Мобильная версия                      
Главная Деятельность Услуги Публикации Контакты
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТА


Тема проекта: «Разработка фундаментальных основ и методов выявления аномальных процессов и явлений в океане, атмосфере и на суше, в том числе в арктическом регионе по данным дистанционного зондирования Земли и моделирования»


Головной исполнитель проекта: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга НИИ «АЭРОКОСМОС»

Научный руководитель проекта: академик РАН, д.т.н., профессор В.Г. БОНДУР

Соисполнители проекта: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПФ РАН)

Руководитель составной части НИР от ИПФ РАН: д.ф-м.н. С.А. ЕРМАКОВ
федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук (ИФА им. А.М. Обухова РАН)

Руководитель составной части НИР от ИФА им. А.А. Обухова РАН: 
академик РАН, д.ф-м.н. И.И. МОХОВ

Соглашение о предоставлении из федерального бюджета гранта в форме субсидии
от 24.09.2020 г. № 075-15-2020-776 (внутренний номер № 13.1902.21.0003)

Дата начала проекта: 24.09.2020
Дата окончания проекта: 31.12.2022


Соответствие научной темы приоритетным направлениям Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации:

20е - связанность территории Российской Федерации за счёт создания интеллектуальных транспортных и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоении и использовании космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики.

20а - переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта (за счет развития научных подходов к обработке и анализу больших потоков данных с применением методов машинного обучения и искусственного интеллекта);

20д - противодействие техногенным, биогенным, социокультурным угрозам, терроризму и идеологическому экстремизму, а также киберугрозам и иным источникам опасности для общества, экономики и государства (за счет развития научных подходов и методов выявления и анализа таких опасных природных процессов как природные пожары, извержения вулканов, а также выявления антропогенных воздействий на различные экосистемы);

20ж - возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы с учётом взаимодействия человека и природы, человека и технологий, социальных институтов на современном этапе глобального развития, в том числе применяя методы гуманитарных и социальных наук (за счет поиска ранее не известных взаимосвязей между опасными природными и техногенными процессами и явлениями, происходящими в атмосфере, морях и на суше и их влияния в системах взаимодействия человека и природы, человека и технологий).


Целями настоящего крупного научного проекта являются:

1) Проведение исследований по тематике «Науки о Земле и об окружающей среде» по приоритетным направлениям научно-технологического развития в целях реализации подпрограммы «Фундаментальные научные исследования для долгосрочного развития и обеспечения конкурентоспособности общества и государства» государственной программы Российской Федерации «Научно-технологическое развитие Российской Федерации».

2) Получение новых знаний об опасных процессах и явлениях в океане, атмосфере и на суше, в том числе в арктическом регионе, на основе данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и моделирования в интересах реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации.

3) Обеспечение комплексности и междисциплинарности исследований в области дистанционного зондирования Земли и моделирования, в том числе:

- формирования новых и развитие существующих научных направлений исследований в области использования космических методов дистанционного зондирования Земли, моделирования и интеллектуальной обработки больших потоков геопространственной информации о различных объектах, процессах и явлениях в атмосфере, морях и на поверхности суши для обеспечения пространственной связности территории страны;

- разработка научных основ и методов восстановления качественных и количественных характеристик значимых параметров окружающей среды в задачах дистанционного зондирования и моделирования аномальных процессов и явлений в водной среде, атмосфере и на суше;

- развитие имеющихся представлений об опасных природных и техногенных процессах и явлениях, происходящих в океане, атмосфере и на суше, а также поиск ранее неизвестных взаимосвязей между ними и их влияния в системах взаимодействия человека и природы, человека и технологий с использованием данных ДЗЗ.

- проведение комплексных исследований и выявление тенденций и пространственно-временных вариаций значимых параметров окружающей среды с использованием методов спутникового мониторинга, лабораторного и математического моделирования аномальных процессов и явлений в океане, атмосфере и на суше, а также интеллектуального анализа больших массивов данных ДЗЗ, в том числе с применением методов машинного обучения и искусственного интеллекта;

- поиск путей применения новых фундаментальных знаний в прикладных задачах научных исследований для реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации.



Задачами проекта являются:

- Развитие физических основ дистанционного зондирования аномальных процессов и явлений в океане, выражающихся в деформациях спектров уклонов и возвышений морской поверхности, изменении гидрооптических характеристик водной среды, вариациях температуры морской поверхности и водной толщи, изменении гидрохимических, гидробиологических и др. значимых параметров приповерхностного слоя водной среды, параметров морских льдов, в том числе в районе трассы Северного морского пути и прилегающих морей;

- Развитие методов многочастотной радиолокации и многоспектральных оптических наблюдений аномальных процессов и явлений в океане с использованием многочастотных радиолокаторов СВЧ-диапазона и многоспектральных датчиков на основе лабораторных и натурных экспериментов, а также теоретического анализа;

