Версия для печати
Вернуться к списку

ПРИРОДНОЕ ЯСНОВИДЕНИЕ

Такая интегральная "Система поиска природных сценариев" создается сейчас в рамках Microsoft European Science Initiative совместными усилиями Геофизического центра РАН и американского Национального центра геофизических данных. 1-3 марта в ЦЕРНе пройдет форум грид-юзеров, где система будет продемонстрирована широкой публике.

Недавно в Канаде прошла конференция по проблемам глобального изменения климата. В результате сложных переговоров страны-участницы конференции договорились о ряде новых мер по снижению выбросов парниковых газов в атмосферу, которые, по Киотскому протоколу, признаются главными виновниками глобального потепления. Даже крайнего удалось найти: Россия призвала распространить Киотский протокол на быстро развивающиеся страны - Китай и Индию, которые прежде не считались злостными загрязнителями. Напомним, в рамках Киотского протокола 1997 года присоединившиеся к нему страны обязуются к 2012 году сократить выбросы в атмосферу вредных газов на 5% по сравнению с уровнем 1990 года.

А в это время на тихоокеанском острове Амбей, расположенном северо-восточнее Новой Зеландии, на архипелаге Новые Гебриды, активизировался вулкан Манаро. Десять тысяч жителей острова с ужасом следили за тем, как отнюдь не промышленный, а вполне природный источник ядовитых газов, пара и пепла со дня на день может глобально повлиять на здешний климат и природу. Да что там природа! Если бы взорвалось жерло вулкана, от Амбея остались бы одни воспоминания, а эвакуация населения по водам кипящего от лавы океана стала бы просто невозможна.

Короче говоря, людям во всем мире нужны конкретные заблаговременные прогнозы природных сценариев - как катаклизмов, так и долгосрочных латентных изменений климата. Кстати, никто толком не доказал правильность постулатов Киотского протокола. Многие ученые относятся к неизбежности глобального потепления предельно скептически. Среди них и Владимир Котляков, академик, директор Института географии РАН: "На земле уже были такие температуры, как мы сейчас наблюдаем, и даже гораздо выше. Есть признаки и грядущего похолодания, которые, правда, относятся не к ближайшим годам, а к столетиям. Впереди, я могу утверждать основательно, будет похолодание".

Пока географы, климатологи и метеорологи гадали на потепление-похолодание, к проблеме подключились специалисты IT, выразившие готовность создать систему поиска и моделирования природных ситуаций на основе результатов многолетних наблюдений. С помощью таких моделей ученым будет доступна картина процессов, связанных с изменениями земной поверхности, Мирового океана, атмосферы и космического околоземного пространства, а также их сложного взаимодействия.

Совместное предприятие ESSE

Все началось в 1997 году в Болдере, небольшом городке в штате Колорадо, где расположен Национальный центр геофизических данных США (НОАА), который, подобно нашему Гидрометцентру, занимается климатом и погодой. Сотрудники центра сделали веб-сайт, позволяющий визуализировать данные по космической погоде. В ход пошло все, что описывает околоземное пространство и влияние на него Солнца, - магнитные вариации, солнечный ветер, телеметрические данные со спутников.

"В 98-м году мы решили объединить усилия российских и американских ученых и создали два зеркальных сервера - один в Болдере, а другой в Москве, - вспоминает заведующий лабораторией сетевых информационных технологий Геофизического центра РАН Михаил Жижин. - А недавно нашей работой заинтересовались ребята из Microsoft Research (Кембридж). Они сказали, что берут на себя финансирование проекта "Система поиска природных сценариев" (Environmental Scenario Search Engine - ESSE), который "подведет общий знаменатель" под разрозненные базы данных о погодных явлениях. В случае получения патента Microsoft Research имеет право приоритетного выкупа. Продукт будет совместный - наш и американцев, то есть тех, кто стоял в начале решения этой проблемы".

