​Специалисты лаборатории методов создания, исследования и идентификации математических моделей естествознания Новосибирского государственного университета и Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН разработали метод, который позволит максимально быстро выявлять источник цунами. По словам сотрудницы лаборатории, старшего преподавателя ММФ НГУ Ольги Криворотько, система поможет властям и профильным ведомствам с меньшей погрешностью прогнозировать ситуацию с цунами, не углубляясь в детали математических моделей.

Распределение высот волны цунами вблизи берегов Японии. Результат моделирования в системе ITRIS (Integrated Tsunami Research and Information System), разработанной в лаборатории математических задач геофизики ИВМиМГ СО РАН

Ольга Криворотько отмечает, что цунами чаще всего возникают в результате подводного землетрясения, информация о котором становится известной в течение нескольких минут, так как скорость звука в земле в десятки раз выше скорости звука в воде. В подавляющем большинстве случаев прогнозы распространения цунами оказываются неверными:

По информации о магнитуде землетрясения, углам сдвига литосферных плит и примерных координат эпицентра можно с некоторой погрешностью вычислить амплитуду источника возникшего цунами. В 80% случаев такие прогнозы бывают ложными, что влечет за собой колоссальные расходы на эвакуацию населения и стратегических объектов. Ложные данные об источнике цунами сильно отражаются на расчёте высоты волны, набегающей на берег: каждый метр может оказаться губительным, как, например, произошло во время цунами в Японии в 2011 году.

Накат волны цунами с указанием возможной зоны затопления (выделено синим цветом)

Для уточнения амплитуды источника цунами применяются методы математического моделирования. Сотрудники совместной лаборатории Института математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН и НГУ используют методы численного решения обратных и некорректных задач.

Мы подбираем такие параметры источника, чтобы модельная волна цунами как можно меньше отклонялась от высоты проходящей реальной волны в океане. Реальные данные могут быть получены со спутниковых снимков или наводных станций. Измерения обрабатываются фильтрами от шумов, затем создаётся алгоритм численного решения задачи определения источника, разрабатывается программный комплекс, и алгоритм отрабатывается на тестовых задачах, — рассказывает Ольга Криворотько.

Однако для предупреждения события цунами, подчёркивает математик, необходимо максимально быстро определить его источник. В этом направлении новосибирскими специалистами разработан и тестируется аналитический метод определения амплитуды переднего фронта волны, который по вычислительной скорости превосходит конечно-разностные методы в десятки раз.

Основа метода — фундаментальный подход к решению начально-краевой задачи для линейных уравнений мелкой воды, выделение разрывной части волнового решения и свойств дельта-функции. Ольга Криворотько указывает на интересный факт: результаты, полученные аналитическим методом, совпадают с расчётами Джорджа Бидделя Эйри 1841 года (G. Airy «Tides and waves»), которые в свою очередь выведены из физических законов сохранения.

Историческая база данных наблюденных высот цунами, которые произошли с 1628 года до н. э. и до 2012 года

Разработанные алгоритмы в настоящее время активно тестируются на исторических данных. В лаборатории математических задач геофизики Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН есть крупная база по цунами, которые произошли с 1628 года до н. э. и до 2012 года. База содержит характеристики источника цунами, карту высот набегающей волны на берег, а для некоторых побережий — экономическую оценку возможных разрушений от модельных волн. Она встроена в программный трёхмерный комплекс визуализации моделирования цунами, который также создали в лаборатории.

Назначение разработанной системы — поддержка и сопровождение исследований события цунами и порождающих их землетрясений, а также прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Комплекс включает в себя специализированные базы данных источников цунами, инструменты для обработки и анализа геоданных, программный комплекс для расчёта распространения волн и определения координат источника. Помимо этого, система сможет прогнозировать последствия и даже оценивать материальный ущерб и повреждения стратегически важных объектов.

Ольга Криворотько отмечает, что с помощью такой системы специализированные подразделения и органы власти смогут осуществлять мониторинг и прогнозирование цунами, не углубляясь в детали математических моделей. С другой стороны, учёные могут использовать продукт как удобную платформу для ведения исследовательской работы.