- Теоретические исследования, лабораторное моделирование и натурные наблюдения воздействия процессов в верхнем слое океана на характеристики ветрового волнения, разработка новых методов дистанционной идентификации этих процессов, в том числе с использованием радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА);

- Детальное исследование механических свойств поверхности воды под действием штормового ветра, механизмы нарастания и обрушения волн, образования пены и брызг - потенциальных рассеивателей радиоволн СВЧ-диапазона, экспериментальное исследование механизмов рассеяния радиоволн СВЧ диапазона на сложной поверхности воды и брызгах в приводном слое атмосферы включая особенности рассеяния радиоволн на перекрестной поляризации, которое является наиболее информативным при дистанционном измерении скорости ветра при ураганных ветрах, построение феноменологической модели радиолокационного рассеяния и деполяризации излучения при рассеянии на крутых и обрушающихся волнах;

- Выделение по данным реанализа климатических мод, ответственных за возникновение крупномасштабных аномалий погоды в тропическом поясе и на средних широтах, поиск пространственно-временных структур (паттернов), причинно связанных с найденными модами циркуляции атмосферы; разработка статистических методов восстановления распределений неизмеряемых характеристик мезосферы – нижней термосферы (МНТ) по данным спутниковых измерений (прежде всего, SABER/TIMED, MLS/Aura); исследование связи паттернов аномальной погоды в нижней атмосфере с пространственно-временной динамикой МНТ на основе анализа спутниковых данных и результатов восстановления неизмеряемых характеристик; поиск индикаторов и предикторов негативных погодных явлений;

- Развитие методов исследований динамики содержания основных парниковых и загрязняющих примесей в атмосфере по данным ДЗЗ, обеспечивающих непрерывность наблюдений на различных пространственных масштабах в пределах территории Российской Федерации и сопредельных территорий;

- Разработка научных основ мониторинга и оценки состояния природных и антропогенных источников аномальных процессов на суше и в атмосфере по данным ДЗЗ. Разработка комплексных подходов к идентификации и систематизации источников, обнаруженных в том числе с использованием данных ДЗЗ (природные пожары, вулканы, таяние мерзлоты, болота, промышленные объекты и т.д.);

- Исследование пространственно-временных взаимосвязей между состоянием потенциальных источников негативных изменений окружающей среды и аномальными процессами на суше и в атмосфере на основе анализа данных космического мониторинга и результатов численного моделирования;

- Анализ изменений состава атмосферы при погодно-климатических аномалиях (ПКА), связанных с атмосферными блокированиями. Оценки влияния климатически значимых региональных источников атмосферного загрязнения и погодно-климатических аномалий (ПКА) в Северной Евразии и Арктике (природные пожары, антропогенные выбросы) на качество воздуха, частоту и интенсивность эпизодов и периодов антропогенного загрязнения с использованием данных наземных и спутниковых наблюдений и результатов численных расчетов с транспортно-фотохимическими моделями;

- Выявление смерчевых и шкваловых ветровалов в лесных регионах России, включая Сибирь и Дальний Восток, по спутниковым данным высокого разрешения, и определение их характеристик. Определение особенностей атмосферы во время прохождения смерчей и шквалов, вызвавших ветровалы в российских лесах, включая оценку индексов неустойчивости и сигнатур на верхней границе облаков, по данным спутникового дистанционного зондирования;

- Анализ многолетних характеристик и тенденций изменений интенсивности лесных пожаров, их связи с атмосферными блокированиями, переносом продуктов горения (в т.ч. в Арктику) при разных типах блокирования, связи атмосферных процессов различных пространственных и временных масштабов в тропосфере, стратосфере и мезосфере по данным спутникового зондирования. Анализ многолетних аномалий содержания углеродосодержащих газовых примесей и аэрозолей в атмосфере, вызванных природными пожарами на территории РФ по данным космического мониторинга. Оценки региональных радиационных эффектов задымления атмосферы, потоков дымового аэрозоля в атмосфере Северной Евразии;

- Анализ озоновых "мини-дыр" и их связи с атмосферными блокированиями в разные сезоны. Анализ ключевых факторов изменений уровня биологически-активной солнечной УФ радиации, приходящей к земной поверхности, в связи формированием региональных депрессий общего содержания озона при атмосферном блокировании;

- Разработка методов повышения информативности данных ДЗЗ, получаемых с российских и иностранных спутниковых систем для решения задач проекта, с использованием алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта;

- Разработка методов валидации данных космического мониторинга параметров атмосферы и подстилающей поверхности по наземным и дистанционным данным, а также результатам моделирования для повышения достоверности данных ДЗЗ;

- Проведение теоретических и экспериментальных исследований проблем космического мониторинга нефтегазопроявлений, вредоносных цветений водорослей, глубинных стоков в морских акваториях;

- Проведение теоретических исследований и разработка научных основ космического мониторинга импактных районов Арктики и трассы СМП, на основе фундаментальных знаний о физических механизмах дистанционного выявления и оценки параметров негативных природных и антропогенных процессов в арктическом регионе;

- Разработка, испытание и валидация методов дистанционного мониторинга импактных районов Арктики и трассы СМП;

- Проведение дистанционных исследований некоторых импактных районов Арктики, акваторий СМП и прилегающих к ним территорий и морских акваторий.