Машина времени

Основная проблема при создании ESSE заключалась в том, что хозяева геофизических баз данных находятся в разных местах планеты, в разных государствах. Иногда они принадлежат федеральным, иногда региональным службам, а порой и вовсе частным фирмам. Кроме того, эти базы по-разному устроены. Речь идет о специализированных архивах, начавших вести обмен информацией задолго до возникновения Интернета. Уже 50 лет назад ученые договорились об обмене геофизическими данными, причем роль интерфейса выполнял тогда Институт физики Земли им. Г.А. Гамбурцева РАН. Теперь разработчикам системы приходится приводить к единому языку огромные базы данных почти за 200-летнюю историю метеонаблюдений, изучения ионосферы и магнитного поля Земли. Базы данных по минутным геомагнитным вариациям накоплены за 50 с лишним лет, по часовым вариациям - за 230 лет, по спутниковым наблюдениям - за последние 10 лет.

"Теперь все архивные данные объединяются и на их основе делается реанализ, то есть образуется некая виртуальная среда, в которой можно искать интересующие геофизиков и климатологов события, - поясняет Михаил Жижин. - Реанализ позволил создать регулярную погодную сетку всей Земли с шагом в 2, 5 градуса начиная с 1949 года. Теперь, задав вопрос, можно точно выяснить, какой день за последние 55 лет считался самым холодным в Москве, какая погода была в Далласе в день убийства Кеннеди и куда дул ветер при высадке союзников в Нормандии. А если у вас есть прогноз погоды, то можно воспользоваться им для вычисления гипотетических событий на ближайшие две недели. Таким образом ученые получили своего рода машину времени".

Создателям ESSE удалось преобразовать архив данных о погоде в пятимерную систему или, как они говорят, объем. Первые три измерения - координаты в пространстве, четвертое - время, пятое - название того или иного геофизического параметра (температура, влажность, освещенность, величина электромагнитных колебаний). Совместными усилиями русских и американцев был создан аналогичный многомерный объем по космической погоде. Очередь за Мировым океаном, который, несомненно, оказывает огромное влияние на все природные процессы, в том числе и на погоду. Но с ним трудно работать, потому что глобальные модели явлений, происходящих в океанических глубинах, пока очень несовершенны.

Из-за огромного объема хранимых данных (один только архив погоды за 50 лет обходится в 40 терабайт) разработчикам ESSE пришлось воспользоваться распределенной системой вычислений. Она не так глобальна, как, скажем, аналогичная система для проекта SETI (Search for

Extraterrestrial Intelligence) - поиску внеземных цивилизаций, в котором участвуют более 4, 5 млн. землян. Но машины, задействованные в ESSE, уже стоят в Болдере, Москве, Сиднее, Пекине, Нагое, Кейптауне и на Камчатке. Чтобы получить сведения, не нужно подключаться к компьютеру в Болдере, можно и в Москве - для экономии времени. Кроме того, работа ESSE напрямую зависит от роста системы Grid (буквально: сетка), призванной объединить множество региональных и национальных сетей и стать универсальным источником вычислительных ресурсов, доступных широкому кругу пользователей. Это явление возникло в Америке, но сейчас реально на него ставит Еврокомиссия, которая уже много лет финансирует европейский Grid для науки. Подключение к "сетке" - это гарантия сохранности информации и расширение возможностей обсчета любых массивов данных.

ESSE создавалась в первую очередь для нужд геофизики, но ее разработчики уже сегодня предлагают использовать ее в далеких от науки областях, например в строительстве, для профессиональных тренажеров, военных учений, конструирования роботов, вездеходов, производства компьютерных игр. "В принципе, можно рассматривать связь геофизических параметров с биосферой, даже с экономикой, - считает Михаил Жижин. - Можно даже попросить систему выдать природно-погодные условия, когда не будет работать дизельная техника. Специальные библиотеки таких эффектов предполагается постепенно создавать".

У проекта ESSE уже появились российские заказчики - Институт физики Земли, НИИ ядерной физики, Институт Арктики и Антарктики РАН в Питере, Институт космических исследований, иркутский Институт солнечной физики и геофизические службы в Обнинске, Троицке, Хабаровске, на Камчатке.

P.S. Выбор предметной области - геофизики - для реализации проекта ESSE отнюдь не случаен. В 1957 году усилиями ученых был проведен Международный геофизический год и стала формироваться система обмена информацией между ведущими геофизическими центрами мира. За 50 лет потоки обмена информацией выросли соответственно с 1 Мб до 1 Тб, то есть на шесть порядков.

В 2007 году 50-летие со дня старта этого проекта планируется отметить проведением Электронного геофизического года - EGY2007, - к которому будет приурочен полный переход к глобальной Grid-системе взаимодействия.