, непосредственно доступного для абонентов с использованием типового пакета прикладных программ (ДОАЛОГ-2), реализуется при выполнении к его структуре следующих требований:

1) банк данных реализуется в виде сравнительно небольшого числа массивов первичной информации с минимальным числом показателей, подлежащих хранению;

2) массивы сводных и промежуточных данных организуются однократно при решении определенных задач и далее не сохраняются; .

3) вся информация вводится в банк данных однократно;

4) информационное обеспечение любого запроса пользователей реализуется за один просмотр массивов бпмка.

Функциональная структура сети вычислительных центров лоз-яоляот осуществлять обработку информации, ее хранение, обмен данными, влоимодействие абонентов с банком данных и передачу информации на РАЦ или головной центр.

Информационное обслуживание абонентов ГСИ'(Н осуществляется черёз региональные автоматизированные центры. Они создаются для обслуживания предприятий и организаций, находящихся на территории данного региона. Территориальная ориентация РАЦ определяет наличие в их составе абонентов органов управления, планирования, учета и т.д.

Математическая модель сети автоматизированных центров пред-ставляеЯ собой иерархическую структуру (рис. 2) и позволяет пе-

Рис. 2. Модель информационной сети региональных петров II - Гол^шюй ннформаа ионный ьонтр

11' , , I - Региональные пптомэтиэировп нные центры

п1* п1> пН - Потробитпли

— Гшокм 0СНО1МЮГО массива головного информационного центра

Г4

Блоки оперативного мформацкон.чого массива РАИ

КС — Копал связи

¡и -

рераспрецелять потоки запросов таким образом, чтобы нагрузка на центры была равномерной или пропорциональной мощностям центров.

Запросы абонентов низшего уровня иерархии поступают в узел высшего уровня только после отфильтровки большей их части как Удовлетворенных потребностей.

В модели считаются заданными места расположения коммуникационных узлов, характеристики нагрузки сети (потоки информации), технико-экономические характеристики устройств, из которых комплектуется сеть (узлы связи, каналы связи и т.д.), и некоторые другие эксплуатационные параметры. .

В процессе моделирования определяются топология сети, типы и количество каналов для каящой линии связи.

Основной критерий моделирования - минимум суммарных затрат на создание сети автоматизированных центров.

Таким образом, при условии полного удовлетворения потребности в обработке информации всех абонентов сети, требуется минимизировать функцию:

[= 2 I 1Щ) , (*>

¿бкибп 0 * ' 4 ¡ЬК & 7 где П,К- количество источников сообщений и каналов соответственно ;

С, ) - функция затрат на связь;

^ (I, если информация абонента ЛС обрабатывается в Щ ^ [0, иначе

С(Р| ) - функция затрат на создание РАЦ производительностью

Р<Г'

.V*' ч>

^ - коэффициент для оценки требуемой производительности

- io -

РАН; Q = 1500 опер/байт;

HJ - суммарный объем информации, подлежащий обработке в

При этом введем следующие ограничения:

X 5Ц- А ; 2 Fi-bi\ = z Fc = Н:

jTk i ' ¿ел d ten в

Процедура выбора топологии сети связи реализуется с помощью пакетов программ "Связь" и "Сеть", разработанных в Мое-ковском институте управления и адаптированных применительно к рассматриваемой системе.

Суть алгоритма оптимизации топологии межцентровой сети заключается в следующем: последовательно друг за другом проектируется сети с корневой вершиной в одном из узлов, полученные сети накладываются друг на друга, каждая последующая сеть проектируется с учетом предшествущих. Проектирований кпждой древовидной сети производится методом замены ветвей, при этом проверяется отсутствие циклов при присоединении каждой новой линии связи к существующим.

После завершения проектирования стоуктуры сети, на основании гфопмяповяннот' мятрипм ппр^дяяпоммх ooTiOicron информации по каналам связи, рассчитываются матрицы необходимых пропуск-'т:х способностей каналов, коэффициентов их использования и стоимости каналов. Одновременно определяется суммарная стой,, «ость всей сети связи и среднее значение коэффициентов исполь-зорания каналов связи.

Моделирование производилось на ЬВМ EC-I06I и в результате его получены зависимости приведенных затрат в сети центров от количества потребителей, рассчитанные при постоянной величине вероятности ответа и различных пропускных способностях каналов связи. Решением поставленной задачи является вариант ^ = 16 и

С =96,7 тыс.руб. Удельные приведенные затраты на одно эффективное взаимодействие составляют 0,04 руб.

