Системный анализ динамики геофизических процессов в российской Арктике и их воздействие на развитие и функционирование инфраструктуры железнодорожного транспорта

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-77-30010

НазваниеСистемный анализ динамики геофизических процессов в российской Арктике и их воздействие на развитие и функционирование инфраструктуры железнодорожного транспорта

Руководитель Пилипенко Вячеслав Анатольевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геофизический центр Российской академии наук , г Москва

Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-405 - Геомагнитное поле, геодинамо, палеомагнетизм

Ключевые слова Российская Арктика, системный анализ, геомагнетизм, космическая погода, геомагнитно-индуцированные токи, гравитационное поле, комплексная модель литосферы, осадочные бассейны, сейсмическая опасность, геодинамические риски, изменение климата, атмосферные аэрозоли, экспертная геоинформационная система, визуализация данных, железнодорожная инфраструктура

Код ГРНТИ37.31.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Предлагаемый проект нацелен на решение фундаментальных задач геофизики для Арктического региона Российской Федерации (АЗРФ) по следующим четырем направлениям: 1. Исследование электромагнитных процессов околоземной среды и воздействий космической погоды на технологические системы; 2. Исследование крупных геологических структур и осадочных бассейнов на основе комплексного анализа гравитационного поля и других геофизических данных; 3. Оценка сейсмической и иных геодинамических опасностей в районах перспективного развития инфраструктуры российской Арктики; 4. Исследование климатических процессов, критичных для развития железнодорожной инфраструктуры. Чем шире внедряются передовые технологии, тем чувствительнее становятся их сбои вследствие воздействия негативных факторов космической погоды. Одним из наиболее существенных проявлений космической погоды для наземных технологических систем являются геоиндуцированные токи (ГИТ), возбуждаемые при резких изменениях геомагнитного поля. Наведенные ГИТ могут приводить к сбоям в работе энергетических и транспортных систем, в частности, железнодорожной автоматики. Данный вопрос исследован мало, в то время как в большинстве исследований, связанных с космической погодой, основное внимание уделяется влиянию на электрические сети и спутниковую навигацию. Задача прогноза потенциально опасных геомагнитных возмущений, наиболее интенсивных в высокоширотных областях, является актуальной именно для арктической зоны РФ. В проекте будут исследованы закономерности в проявлении воздействия геомагнитных возмущений на работу автоматики железных дорог и линий электропередач. Для прогноза интенсивности ГИТ и, соответственно, снижения угроз и рисков для штатной работы объектов ж/д, будут построены физико-математические модели ГИТ. Актуальность предлагаемых исследований также обусловлена катастрофически недостаточным покрытием стационарных пунктов геомагнитных наблюдений в арктической и субарктической зонах РФ, поэтому в рамках проекта предполагается расширить сеть высокоточных магнитных обсерваторий стандарта ИНТЕРМАГНЕТ. Информация о вариациях плотности в коре и верхней мантии необходима для понимания их структуры и динамики, в частности, для изучения сейсмичности. Сейсмологические методы были и остаются ключевыми методами исследования коры и верхней мантии, однако они не могут дать полного представления обо всех особенностях строения из-за неравномерного и разреженного покрытия исследуемого района. Данные же о гравитационном поле характеризуются равномерным и детальным покрытием благодаря последним космическим исследованиям. Однако использование гравитационных данных без другой информации практически невозможно из-за неоднозначности обратной задачи гравиметрии. Поэтому при построении модели коры и верхней мантии Арктической зоны РФ мы планируем использовать комплексный анализ всех имеющихся геофизических данных вместе с гравитационным полем и его производными. Комплекс методов для такого анализа был разработан авторами, а его эффективность доказана в серии исследований различных континентов. В результате будет получена трехмерная модель литосферы и подстилающей мантии до глубин порядка 300 км. Эти модели будут включать распределение основных границ в литосфере, а также физические параметры отдельных слоев. Особый акцент будет сделан на осадочных бассейнах, которые могут содержать большое количество месторождений полезных ископаемых. Будет проанализировано соотношение параметров этой модели с распределением сейсмичности. Построение тепловой модели литосферы позволит рассчитать вариации теплового потока, которые совместно с климатическими условиями оказывают прямое воздействие на слой вечной мерзлоты. АЗРФ на сегодняшний день является малоизученным регионом с точки зрения оценок