Отчет ИВМ СО РАН за 2004 год

Федеральные программы

• Федеральная целевая программа «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки»
• Система региональных, межрегиональных, всероссийских и международных олимпиад, конкурсов, школ, конференций и семинаров по информатике, вычислительной и прикладной математике и математическому моделированию в г. Красноярске
• Великие реки мира: река Енисей
• Комплексные исследования уникальных соленых озер юга Сибири: мониторинг, эксперименты, модели
• Исследовательская кафедра биофизики

Федеральная целевая программа «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки»

Организации-исполнители:
ИФ СО РАН, ИВМ СО РАН, КГТУ, СибГТУ, КГУ

Руководитель:
д.ф.-м.н., проф. А. Н. Горбань

В г. Красноярске организована система региональных, межрегиональных, всероссийских и международных олимпиад, конкурсов, школ, конференций и семинаров по информатике, вычислительной и прикладной математике и математическому моделированию.

Перечень мероприятий, проведенных в 2004 году:

1. Всероссийский семинар «Моделирование неравновесных систем» (ИВМ СО РАН),
2. Всероссийский семинар «Нейроинформатика и ее приложения» (ИВМ СО РАН),
3. Всероссийская школа по нейроинформатике и ее приложениям (ИВМ СО РАН),
4. Межвузовская конференция «Информатика и информационные технологии»,
5. Олимпиада по программированию среди студентов вузов г. Красноярска и региона,
6. Ежегодная конференция по финансово-актуарной математике и смежным вопросам (ИВМ СО РАН),
7. Межрегиональная школа-семинар «Распределенные и кластерные вычисления» (ИВМ СО РАН).

Основные публикации:

1. Моделирование неравновесных систем — 2004 // Материалы VII Всерос. семинара «Моделирование неравновесных систем». — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2004. — 207 с.

2. Нейроинформатика и ее приложения // Материалы ХII Всерос. семинара «Нейроинформатика и ее приложения». — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2004. — 196 с.

(Отдел моделирования неравновесных систем)

Организации-исполнители:
ИВМ СО РАН, КНЦ СО РАН, КрасГУ, ИХХТ СО РАН, КраcГАУ, НИИ ЭРВНБ

Руководитель:
д.ф.-м.н., проф. В. Н. Лопатин

Исполнители от ИВМ СО РАН:
д.ф.-м.н. А. Д. Апонасенко, к.б.н. Л. А. Щур, к.б.н. В. С. Филимонов, к.б.н. Г. В. Макарская, д.б.н. В. В. Заворуев

Для оценки значений параметров моделей, описывающих механизмы взаимодействия звеньев микробиальной петли в водных экосистемах, проведены модельные эксперименты с инкубацией бактериопланктона в изолированных пробах воды при отсутствии минерального взвешенного вещества (контрольная проба) и с добавлением разных количеств взвеси каолина. Показано, что доля агрегированных бактерий для проб без взвеси в течение всего эксперимента достоверна ниже, чем в пробах со взвесью. Динамика процесса характеризуется максимумом агрегированности (или адсорбции клеток на частицах минеральной взвеси) в пробах с добавлением взвеси каолина (около 80%), которая отмечается на 5-6-е сутки. Выявлено, что наличие минерального взвешенного вещества повышает продукцию бактериального сообщества и позволяет бактериям дольше существовать в продуктивном состоянии (и просто выживании) при невозобновляемых ресурсах питания. Конечная биомасса бактерий (к исходу 13-х суток инкубации) в пробах с добавлением взвеси в среднем в 3.6 раза превышает биомассу в контрольной пробе. В процессе инкубации интегральная удельная продукция агрегированного бактериопланктона превышала интегральную удельную продукцию свободноплавающих в 2.5-4.2 раза в зависимости от количества взвеси каолина (кроме первых суток). Коэффициент энергетического обмена (К₂) бактерий для проб со взвесью практически в процессе всего эксперимента превышал К₂ в контрольной пробе (рис. 1) [1, 3, 4].

С учетом количества растворенного органического вещества (РОВ), продуцируемого в естественных экосистемах и привносимого в них, а также взвешенного вещества, определенных на примере бассейна р. Енисей (сток РОВ около 130 тысяч тонн в месяц, сток взвешенного вещества более 150 тысяч тонн в месяц) [2], проиллюстрирован масштаб значимости выявленных связей.

Рис. 1. Динамика интегрального коэффициента энергетического обмена. 1 — контроль; 2, 3, 4 — средние, минимальные и максимальные величины К₂ для всех проб с добавлением минерального взвешенного вещества соответственно.

Основные публикации:

1. Постникова П. В., Апонасенко А. Д., Лопатин В. Н., Филимонов В. С., Щур Л. А.
   Изучение изменений продукционно-деструкционных процессов в присутствии минеральной взвеси в водных экосистемах // Тез. междунар. конф. «ENVIROMIS-2004». — Томск. — 2004. — С.

2. Филимонов В. С., Апонасенко А. Д.
   Оценка стока органического углерода и взвешенных веществ в бассейне Енисея // Водные ресурсы. — 2004. — Т. 31. — № 4. — С. 469–474.

3. Щур Л. А., Апонасенко А. Д., Лопатин В. Н., Макарская Г. В.
   Влияние минеральной взвеси на функциональные характеристики бактериопланктона и деструкцию лабильного органического вещества // Микробиология. — 2004. — Т. 73. — № 1. — С. 84-88.