Помимо моделирования осуществлена экспериментальная эксплуатация системы в режиме удаленного теледоступа по коммутируемым каналам связи общего пользования (ТФ-ОП) и выделению,! каналам связи. Проводились сеансы связи с Международным центром НТИ (г.Москва), ВИНИТИ (г.Москва), Всероссийским институтом системных исследований (г.Москва), Закавказским РАЦ ' (г.Тбилиси), Западно-Сибирским РАЦ (г.Новосибирск). Эксперименты показали возможность осуществления работы системы я втом режиме.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена вопросам использования разработанной системы для изучения океанологических процессов. За объект изучения взято Норвежское море. В качестве элемента режима, определяющего специфические черты данного бассейна, взята температура поверхности воды. На базе изучения этого элемента строится вся логическая цепь исследования.

С целью получения необходимых исходных данных по Норвежскому морю был пропоен диалогов!^ информационный поиск в база данных "ОСЕЙ" АБнД "Гицромет" (локальный диалог) и в базе данных "Осесп'сс АЬлТъиЛъ," МЦНТИ (г.Москва) (удаленный теледоступ). Поиск проводился на массиве 50 тысяч документов. Получены, в основном, совпадающие результаты. С ретроспективой в 8 лет выявлено порядка 1000 работ, касающихся Норвежского моря. - ■

Все материалы можно разбить на несколько неравнозначных групп, посвященных изучению того или иного вопроса. Наибольшее число документов(34® содержат данные о тепловом режиме Норвежского моря. Наименьшее число (4^) посвящено вопросам

- Ib -

классификации. Остальные материалы распределились так: свечения о течениях - 22%; данные по фронтальным зонам - 14%; данные по яодньм массам - 9J?; сведения о прогнозах - 17$. Все данные получены на основе детальных, но разовых инструментальных наблюдений и носят отрывочный характер. Однако, для четкого представления о происходящих в Мировом океане и, в частности, в Норвежском море процессах, необходимы сведения об их изменчивости (речь идет об обобщенном понятии). Таких данных нет, поэтому в дальнейшем исследовании сделан акцент на изучение именно этого вопроса, как ключевого в понимании■всех проблем моря.

Одной из важных задач в познании закономерностей природных процессов является исследование их вероятностной структуры. Решение этой задачи возможно в рамках гипотезы о стационарности (квазистационарности) изучаемых процессов. Для развития представлений об акружаггргм мире необходимо учитьтать, что вероятностная структура природных процессов меняется в пространстве и по времени.

Многолетние временные ряды (1957-1989 гг.) наблюдений поверхностной температуры воды в пятиградусных квадратах месячно! дискретности были подвергнуты спектральному анализу. Рассмотрены два вида спектра:

Sfto) -j(t) (8) и S(u).г) г ip(t) (9)

Первый вид спектра (8) рассчитывался методом максимальной! энтропии для 3-х временных рядов: (1957-1989 гг.), (1957-1972 гг.) л (1373-1969 гг.) и затем результаты были связаны воедино и сопоставлены.

Второй вид спектра (9) рассчитан в диапазоне I965-I98I гг по интервалу осреднения 18 месяцев при интервале скольжения

2 месяца.

Главная цель этих расчетов - представление спектральной структуры изменчивости аномалий температуры воды по пространству Норвежского моря и во времени.

Расчеты выполнены на персональной ЭВМ типа РС/АТ-286.

Анализируя полученные результаты, акцентируем свое внимание на некоторые очевидные, но, на нам взгляд, важные особенности (рис. 3).

Обращает на себя внимание первое важнейшее обстоятельство: практически во всех квадратах имеет место своя структура изменчивости, отличающаяся либо по набору циклов, либо по велтоине оценки спектральной плотности.

Вторая особенность заключается в большом различии структуры спектральной плотности колебаний в различных точках Норвежского' моря.

Третья особенность, бросающаяся п глаза, связана с принципиальным отличием структуры колебаний в холодных и теплых потоках .

И, наконец, четвертая, заключительная и самая важная особенность - структура изменчивости меняется не только в пространстве, но и во времени.

Не ставя задачи четкого выявления причин подобных различий для каждого региона в каждом конкретном случае, выделим некоторые общие принципы (причины) природы изменчивости спектральной структуры колебаний температуры воды по пространству и во времам.

Первая причина связана с термодинамическим взаимодействуем океана и атмосферы, которое приводит к двум фундаментальным следствиям, составляющим двуединство процессов, формирующих структуру и динамику гидрофизических полей: локальное тепловое взаимодействие и адвекция тепла, являющаяся следствием динами-

Рис.3. ЧлСГ0Т110-Пр«!Н*11И0Й сп^гтр г.олгб&ния температуры соды 11оря"жского моря *

- ;и -

ческого взаимодействие. Оба компонента этого двуединстра несут свои самостоятельные функции в формировании структуры и динамики гидрофизических полой.