геодинамической опасности. Существующие для разных частей этого региона оценки значительно отличаются от реального положения дел. Это связано с существенной нестационарностью геодинамических процессов, вызванных изменением климата, сопровождающегося таянием ледников и деградацией вечной мерзлоты, а также с активной разработкой месторождений углеводородов и других ископаемых. В результате существенно увеличивается опасность возникновения землетрясений и оползней природно-техногенного характера. Флюидо-динамические процессы в осадочном чехле шельфа приводят к возникновению грязевых вулканов и дегазации дна. Определенную опасность представляют и льдотрясения, возникающие в горных районах и районах крупных озер и морских заливов при значительных перепадах температур. В рамках проекта будет создана ГИС-система признаков возможного возникновения геодинамических событий в АЗРФ и методика расчета на ее основе геодинамической опасности и риска. Особое внимание будет уделено методике расчета сейсмической опасности и риска для линейных объектов (железные дороги, линии электропередач, трубопроводы). Для таких объектов из-за невысокой вероятности сейсмических воздействий на единицу длины эффективны экономические оценки сейсмического риска, учитывающие как возможные потери от сейсмических воздействий, так и затраты на антисейсмические мероприятия. В рамках четвертого направления будет вестись разработка геоинформационных методов и технологий сбора, анализа и прогноза на основе спутниковой информации и климатических моделей ключевых климатических параметров, которые непосредственно влияют на состояние инфраструктуры и устойчивое функционирование железнодорожного транспорта. В качестве тестовых будет использован ряд участков сети железных дорог в Мурманской области и Карелии. За основу будут взяты современные зарубежные и отечественные климатические модели. Спутниковая альтиметрия будет использована для изучения скорости подъема уровня и режима волнения Белого и Баренцева морей в районах, непосредственно прилегающих к приморским участкам железных дорог. Будут всесторонне исследоваться влияние арктических атмосферных аэрозолей на состояние и скорость разрушения объектов антропогенной деятельности, проблемы возникновения аэрозолей и их переноса, скорости осаждения, дисперсный и химический состав частиц, и их эволюция в течение жизненного цикла. Специальное внимание будет уделено коллективным эффектам в аэродисперсных системах, ведущим к заметным эволюционным сдвигам в функции распределения частиц по размерам и составу. Одновременно будут исследованы эффекты взаимодействия частиц с молекулами газа-носителя и химические превращения внутри и на поверхности аэрозольных частиц. Окончательные заключения будут сделаны относительно вкладов рассмотренных эффектов в скорости разрушения объектов, связанных с антропогенной активностью, и скорости загрязнения арктической атмосферы продуктами антропогенной деятельности. Полученные в рамках указанных направлений новые данные будут впервые сведены в единую геоинформационную систему (ГИС) для возможности их комплексного анализа и комбинированной визуализации. При этом будет обеспечено высокоуровневое хранение географических объектов с использованием объектно-реляционной системы управления базами данных. Применение современных технологий геопорталов позволит обеспечить интерактивный онлайн-доступ к результатам проекта широкому кругу исследователей. Качественная визуализация представляет собой мощный инструмент в области моделирования и системного анализа и, как следствие, становится значимой частью обработки и менеджмента больших объемов данных. Значимую роль в подобных визуализациях играет интерактивность, позволяющая с помощью аппаратно-программных устройств управлять контентом. Впервые будут расширены возможности визуализации геопространственных 3D данных, полученных в ходе проекта, за счет внедрения технологий сферических визуализаций и дополненной реальности. Будут исследованы возможности развития базы данных ГИС по АЗРФ до уровня Больших Данных (Big Data).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А. Electromagnetic response of the mid-latitude ionosphere to power transmission lines Journal of Geophysical Research: Space Physics, Volume126, Issue10, e2021JA029659 (год публикации - 2021)
10.1029/2021JA029659

2. Воробьев А.В., Пилипенко В.А., Еникеев Т.А., Воробьева Г.Р., Христодуло О.И, System for dynamic visualization of geomagnetic disturbances according to the data of ground magnetic stations Scientific Visualization, Vol. 13. Is. 1. P. 162–176. (год публикации - 2021)
10.26583/sv.13.1.11

3. Воробьев А.В. Концепция информационного пакетного взаимодействия в многоуровневой системе цифровых двойников Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика, Т. 21, вып. 4. С. 532–543 (год публикации - 2021)
10.18500/1816-9791-2021-21-4-532-543