В Академгородке разработкой методов прогнозирования цунами занимаются лаборатории ИВМиМГ СО РАН (руководители — чл.-корр. РАН С. И. Кабанихин, д. ф.-м. н. С. К. Гусяков), Института вычислительных технологий СО РАН (академик РАН Ю. И. Шокин, проф. Л. Б. Чубаров), Новосибирского государственного университета (д. ф.-м. н. М. М. Лаврентьев, к. ф.-м. н. А. А. Романенко), Института гидродинамики СО РАН (проф. А. П. Чупахин).

Анастасия Аникина

Источники

Новосибирские математики разработали метод максимального быстрого определения источника цунами
НГУ (nsu.ru), 31/01/2017
Сибирские математики научились максимально быстро вычислять источник цунами - новости на сегодня 31.01.2017
News2world.net, 31/01/2017
Новосибирские ученые обучились максимально стремительно вычислять источник цунами
1nnc.net, 31/01/2017
Новосибирские математики разработали метод определения источника цунами
Infopro54.ru, 31/01/2017
Метод быстрого определения источника цунами разработали в Новосибирске
Аргументы и Факты (nsk.aif.ru), 31/01/2017
Источник возникновения цунами рассчитали математики НГУ
Вечерний Новосибирск (vn.ru), 31/01/2017
Новосибирские математики научились максимально быстро обнаруживать источник цунами
Russia Today (russian.rt.com), 31/01/2017
Сибирские математики научились максимально быстро вычислять источник цунами
Profi-news.ru, 31/01/2017
Сибирские математики научились максимально быстро вычислять источник цунами
РИА Новости, 31/01/2017
Сибирские математики нашли способ быстро определять источник цунами
ТАСС, 31/01/2017
Российские математики научились максимально быстро вычислять источник цунами | Земля
Земля. Хроники жизни (earth-chronicles.ru), 31/01/2017
Российские ученые разработали метод максимально быстрого определения источника цунами
Наука и технологии России (strf.ru), 31/01/2017
Новосибирские математики научились быстро вычислять источник цунами
Официальный сайт г. Новосибирск (nsknews.info), 31/01/2017
Новосибирские математики научились быстро вычислять источник цунами
Новосибирские новости (nscn.ru), 31/01/2017
Математики НГУ представили метод максимально быстрого определения источника цунами
Новосибирские новости (nscn.ru), 31/01/2017
Сибирские математики нашли способ предсказывать источник цунами
Научная Россия (scientificrussia.ru), 31/01/2017
Сибирские математики научились максимально быстро вычислять источник цунами
Новосибирские новости (nscn.ru), 31/01/2017
Новосибирские ученые придумали, как вычислить источник цунами быстро
Московский Комсомолец # Новосибирск (novos.mk.ru), 31/01/2017
Математики НГУ представили метод максимально быстрого определения источника цунами
Вести.ru, 31/01/2017
Математики НГУ представили метод максимально быстрого определения источника цунами
Наука 2.0 (naukatv.ru), 31/01/2017
Российские ученые придумали, как быстро вычислить источник цунами
Российская газета (rg.ru), 31/01/2017
Российские ученые разработали метод максимально быстрого определения источника цунами
Российская академия наук (ras.ru), 01/02/2017
Российские математики научились быстро определять источник цунами
Научная Россия (scientificrussia.ru), 06/02/2017
Новосибирские ученые разработали метод, позволяющий быстро выявлять источник цунами
Vestisibiri.ru, 05/02/2017
Новосибирские ученые разработали метод, позволяющий быстро выявлять источник цунами
Монависта (novosibirsk.monavista.ru), 05/02/2017
Новосибирские ученые разработали метод, позволяющий быстро выявлять источник цунами
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 05/02/2017

Похожие новости

  • 30/06/2017

    Круглый стол «Супервычисления и прорывные технологии» прошел в рамках «Марчуковских научных чтений»