Результаты, которые должны быть получены при выполнении проекта:

1 Методы выявления по данным дистанционного зондирования Земли аномальных процессов и явлений в океане, в том числе:

1.1 Методы обнаружения пространственно-временных аномалий во временных рядах данных космического мониторинга морских акваторий, в том числе трассы СМП:

1.1.1 Метод регистрации и исследования по космическим данным аномальных событий в морских акваториях;

1.1.2 Метод выявления и исследования аномалий морской поверхности на основании кластерного анализа информативных параметров пространственных спектров космических оптических и радиолокационных изображений.

1.1.3 Метод выявления и исследования по космическим данным участков морских акваторий с аномальной долгосрочной динамикой значимых параметров водной среды;

1.1.4 Метод количественной оценки и исследования загрязнений морской поверхности по космическим данным;

1.2 Метод дистанционного измерения пространственных спектров уклонов и возвышений морской поверхности по спутниковым изображениям с учетом результатов численного моделирования физических процессов и явлений.

1.3 Метод дистанционного мониторинга цунами в интересах решения задач их прогнозирования и снижения последствий.

1.4 Метод дистанционного мониторинга катастрофических штормов.

2 Методы выявления по данным дистанционного зондирования Земли аномальных процессов и явлений в атмосфере и на суше, в том числе:

2.1 Метод оценки динамики площадей природных пожаров и пространственно-временных вариаций эмиссий различных газов и аэрозолей от них по данным космического мониторинга.

2.2 Метод мониторинга постпожарных территорий в зоне вечной мерзлоты с использованием оптических спутниковых данных.

2.3 Метод обнаружения пространственно-временных аномалий эмиссий метана на постпожарных территориях в зоне вечной мерзлоты приарктических территорий по данным ДЗЗ.

2.4 Метод мониторинга состояния и динамики земной поверхности арктических регионов на основе комплексного использования различных параметров радарного сигнала спутникового дистанционного зондирования.

2.5 Радарные поляриметрические и интерферометрические измерения процесса восстановления растительности после аномальных лесных пожаров.

2.6 Метод радарной интерферометрии на основе анализа временных рядов (time series) спутниковых изображений для оценки долговременной динамики подвижек геоблоков и крупных объектов инфраструктуры (потенциальных источников негативных изменений окружающей среды).

2.7 Метод анализа динамики изменений земной поверхности в районе оползней на основе радарной интерферометрии.

2.8 Метод автоматизированного поиска контуров крон отдельных деревьев.

2.9 Усовершенствованный метод спектрально-текстурной обработки аэрокосмических изображений с целью классификации, оценки структурных параметров и жизненного состояния древостоев.

2.10 Метод космического мониторинга антропогенных объектов в импактных районах Арктики на основании семантической сегментации спутниковых изображений с использованием искусственных нейросетей.

2.11 Метод мониторинга особенностей подготовки извержений вулканов по спутниковым данным, для раннего выявления активизации вулканической деятельности.

2.12 Метод дистанционного мониторинга тайфунов.

2.13 Метод восстановления распределений неизмеряемых характеристик МНТ по спутниковым данным.

3 Методы повышения информативности данных ДЗЗ, получаемых с различных российских и иностранных спутниковых систем для решения задач проекта, с использованием алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта, в том числе:

3.1 Нейросетевой метод повышения пространственного разрешения спутниковых данных для решения задач проекта.

3.2 Метод повышения информативности обработки мультиспектральных и гиперспектральных изображений среднего пространственного разрешения.

4 Модели аномальных процессов и явлений в морях океанах, в том числе:

4.1 Полуэмпирическая модель отображения характеристик загрязнений морской поверхности системами дистанционного зондирования океана.

4.2 Феноменологическая модель радиолокационного рассеяния на крутых и обрушающихся волнах.

5 Базы данных, содержащие результаты экспериментов, в том числе:

5.1 База данных нефтегазопроявлений различных типов, зарегистрированных на морской поверхности по космическим оптическим и радиолокационным данным.

5.2 База данных постпожарных территорий в зоне вечной мерзлоты, полученных по результатам спутникового мониторинга.

5.3 База данных антропогенных источников негативных изменений окружающей среды по данным тепловой космической съемки.
105064, Москва, Гороховский пер. 4, "Аэрокосмос". Тел.: (495) 632-16-54, (495) 632-17-19. Факс: (495) 632-11-78.
E-mail: office@aerocosmos.info
www.aerocosmos.info