4. Воробьев А.В., Пилипенко В.А. Geomagnetic data recovery approach based on the concept of digital twins Solar-Terrestrial Physics, Vol. 7. Is. 2. P. 48–56. (год публикации - 2021)
10.12737/stp-72202105

5. Сидоров Р.В., Кабан М.К., Соловьев А.А., Петрунин А.Г., Гвишиани А.Д., Ощенко А.А., Попов А.Б., Красноперов Р.И. Sedimentary basins of the Eastern Asia Arctic zone: new details on their structure revealed by decompensative gravity anomalies Solid Earth (год публикации - 2021)

6. Кабан М.К., Сидоров Р.В., Соловьев А.А., Гвишиани А.Д., Петрунин А.Г., Петров О.В., Кашубин С.Н., Андросов Е.А., Мильштейн Е.Д. A new Moho map for north-eastern Eurasia based on the analysis of various geophysical data Pure and Applied Geophysics (год публикации - 2021)

7. Серых И.В., Сонечкин Д.М. El Niño–Global Atmospheric Oscillation as the Main Mode of Interannual Climate Variability Atmosphere, Vol. 12. Is. 11. 1443 (год публикации - 2021)
10.3390/atmos12111443

8. Серых И.В., Костяной А.Г., Лебедев С.А., Костяная Е.А. О переходе температурного режима региона Белого моря в новое фазовое состояние Фундаментальная и прикладная гидрофизика (год публикации - 2022)

9. Воробьева И.А., Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Барыкина Ю.В., Антипова А.О. Nearest Neighbor Method for Discriminating Aftershocks and Duplicates When Merging Earthquake Catalogs Frontiers in Earth Science, 2022. Vol. 10. P. 820277. (год публикации - 2022)
10.3389/feart.2022.820277

10. Гвишиани А.Д., Воробьева И.А., Шебалин П.Н., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Скоркина А.А. Integrated Earthquake Catalog of the Eastern Sector of the Russian Arctic Applied Sciences, 2022, 12(10), 5010 (год публикации - 2022)
10.3390/app12105010

11. Шебалин П.Н., Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Скоркина А.А. Why Are New Approaches to Seismic Hazard Assessment Required? Doklady Earth Sciences, Vol. 507. Part 1. P. 930–935. (год публикации - 2022)
10.1134/S1028334X22700362

12. Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Кедров Е.О., Скоркина А.А., Никитина И.М. Strong Earthquake-Prone Areas in the Eastern Sector of the Arctic Zone of the Russian Federation Applied Sciences, 2022, 12(23), 11990 (год публикации - 2022)
10.3390/app122311990

13. Костяной А.Г., Лебедев С.А., Костяная Е.А., Прокофьев Я.А. Interannual Variability of Water Level in Two Largest Lakes of Europe Remote Sensing, 14(3), 659 (год публикации - 2022)
10.3390/rs14030659

14. Петрунин А.Г., Соловьев А.А., Сидоров Р.В., Гвишиани А.Д. Inverse-forward method for heat flow estimation: case study for the Arctic region Russian Journal of Earth Sciences, Vol. 22. Is. 6. (год публикации - 2022)
10.2205/2022ES000809

15. Серых И.В., Толстиков А.В. Изменения климата западной части Российской Арктики в 1980–2021 гг. Часть 1. Температура воздуха, осадки, ветер Проблемы Арктики и Антарктики, Т. 68. №. 3. С. 258–277. (год публикации - 2022)
10.30758/0555-2648-2022-68-3-258-277

16. Воробьев А.В., Соловьев А.А., Пилипенко В.А., Воробьева Г.Р., Сахаров Я.А. An Approach to Diagnostics of Geomagnetically Induced Currents Based on Ground Magnetometers Data Applied Sciences, 12, 1522 (год публикации - 2022)
10.3390/app12031522

17. Сахаров Я. А, Ягова Н.В., Пилипенко В.А., Селиванов В.Н. Spectral content of Pc5–6/Pi3 geomagnetic pulsations and their efficiency in generation of geomagnetically induced currents Russian Journal of Earth Sciences, Vol. 22, ES1002 (год публикации - 2022)
10.2205/2021ES000785

18. Воробьев А.В., Соловьев А.А., Пилипенко В.А., Воробьева Г.Р. Interactive computer model for aurora forecast and analysis Solar-Terrestrial Physics, Vol.8. Is. 2. P. 84–90 (год публикации - 2022)
10.12737/stp-82202213