    ​Начинания организатора науки о вычислениях академика Гурия Ивановича Марчука воплощаются сегодня в глобальных исследованиях и технологических системах. В полной ли мере? Открывая круглый стол «Супервычисления и прорывные технологии» в рамках «Марчуковских научных чтений», заместитель председателя СО РАН академик Василий Михайлович Фомин сказал: «Гурий Иванович был настолько разносторонним ученым, что занимался почти буквально всем».
    2544
  • 25/12/2019

    Сибирские ученые развивают проект СНЦ ВВОД

    ​Сибирский национальный центр высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных (СНЦ ВВОД) — проект программы «Академгородок 2.0», который ориентирован на потребности научных институтов в работе с big data.
    1462
  • 12/04/2019

    Как вычислить путь звезды

    Астрофизику сегодня невозможно представить без компьютерного моделирования: ученые воссоздают на ЭВМ космические процессы, не доступные для наблюдения, чтобы ставить эксперименты и подтверждать теории.
    1259
  • 18/05/2021

    «Отец дробных шагов»: к юбилею академика Н.Н. Яненко

    ​​14 мая 2021 года состоялось очередное заседание Клуба межнаучных контактов. Оно было посвящено 100-летию со дня рождения выдающегося ученого, академика АН СССР Н.Н. Яненко. Воспоминаниями о нем делились люди, лично знавшие Николая Николевича, его ученики и коллеги – академики РАН Валентин Пармон, Василий Фомин, Сергей Алексеенко, Юрий Шокин и многие другие.
    1441
  • 05/02/2021

    Губернатор Новосибирской области поздравил всех со стартом Года науки и технологий

    Губернатор Андрей Травников принял участие в работе коллегии министерства науки и инновационной политики Новосибирской области.  Глава региона поздравил собравшихся с наступающим Днем российской науки, начавшимся Годом науки и технологий, пожелал участникам коллегии успехов, новых достижений и поводов для гордости за новосибирских исследователей.
    1297
  • 17/04/2019

    «Академический час для школьников»: лекция «Математическое моделирование физических процессов»

     17 апреля в 15:00 в Малом зале Дома ученых СО РАН состоится лекция члена-корреспондента РАН Сергея Игоревича Кабанихина «Математическое моделирование физических процессов».  Сергей Игоревич Кабанихин, член-корреспондент РАН, профессор, советский и российский математик, специалист в области вычислительной математики, создания, исследования и применения численных методов решения обратных задач математической физики.
    1265
  • 16/09/2016

    Новосибирский ученый награждён дипломом Европейской научно-промышленной палаты

    ​Диплом Европейской научно-промышленной палаты (Diploma di Merito) и медаль за исключительные профессиональные достижения присуждены профессору НГУ, доктору физико-математических наук, ведущему научному сотруднику лаборатории стохастических задач Института вычислительной математики и математической геофизики Антону Войтишеку.
    3969
  • 17/08/2016

    В Новосибирске пройдет Вторая международная конференция «Математическая гидродинамика»

    Новосибирский государственный университет совместно с Институтом гидродинамики СО РАН (зеркальная лаборатория нелинейных процессов в гидродинамических системах) проводят 22–27 августа вторую Международную конференцию «Математическая гидродинамика».
    4489
  • 07/02/2020

    В регионах России появится как минимум четыре мощных суперкомпьютерных центра

    ​​Идею развития в регионах распределенной двухуровневой сети суперкомпьютерных центров поддержал Президент Российской Федерации Владимир Владимирович Путин на встрече с общественностью по вопросам науки и образования, состоявшейся день назад в Череповце.
    999
  • 13/01/2021

    Академику Анатолию Николаевичу Коновалову 85 лет

    ​Анатолий Николаевич Коновалов родился 13 января 1936 года в Ростове-на-Дону.В 1958 году окончил с отличием Уральский государственный университет им. А.М. Горького (г. Свердловск). Один год учился в очной аспирантуре, затем перевелся в заочную аспирантуру и поступил на работу во Всесоюзный НИИ технической физики (п/я 150, г.
    725