Вторая причина связана с еще одним "противоборством". Речь идет о взаимодействии теплых и холодных течений в зонах их простирания (контакта). Как было отмечено вьгле, структура изменчивости тепловых условий в теплых и холодных течениях различна. Совершенно естественно, что при взаиомдействии таких вод оно может проявляться в виде миграции фронтальной зоны на сотни километров. Это означает, что зона миграции может бьггь занята то одними водными массами (со своей изменчивостью), то другими, а изменчивость тепловых процессов в этой зоне будет иметь сложную смесь физически обоснованных и "фиктивных" циклов, что в реальных географических координатах отражается специфичностью спектров в "прифронтовых акваториях".

Третья причина связана с деформацией периода планетарных волн в атмосфере, как ее отклика на воздействие тепловых аномалий океана в южных широтах и последующего обратного влияния на океан при распространении планетаоньгс волн в меридиальном направлении.

Четвертая причина обусловлена процессами нелинейного взаимодействия колебаний в различных циклах. Это утверждение основывается на сходстве вида частотно-временных спектров, получен-1мгг рпног при члучопии ппипмики длинных (периода от 0,5 до 3-4 суток) внутренних волн и приведенного на рис. 3 аналогичного спектра для Норвежского моря. Они сходы в главном. При активации колебаний в одних масштабах, деградируют колебания других масштабов. Механизм нелинейного взаимодействия требует более глубокого исследования. Однако сам факт отмеченной закономерно-

сти бесспорен и подтверждается не только результатами расчетов, представленных в работе, но и результатами анализа других океанографических характеристик: ледовитость в различных районах, уровень моря, интегральные характеристики температуры воды по слоям в Норвежском и Баренцевом морях и т.д.

Еде одна причина связана с нестационарностью этой изменчивости. Спектральная плотность колебаний температуры воды меняет/ ся по структуре, и, что ^амое важное, изменяется местоположение ' максимума спектральной плотности колебаний по координате частот в зависимости от принятого в расчет временного интервала наблюдений.

Таким образом, из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

- перпый вывод состоит в том, что структура изменчивости океанологических элементов по пространству и во времени закономерно сложна, и вероятнее всего просто невозможно сформировать такую систему и цепи: причина-следствие, с помощью которой можно было бы описать все многообразие вариантов изменчивости и пытаться их прогнозировать;

- второй вывод состоит в том, что подобная структура измен чивости является типичной для большинства океанологических пара метров. Это подтверждено результатами анализа 90-летних рядов лецовитости и температуры роды Баренцева моия, почти 100-лет-

V

них ридоп урогшя Каспийского моря и стока р<;ки Полги и др. |

В этой связи были проведены исследования по поиску путей реиения задачи прогнозирования температуры воды Норвежского моря и один ип них, рппрлботашшй в Проблемной лаборатории РГГШ, на наш взгляд, ридится, как реальный. Суть вопроса сводится к разработке подходов экстраполяции нпоиоссоя в циклах боэ учетп

- -

внешних связей, а на основе формального разлокения исходного временного ряда на спектральные составляющие, что позволяет фор-

ЛМ

ма и овать процедуру на базе строгих математических методов. Проиллюстрируем эти положения на примере реальной ситуации разработки метода прогноза температуры годы в Норвежском море. На рис. 4 представлен временной ряд среднегодовых значений температуры в узле пятиградусного квадрата с координатами 65° с.ш. и 5° в.д. и составляющие его элементарные колебания, выделенные с помощью полосошх фильтров Ба ерворта. Спектральная структура колебаний исходного ряда содержит пять основных энергонесу-цих зон: сверхдолгопериодный тревд (рис. 5, кривая I), кгази-одиннадцатилетний цикл (кривая 2), около 7 лет (кривая 3), около 4-5 лег (кривая 4) и около 2,5 лег (нривая 5). В соответствии с этой структурой полосовыми фильтрами Баттерворта выполнено разложение исходного ряда на спектральные составляющие, которые на рис. 4 представлены рядами I, 2, 3, 4, 5. Внешний вид временных рядов спектральных выделенных составляющих говорит о том, что проэкстраполировать эти кривые особого труда не составляет, что и нашло подтверждение при подборе способов экстраполяции. Другое дело, что каждый временной рад потребовал своей методики экстраполяции.

Аналогичным образом анализировались временные роды температуры поверхности океана в остальных узлах пятиградусных квадратов Норвежского моря. Не ццашясь в детали экстраполя.ши, прокомментируем конеч1гый результат.

I. Сверхдолгосрочный тренд (кривая I) к концу 1992 года выходит в область положительных аномалий с величиной от 0 до *-0,1°С, к концу 1995 года и далее до 2000 года будет сохранять эту тенденцию с небольшим, до +0,4°С, увеличением.