19. Кругляков М.С., Кувшинов А.В., Маршалко Е.Е. Real-Time 3-D Modeling of the Ground Electric Field Due To Space Weather Events. A Concept and Its Validation Space Weather, 20, e2021SW002906 (год публикации - 2022)
10.1029/2021SW002906

20. Гвишиани А.Д., Розенберг И.Н., Соловьев А.А., Костяной А.Г., Гвоздик С.А., Серых И.В., Красноперов Р.И., Сазонов Н.В., Дубчак И.А., Попов А.Б., Костяная Е.А., Гвоздик Г.А. Electronic atlas of climatic changes in hydrometeorological parameters of the western part of the Russian Arctic for 1950–2021 as geoinformatic support of railway development Applied Sciences, 13(9), 1-37 (год публикации - 2023)
10.3390/app13095278

21. Воробьева И.А., Гвишиани А.Д., Шебалин П.Н., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Скоркина А.А., Сергеева Н.А., Фоменко Н.А. Integrated Earthquake Catalog II: The Western Sector of the Russian Arctic Applied Sciences, 2023, 13(12), 7084 (год публикации - 2023)
10.3390/app13127084

22. Воробьева И.А., Гвишиани А.Д., Шебалин П.Н., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Сергеева Н.А., Кедров Э.О., Барыкина Ю.В. Integrated Earthquake Catalog III: Gakkel Ridge, Knipovich Ridge, and Svalbard Archipelago Applied Sciences, 2023, 13(22), 12422 (год публикации - 2023)
10.3390/app132212422

23. Костяная Е.А., Костяной А.Г. Railway transport adaptation strategies to climate change at high latitudes: A review of experience from Canada, Sweden and China Transport and Telecommunication, 2023. V. 24. N 2. P. 180-194 (год публикации - 2023)
10.2478/ttj-2023-0016

24. Ягова Н.В., Розенберг И.Н., Гвишиани А.Д. Сахаров Я.А., Гаранин С.Л., Воронин В.А., Пилипенко В.А., Дубчак И.А. Исследование влияния геомагнитной активности на функционирование систем железнодорожной автоматики в Арктической зоне России Арктика: экология и экономика, Т. 13, № 3. С. 341—352 (год публикации - 2023)
10.25283/2223-4594-2023-3-341-352

25. Пилипенко В.А., Черников А.А., Соловьев А.А., Ягова Н.В., Сахаров Я.А., Кудин Д.В., Костарев Д.В., Козырева О.В., Воробьев А.В., Белов А.В. Влияние космической погоды на надежность функционирования транспортных систем на высоких широтах Russian Journal of Earth Sciences, 23, ES2008 (год публикации - 2023)
10.2205/2023ES000824

26. Белаховский В. Б., Пилипенко В. А., Сахаров Я. А., Селиванов В. Н. Рост геомагнитно-индуцированных токов во время корональных выбросов массы и высокоскоростных потоков солнечного ветра геомагнитных бурь в 2021 году Известия РАН. Серия физическая, 87(2), 271-277 (год публикации - 2023)
10.31857/S0367676522700478

27. Пилипенко В., Козырева О., Хартингер М., Растаеттер Л., Сахаров Ю. Is the Global MHD Modeling of the Magnetosphere Adequate for GIC Prediction: the May 27–28, 2017 Storm Cosmic Research, 61, 120–132 (2023) (год публикации - 2023)
10.1134/S0010952522600044

28. Воробьев А.В., Соловьев А.А., Пилипенко В.А., Воробьева Г.Р. Internet Application for Interactive Visualization of Geophysical and Space Data: Approach, Architecture, Technologies Journal of the Earth and Space Physics, 48(4), 151-160 (год публикации - 2023)
10.22059/JESPHYS.2023.350281.1007467

29. Костарев Д.В., Пилипенко В.А., Козырева О.В. Геомагнитный мониторинг для снижения риска для трубопроводов от космической погоды Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, 2023. 13(1), 38-49 (год публикации - 2023)
10.28999/2541-9595-2023-13-1-38-49

30. Воробьев А.В., Лапин А.Н., Воробьева Г.Р. Программное обеспечение для автоматизированного распознавания и оцифровки архивных данных оптических наблюдений полярных сияний Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН), 2023. Том 22 № 5. 1177-1206 (год публикации - 2023)
10.15622/ia.22.5.8

31. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Геоинформационная система динамической пространственной кластеризации распределенных источников данных Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика, 2023. № 64. С. 61–73 (год публикации - 2023)
10.17223/19988605/64/7

32. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Подход к обнаружению и устранению артефактов пространственных изолиний в приложениях Веб-ГИС Компьютерная оптика, 2023. Т. 47, № 1. С. 126-136 (год публикации - 2023)
10.18287/2412-6179-CO-1127

33. Сахаров Я.А., Золотой С.А., Мерзлый А.М., Садовский А.М., Петрукович А.А., Яанаков А.Т., Никифоров О.В., Селиванов В.Н. Evaluating the Impact of Magnetospheric Disturbances on Energy Systems in Middle Latitudes Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 87, No. 7, pp. 994–998 (год публикации - 2023)
10.3103/S1062873823702271

34. Белов И.О., Соловьев А.А., Пилипенко В.А., Добровольский М.Н., Богоутдинов Ш.Р., Калинкин К.Д. Онлайн система для анализа токов в верхней ионосфере по данным спутников SWARM Солнечно-земная физика, 2023. Т. 9. № 4. (год публикации - 2023)

35. Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А., Вахнина В.В. Generation of Artificial ULF/ELF Electromagnetic Emission in the Ionosphere by Horizontal Ground-Based Current System Journal of Geophysical Research: Space Physics, 128, e2023JA031590 (год публикации - 2023)
10.1029/2023JA031590

36. Гвишиани А.Д., Розенберг И.Н., Соловьев А.А. Геофизические процессы в Арктике и системный анализ их воздействия на функционирование и развитие транспортной инфраструктуры Мир транспорта, 2023. Т. 21. № 3 (106). С. 6–34 (год публикации - 2023)
10.30932/1992-3252-2023-21-3-1

37. Козырева О.В., Пилипенко В.А., Маршалко Е.Е., Соколова Е.Ю., Добровольский М.Н. Monitoring of Geomagnetic and Telluric Field Disturbances in the Russian Arctic Applied Sciences, 12, 3755. (год публикации - 2022)
10.3390/app12083755

38. Соловьев А., Петрунин А., Гвоздик С., Сидоров Р. A Set of Geophysical Fields for Modeling of the Lithosphere Structure and Dynamics in the Russian Arctic Zone Data, 2023, 8(5), 91 (год публикации - 2023)
10.3390/data8050091

39. Воробьев А.В., Соловьев А.А., Пилипенко В.А., Воробьева Г.Р., Гайнетдинова А.А., Лапин А.Н., Белаховский В.Б., Ролдугин А.В. Локальная диагностика наличия полярных сияний на основе интеллектуального анализа геомагнитных данных Солнечно-земная физика, 2023. Т. 9. № 2. 9(2), 26-34 (год публикации - 2023)
10.12737/szf-92202303

40. Гвишиани А.Д., Розенберг И.Н., Соловьев А.А., Красноперов Р.И., Шевалдышева О.О., Костяной А.Г., Лебедев С.А., Дубчак И.А., Никитина И.М., Гвоздик С.А., Сергеев В.Н., Гвоздик Г.А. Study of the impact of climatic changes in 1980–2021 on railway infrastructure in the Central and Western Russian Arctic based on Advanced Electronic Atlas of hydrometeorological parameters (Version 2, 2023) Russian Journal of Earth Sciences, 23, ES000882 (год публикации - 2023)
10.2205/2023ES000882

41. Лебедев С.А., Костяной А.Г., Третьяк И.Д. Temporal variability of soil temperature in the North-West Arctic Zone of Russia. Part I: Interannual linear trends based on thermometer measurements and reanalysis data Russian Journal of Earth Sciences, 23, ES0212 (год публикации - 2023)
10.2205/2023ES02SI12

42. Шебалин П.Н., Гвишиани А.Д., Малютин П.А., Греков Е.М., Антипова А.О., Воробьева И. А., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В. Synthetic earthquake catalog for the Eastern sector of the Arctic Zone of the Russian Federation Journal of Volcanology and Seismology (год публикации - 2025)

43. Сахаров Я.А., Ягова Н.В., Пилипенко В.А., Ягодкина О.И., Гаранин С.Л. Spatial distribution of auroral precipitation and failures in railway automatics at the north of European Russia Солнечно-земная физика, Solnechno-zemnaya fizika. 2024. Vol. 10. Is. 4 (год публикации - 2024)