4. Щур Л. А., Постникова П. В., Апонасенко А. Д., Филимонов В. С., Лопатин В. Н.
   Влияние органо-минерального детрита на биотический круговорот в пресноводных экосистемах // Тез. III съезда биофизиков России. — Воронеж. — 2004. — Т. II. — С. 745–747.

(Лаборатория биологической спектрофотометрии)

Организации-исполнители:
ИБФ СО РАН, ИВМ СО РАН

Руководитель:
чл.-корр. РАН А. Г. Дегерменджи

Исполнитель от ИВМ СО РАН:
д.ф.-м.н., проф. В. М. Белолипецкий

На основе разработанной одномерной математической модели гидрофизических процессов создана компьютерная модель вертикальной структуры стратифицированного непроточного водоема. В данной модели осуществлено согласование моделей гидрофизики и экосистемы водоема. Разработаны численный алгоритм решения уравнений турбулентно-стратифицированных течений несжимаемой жидкости (на основе метода расщепления) и компьютерная программа на языке с использованием специально разработанной библиотеки классов. Построены аналитические решения для отладки алгоритма расщепления. Использовались простые параметризации для определения коэффициентов вертикального турбулентного обмена и напряжения ветра. Разработанный численный алгоритм без существенных изменений адаптируется для гидростатического приближения.

Выполнены расчеты двумерных в вертикальной плоскости течений в соленых озерах Шира и Шунет, которые показали, что в движение вовлекаются в основном верхние слои воды. Численные эксперименты позволили оценить влияния геометрии водоема, силы ветра и стратификации на горизонтальные и вертикальные распределения гидрофизичес-ких параметров.

Разработана одномерная математическая модель теплового и солевого годовых режимов непроточных водоемов. Выполнена настройка данной модели на озера Шира и Шунет. В частности, рассчитаны толщины льда в зимний период. Расчетные данные хорошо согласуются с натурными.

Основные публикации:

1. Белолипецкий П. В., Генова С. Н., Грицко В. В.
   Компьютерная модель вертикальной структуры водоема // Вычислительные технологии. — 2004. — Т. 9. — Вестник КазНУ им. аль-Фараби. Сер. Математика, механика, информатика №3 (42). — (Совм. выпуск. Ч. 1). — С. 289–294.

2. Белолипецкий П. В.
   Численное моделирование ветровых течений в стратифицированных водоемах методом конечных элементов // Тр. VI конф. «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей». — Москва. — С. 26-29.

(Отдел вычислительных моделей в гидрофизике)

Организации-исполнители:
ИБФ СО РАН, ИВМ СО РАН, КрасГУ

Руководитель:
ак. РАН Е. А. Ваганов, проф. В. А. Кратасюк

Исполнитель от ИВМ СО РАН:
к.ф.-м.н. О. Э. Якубайлик

На базе созданного в рамках программы ФЦП «Интеграция» Научно-образовательного центра «Исследовательская кафедра биофизики» ведется подготовка студентов, исследования по экологической информатике. Основные результаты ИВМ СО РАН связаны с развитием методов геоинформационного анализа пространственной информации, экологической информатики, Интернет-технологий.

Выполнение проекта ведется поэтапно, с использованием различных подходов и методик, технологий и инструментальных программных средств; работы выполняются проектными коллективами с участием студентов и аспирантов. В результате проведения исследований создано более 10-ти Интернет-ресурсов в области экологической информатики, которые используются при подготовке биофизиков. Навигационная система по указанным Интернет-ресурсам размещена по адресу http://info.krasn.ru/.

Основное внимание в 2004 году было уделено созданию информационно-аналитического Интернет-портала Государственного природного биосферного заповедника «Центральносибирский» (доступен по адресу http://www.centralsib.ru/). Он обеспечивает ведение и оперативное обновление банка данных о заповеднике. Созданная система в настоящее время наполняется сведениями об источниках антропогенного воздействия на окружающую природную среду, данными о животном и растительном мире, подробной информацией о лесоустройстве, и т.д. Развиваются средства для оценки и анализа природно-ресурсного потенциала и экологической ситуации заданной территории с использованием методов пространственного анализа, прогнозирования экологической ситуации, создания производных цифровых тематических карт на основе семантических характеристик объектов и, в частности, статистической информации; интеграции с другими системами.

Основные публикации:

1. Иванова Ю. Д., Хлебопрос Р. Г., Якубайлик О. Э.
   Эколого-информационные технологии: анализ пространственной информации с помощью канонических корреляций. (Электронный экологический атлас г. Красноярска) // Инженерная экология. — 2004. — № 2. — С. 35-40.

2. Глазырин В. В., Тикунов В. С., Якубайлик О. Э.
   Технологии искусственного интеллекта и экспертные системы // Учеб. пособие «Основы геоинформатики» — М.: ИЦ «Академия». — 2004. — C. 238–254.

3. Замай C. C., Охонин В. А., Якубайлик О. Э.
   Нейронные сети и ГИС // Учеб. пособие «Основы геоинформатики» — М.: ИЦ «Академия». — 2004. — C. 255–266.

4. Харук В. И., Щербинина И. С., Якубайлик О. Э., Касишке Э.
   Гари о. Сахалин: анализ пространственного распределения на основе ГИС-технологий // Лесоведение. — 2004. — № 5. — С. 66-72.

5. Якубайлик О. Э.
   Методы и приемы пространственного анализа в геоинформационных системах // Учеб. пособие для студ. специальности 071929 — «Геоинформационные системы». — Красноярск: ИПЦ КГТУ. — 2004. — 140 с.

(Отдел вычислительной физики)