йМ

* (рад/год)

I !

(рад/год)

БЫ

* (рад/год)

* (рад/год)

I;

0,5

1,0

1,5 2,0 (рад/год)

0

Рис. 54.' Спектральная плотность колебаний температуры воды Норвежского моря в координате б5°сш 5°вд

2'. В квазиодиннздцатилетнем цикле кривая температуры к кон цу 1992 года придет в ноль и далее будет удерживать аномалию до *0,4°С. к концу 1995 года она будет лостепеш^ уменьшаться и постепенно првдет в ноль и в область положительных аномалий к 2000 году. Учитывая то, что колебания в этом цикле в этот перио, будут деградированы (по аналогии с 70-ми годами), вклад их в об щую аномалию будет минимальным и практически компенсируются тре: довой составляющей.

3. Наибольший вклад в развитие положительной анбмалии до конца 2000 года внесут колебания в циклах 4-8 лет (кривые 3, 4) Ее величина будет удерживаться на уровне 0,2-0,4°.

4. Квазитрвдцатиыесячный цикл не будет играть сколь-нибудь заметной роли в формировании тепловых условий в ближайшие годы, поскольку он тоже деградирован по аналогии с периодом 70-х годов.

Что касается развития процессов до 2000 года, то они в бли жайшей степени будут развиваться в области положительных аномал Естественно, в конкретные периоды годовой и квазитридцатимесячн циклы ыогут опускать кривую аномалий на незначительные величины в область небольших отрицательных значений после 1998 г.

ВЫВОДИ

В результате теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе, основные результаты сводятся к следующему:

1. На основании анализа путей развития информации по морским наукам у нас в стране и за рубежом разработана модель общегосударственной системы информации по морским наукам, сформированы основные требования, предъявляемые к таним системам, и поставлены задачи, необходимые решить для их,реализации на осноЕе современных информационных технологий.

2. Разработаны методики исследования работы системы как в локальном, так и в удаленном диалоговом режимах.

3. Проведен анализ работы системы в режиме локального диалога на основе теории массового обслуживания. Получены экспериментальные данные по работе системы в этом режиме. Сравнение полученных расчетных и эксплуатационных характеристик показало работоспособность исследуемой системы.

4. Разработана математическая модель для оценки работы системы в удаленном диалоговом режиме. Предложен алгоритм оценки работы сети вычислительных центров по методу"минимальной стоимости. Согласно разработанной модели решена задача оптимизации сети, вычислительных центров.

5. Представлены результаты опытной эксплуатации системы в режиме удаленного теледоступа.

6. Проведена экспериментальная апробация исследуемой системы для изучения океанологических процессов в Норвежском море.

7. Выявлены основные закономерности протекающих процессов в этом регионе и предложен метод долгосрочного прогнозирования температуры воды Норвежского моря.

8. Научные положения и выводы, полученные в диссертации, апробирошны и внедрены е Информационном центре Всероссийского научно-исследоЕательского института гидрометеорологической информации - Мирового центра данных и в Проблемной лаборатории взаимодействия океана и атмосферы Российского государственного гидрометеорологического института.

По- теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Исследовать систему международного обмена гидрометеорологическими данными. Отчет о НИР (промежуточный)/ ВНИИГМИ-ЩЦ, руководитель Смирнов В.И. (в соавторстве с Мельниковым В.И. и др.). - ИН 02890029155. - Обнинск, 1989. - 20? с.

2. Диалоговый режим работы АСНТИ "Гидромет" (в соавторств) с А.Б.Стариэным) //Тезисы доклада Всесоюзного семинара "Системные исследования ГАСНТИ". - Рига, 1985.

3. Организация диалогового режима в АСНТИ "Гидромет1// Труды ВНЖГМИ-МЦД. - 1986. - Вып. 134. - С.7-12.

4. Терминальный доступ в АСНТИ "Гидромет"//Труды ВНИИГМИ-!

- М.: Гцдрометеоиздат, 1987. - Вып.136. - С.10-14.

5. Программные средства телеобработки НТИ //Труды ВНИИГШ-МЦЦ. - М.: Гидрометеоизцат, 1987. - Вып.136. - С.18-38.

6. Телеобработка данных в отраслевой автоматизированной системе НТИ //Тезисы доклада Всесоюзной конференции "Диалог-85'

- Киев, 1985.

7. Создание и ввод в эксплуатацию проблемно-ориентиров'^ ного АБцД НТИ по гидрометеорологии (в соавторстве о В.В.Ступки-

4

ныы и др.). - Техническое задание. - Обнинск, 1986. - 32 с.