44. Костяной А.Г., Гвишиани А.Д., Розенберг И.Н., Красноперов Р.И., Гвоздик С.А., Лебедев С.А., Никитина И.М., Дубчак И.А., Шевалдышева О.О., Сергеев В.Н., Гвоздик Г.А. Geoinformation analysis of regional climatic changes in the Central and Western Russian Arctic for railway development Russian Journal of Earth Sciences, Russian Journal of Earth Sciences. 2025 (год публикации - 2025)

45. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Подход к динамической визуализации разнородных геопространственных векторных изображений Компьютерная оптика, Компьютерная оптика, Т. 47, № 1, С. 123-139 (год публикации - 2024)
10.18287/2412-6179-CO-1279

46. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Подход к динамической визуализации больших объемов пространственной информации на основе геостатистического анализа Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика, Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. № 66. С. 23-35 (год публикации - 2024)
10.17223/19988605/66/3

47. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Веб-ориентированный подход к трансформации систем координат геоцентрического типа Геодезия и картография, Геодезия и картография, № 3, 30-41 (год публикации - 2024)
10.22389/0016-7126-2024-1005-3-30-41

48. Ягова Н.В., Сахаров Я.А., Пилипенко В.А., Селиванов В.Н. Длиннопериодные геомагнитные пульсации как элемент воздействия космической погоды на технологические системы Солнечно-земная физика, Солнечно-земная физика. Т. 10. № 3. 146–156. (год публикации - 2024)
10.12737/szf-103202415

49. Воробьева Г.Р., Воробьев А.В., Орлов Г.О. Концепция обработки, анализа и визуализации геофизических данных на основе элементов тензорного исчисления Информатика и автоматизация, Информатика и автоматизация. Т. 23. № 2. С. 572-604 (год публикации - 2024)
10.15622/ia.23.2.10

50. Воробьев А.В., Лапин А.Н., Соловьев А.А., Воробьева Г.Р. An approach to interpreting space weather natural indicators to evaluate the impact of space weather on high-latitude power systems Izvestiya, Physics of the Solid Earth, Izvestiya, Physics of the Solid Earth. Vol. 60. Is. 4. P. 604–611 (год публикации - 2024)
10.1134/S106935132470054X

51. Воробьева И.А., Шебалин П.Н., Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Малютин П.А. Parameters of the seismic regime of the eastern sector of the Arctic Zone of the Russian Federation Izvestiya, Physics of the Solid Earth, Izvestiya, Physics of the Solid Earth. Vol. 60. Is. 5. P. 842-856. (год публикации - 2024)
10.1134/S1069351324700770

52. Сахаров Я.А., Ягова Н.В., Билин В.А., Селиванов В.Н., Аксенович Т.В., Пилипенко В.А. Parameters Influencing the Efficiency of Generation of Geomagnetically Induced Currents by Nonstorm Pc5-6/Pi3 Geomagnetic Pulsations Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. Vol. 88. Is. 3. P. 289–295 (год публикации - 2024)
10.1134/S1062873823705421

53. Белаховский В.Б., Пилипенко В.А., Сахаров Я.А., Вахнина В.В., Селиванов В.Н. Влияние геомагнитной бури на низкочастотные поля линий электропередачи Наука и технологические разработки, Наука и технологические разработки. Т. 103. № 1. С. 36-51. (год публикации - 2024)
10.21455/std2024.1-3

54. Пилипенко В.А., Козырева О.В., Белаховский В.Б., Сахаров Я.А., Селиванов В.Н. What should we know to predict geomagnetically induced currents in power transmission lines? Russian Journal of Earth Sciences, Russian Journal of Earth Sciences. Vol. 24. (год публикации - 2024)
10.2205/2024es000954

55. Кабан М.К., Чен Б., Сидоров Р.В., Петрунин А.Г. Variations of the effective elastic thickness evidence for a wide diffusive boundary between the North American and Eurasian plates in Siberia Journal of Geodynamics, Journal of Geodynamics, Vol. 159, № 102015 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jog.2023.102015

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Впервые высказано предположение, что низкочастотные излучения (50–150 Гц) могут служить косвенным дистанционным средством обнаружения перегрузки в работе энергетических сетей, вызванной ГИТ. Анализ данных системы регистрации ГИТ в ЛЭП на Кольском полуострове во время магнитной бури показал, что интенсивности излучения на частоте 50 Гц и ее третьей гармонике 150 Гц действительно возрастают при увеличении ГИТ. По-видимому, под воздействием ГИТ передаваемые токи оказываются несбалансированными. Обнаруженный эффект усиления дисбаланса токов в ЛЭП в качестве возможного фактора воздействия космической погоды ранее не отмечался. Показано, что среди межпланетных параметров наиболее важным прогностическим фактором появлений пульсаций геомагнитного поля с высокой ГИТ-эффективностью является скорость солнечного ветра. Этот результат должен быть включен в системы прогноза негативного воздействия на энергетические сети возмущениями космической погоды. Установлено, что иррегулярные колебания с широким спектром, охватывающим диапазоны 3–20 мин, являются наиболее опасным типом геомагнитных возмущений для энергетических линий. Установлена статистически значимая связь между широтой экваториальной границы аврорального овала и частотой сбоев в работе ж/д сигнализации на Октябрьской железной дороге при интенсивных геомагнитных возмущениях, сопровождающихся смещением аврорального овала к югу. Завершены калибровочные испытания прототипа градиентной установки для регистрации ГИТ на обсерватории «Климовская» (Архангельская обл.). Испытания подтвердили характеристики финальной версии прототипа. Подготовлены спецификации для мест размещения и проект документации для запуска градиентной установки в единичное производство. Обновлена инфраструктура магнитно-ионосферной станции «Норильск» для бесперебойной передачи минутных и секундных данных с установленных приборов в ГЦ РАН с последующей обработкой передаваемых данных. Вкупе с установкой недостающих магнитометров станция преобразована в новую геомагнитную обсерваторию в АЗРФ и доведена до уровня минутного стандарта ИНТЕРМАГНЕТ. Оценено влияние теплового потока из недр Земли вместе с климатическими факторами на динамику протайки зоны вечной мерзлоты с использованием численного моделирования. На основании анализа комплекса данных получена новая детальная карта теплового потока. Путем численного моделирования построена карта прогнозируемых изменений вечной мерзлоты на территории России с выделением областей, где ожидается критическая протайка (исчезновение) до 2060 года. Для Северо-Востока Евразии рассчитаны вариации эффективной мощности упругой литосферы (прокси её прочности) (http://www.wdcb.ru/arctic_antarctic/). На основании этой карты определены характеристики границы между Евразийской и Североамериканской плитами. Впервые установлено, что эта граница в Сибири представляет широкую диффузную зону. Проанализирована связь распределения сейсмичности с вариациями мощности упругой литосферы (https://doi.org/10.1016/j.jog.2023.102015). Составлена новая карта тектонического районирования Северо-Востока Евразии, которая основана на полученных в ходе проекта моделях литосферы и вариациях соответствующих геофизических полей. Построены модели сейсмического режима восточного и западного секторов АЗРФ. Модели хорошо соответствуют данным, по которым определены их параметры. На базе параметров моделей построены синтетические каталоги землетрясений на условный период 20 000 лет, воспроизводящие и моделирующие ключевые свойства каталогов фактически произошедших землетрясений, а также, что очень важно, содержащие фактор времени. Сгенерированные синтетические каталоги могут быть использованы для построения карт ОСР. На основе статистического анализа параметров (среднемесячная температура и влажность приземного воздуха, скорость приземного ветра, сумма осадков, температура почвы, влагосодержание верхнего слоя почвы и высоты снежного покрова) за 1980–2022 гг. по данным реанализа MERRA2 проведены исследования изменчивости экстремальных климатических событий и выделены года, соответствующие экстремальным минимальным и максимальным значениям по критерию 5-й и 95-й процентили. Анализ климатических изменений показал, что для устойчивого состояния инфраструктуры и функционирование ж/д транспорта необходимо проведение исследования дополнительных климатических параметров: максимальная скорость ветра (порывы ветра), атмосферные осадки за 3 часа (интенсивность осадков), количество дней с туманами, максимальная температура воздуха летом, минимальная температура воздуха зимой, количество дней с переходом через ноль градусов, волны тепла (количество дней подряд с температурой воздуха, превышающей пороговое значение, зависящее от исследуемого региона), волны холода (количество дней подряд с отрицательной температурой воздуха, превышающей пороговое значение, зависящее от исследуемого региона), продолжительные осадки в виде дождя и снега (количество дней подряд с осадками, превышающими пороговое значение). Особое внимание следует уделять месяцам с максимальными или минимальными значениями температуры воздуха или почвы, месяцам, в которых происходит переход через ноль градусов, с максимальными значениями скорости ветра, атмосферных осадков, толщины снежного покрова. Следует обратить особое внимание на смещение, удлинение или сокращение сезонов, определяемых, например, по температуре воздуха. Обновлена база геопространственных данных, включающая растровые и векторные данные по основным тематическим направлениям проекта. Осуществлен переход на отечественную программную платформу NextGIS. Завершено обновление программной ГИС-инфраструктуры геопортала «Арктика» (https://arctic-gis.gcras.ru/). Геопортал является инструментом для организации интерактивного доступа участников проекта к сформированной базе геопространственных данных. В рамках серверной части единой ГИС интерактивной сферической визуализаций, концентрирующей процессы организации хранения данных и обработки запросов к ним, реализованы процессы системы управления базой данных, в т.ч. механизм складирования и сжатия импортируемых данных, получаемых в реальном времени. Сформирована БД «База сферических визуализаций: Арктика». Проведена IV Всероссийская школа молодых учёных «Системный анализ динамики природных процессов в российской Арктике» (4–7 июня 2024 г.). Школа собрала более 65 участников, из них 19 российских ученых-лекторов и 38 слушателей – российских молодых ученых со всей России. На лекциях и семинарах широко освещались вопросы геологии, геофизики, палеомагнетизма, климатологии, океанологии, дистанционного зондирования, геоинформатики и системного анализа, Больших данных, материаловедения, транспорта и других смежных дисциплин (https://school2024.gcras.ru, https://t.me/geoarctic).

Публикации

Возможность практического использования результатов
Новая региональная модель осадочного чехла может быть использована при планировании детальных исследований конкретных структур. Информация о структуре литосферы, плотности и теплогенерации позволит точнее оценивать перспективные месторождения и снижать затраты на геологоразведочные работы. Это может способствовать увеличению добычи полезных ископаемых, сокращая риски ошибочного бурения и повышая эффективность отрасли. Карта прогнозируемых изменений вечной мерзлоты, включая районы, где предполагается полное её исчезновение, должна стать основой для планирования развития и поддержания критической инфраструктуры промышленности, транспорта и жилого фонда. Прогнозы по изменению вечной мерзлоты помогут выявить наиболее уязвимые зоны арктической экосистемы. Это имеет значение для сохранения биоразнообразия, а также для разработки стратегий сохранения мест обитания различных видов. Результаты исследования помогут органам власти лучше понимать изменения, происходящие в регионе, и планировать меры адаптации для защиты населения и минимизации последствий деградации вечной мерзлоты. Предложенные пути совершенствования оценок сейсмической опасности способны получать более точные оценки сейсмического риска по сравнению с принятыми картами ОСР, что позволит снизить ущерб от землетрясений на территории РФ и оптимизировать затраты на дорогостоящее сейсмостойкое строительство. Результаты климатических исследований дают детальную картину изменения (включая прогноз) основных гидрометеорологических параметров в АЗРФ, как на суше, так и в акватории, что является исключительно важной информацией для планирования и устойчивого развития высокоширотной промышленной инфраструктуры. В ходе климатических исследований выделены отдельные регионы повышения температуры среды, таяния многолетней мерзлоты, увеличения количества осадков, увеличения ветровых нагрузок и повышения среднего уровня моря. Учет этой информации при эксплуатации и планировании развития технологической инфраструктуры в АЗРФ позволит избежать негативные последствия климатических изменений, включающие температурные выбросы ж/д путей, затопление, размыв сооружений, оседание грунтов и др. Созданная в рамках направления по развитию ГИС проекта база геопространственных данных, доступная участникам проекта через интерактивный геопортал «Арктика», может быть использована в дальнейших исследованиях по данной тематике. Функционал геопортала позволяет проводить совместный анализ данных по широкому кругу тематических направлений. Кроме того, данный геопортал может служить примером для создания подобных онлайн ресурсов для отдельных территорий. Это позволит удобно проводить комплексный анализ геолого-геофизических данных при планировании изыскательской деятельности и промышленного развития территорий. Разработанное методическое и программное обеспечение в совокупности с сформированным контентом могут быть использованы в создании и эксплуатации разнотиповых систем интерактивной сферической визуализации: аппаратно-программных комплексов со сферическим проекционным экраном или светодиодным дисплеем, систем виртуальный глобус. Такие системы находят применение в научных исследованиях и образовательном процессе, музеях, а также в выставочно-рекламных пространствах.