научная статья по теме БАЗА ДАННЫХ ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОГЕНЕЗА И ГЛОБАЛЬНОГО ПОЛЯ ВОДЯНОГО ПАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕКТНО-РЕЛЯЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «БАЗА ДАННЫХ ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОГЕНЕЗА И ГЛОБАЛЬНОГО ПОЛЯ ВОДЯНОГО ПАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕКТНО-РЕЛЯЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2010, № 6, с. 52-58

БАЗА ДАННЫХ ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОГЕНЕЗА И ГЛОБАЛЬНОГО ПОЛЯ ВОДЯНОГО ПАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕКТНО-РЕЛЯЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ © 2010 г. Я. Н. Шрамков*, Е. А. I Марков, И. В. Покровская, М. Д. Раев

Учреждение Российской академии наук Институт космических исследований РАН, Москва

*E-mail: cinlun23@gmail.com Поступила в редакцию 25.05.2010 г.

В работе рассматриваются преимущества объектно-реляционной технологии для проверки гипотезы о взаимосвязи интегральной концентрации водяного пара и множественного тропического циклогенеза. С помощью программного обеспечения ENVI 4.3 и Microsoft Visual Studio 2008 разработан первый вариант базы данных EVA-00 объектно-реляционного типа, которая включает в себя дистанционную спутниковую информацию за 2001 г. о двух стохастических процессах, обладающих принципиально различными пространственно-временными масштабными и структурными характеристиками. Первый процесс — тропический циклогенез — рассматривается как стохастический набор случайных событий (объектов) — тропических циклонов, и второй — как пространственное глобальное поле интегрального водяного пара со значительной пространственно-временной изменчивостью. В работе экспериментально представлена связь областей водяного пара повышенной концентрации и генезиса тропических циклонов, которая стала очевидной только при применении объектно-реляционных технологий. На основе базы данных сформирован демонстрационный анимационный ролик, наглядно демонстрирующий связь областей повышенной концентрации водяного пара и генезиса тропических циклонов.

Ключевые слова: тропические циклоны, интегральное поле водяного пара, базы данных объектно-реляционного типа

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы в проблеме дистанционного зондирования (ДЗ) Земли формируется своеобразное направление, цель которого заключается в детальном исследовании геофизических параметров окружающей среды по отношению к различным временным фазам эволюции природных катастроф. И в первую очередь это относится к природным атмосферным катастрофам, таким как тропические циклоны (ТЦ), воздействие которых приводит к значительным материальным ущербам.

Дистанционное изучение первичных форм ТЦ и окружающей их геофизической среды занимает особое место в программах дистанционного мониторинга тропических возмущений. В первую очередь надо отметить задачи прогнозирования возникновения первичных форм возмущения и последующего перехода индивидуального первичного тропического возмущения в развитую форму ТЦ, а также детального дистанционного исследования структурных, динамических и термодинамических особенностей тропического возмущения непосредственно в момент резкой интенсификации первичных форм. Впечатляю-

щим примером такой ситуации может служить резкая интенсификация тропического циклона Ка^та, повлекшая за собой большой материальный ущерб (БЬагкоу, 1998, 2000; Шарков, 1997, 2010).

Однако попытки дистанционного исследования первичных форм тропических возмущений сталкиваются с целым рядом трудностей и в первую очередь отсутствием общепризнанной физической модели этого сложного геофизческо-го явления и соответственно необходимых геофизических параметров, подлежащих измерению. Несмотря на значительные усилия исследователей по наблюдению и регистрации отдельных (и фрагментарных) оптических и ИК-изображе-ний тропических вихревых возмущений в различных фазах (см., например, (Шарков, 1997, 2006; 8Иагкоу, 1998, 2000), общепринятых дистанционных критериев "близости" геофизической среды к генерации индивидуального тропического возмущения и к кризисному моменту перехода в развитую форму пока не существует. Принципиально новым шагом в изучении дистанционных критериев генезиса ТЦ следует считать результаты комплексных многочастотных оптических и ИК спутниковых исследований эволюции оптиче-

ского образа ТЦ в поле интегрального водяного пара, при анализе которых обнаружен фундаментальный вклад малоинерционного источника энергии, за счет которого происходит формирование зрелых форм тайфунов, и горизонтального переноса водяного пара глобальной циркуляцией и джетовыми потоками для поддержания функционирования развитых форм ТЦ (Шарков, 2010; Шарков и др., 2008, 2009; Ким и др., 2009). Полученный результат для проблемы генезиса ТЦ, разумеется, достаточно принципиальный. Однако он получен при исследовании трех отдельных выборочных ТЦ. Для полновесного экспериментального доказательства этого положения необходимо исследование эволюции множественного тропического циклогенеза в поле интенсивно мигрирующего интегрального водяного пара тропической зоны земной атмосферы.

Сложность проблемы заключается в том, что необходимо провести синхронный анализ дистанционной спутниковой информации двух стохастических процессов, обладающих принципиально различными пространственно-временными масштабными и структурными характеристиками. Первый процесс — тропический циклогенез — рассматривается как стохастический набор случайных событий (объектов), а именно стохастический генезис ТЦ (8Иагкоу, 2000), а второй — как пространственное глобальное поле интегрального водяного пара со значительной пространственно-временной изменчивостью (Шарков и др., 2009). Сочленение двух указанных баз должно быть произведено на минимальном временном интервале (в данном случае на суточном временном пикселе). В случае же увеличения временного интервала сочленения двух процессов эффективность предлагаемого метода резко падает из-за конечного времени жизни тропических возмущений и высокой пространственно-временной изменчивости поля водяного пара. Попытки создания такого сорта комплексных баз данных (БД) недавно предпринимались (Покровская и др., 2004), однако полной компьютерной завершенности они не получили. Анализ методологии построения современных структур БД показал, что необходимое временное сочетание данных двух стохастических процессов возможно при использовании активно развивающейся в настоящее время объектно-реляционной технологии построения сложных комплексных БД (http://www.s-networks.ru/ index-686.htm).

Цель настоящей работы — на основе преимуществ объектно-реляционной модели построения БД сформировать первый вариант БД ЕУЛ-00 с элементами объектно-реляционной технологии, которая включает в себя дистанционную спутниковую информацию о двух упомянутых

выше стохастических процессах. На основе синхронного анализа этих стохастических полей удается показать, что образование множественного тропического циклогенеза в течение годового интервала (и в Северном и Южном полушариях) происходит в поле повышенной концентрации интегрального водяного пара. Эта взаимосвязь становиться очевидной только при применении объектно-реляционных технологий обработки спутниковой информации.

СТРУКТУРА БАЗЫ ДАННЫХ ЕУЛ-00

Мультимедийные типы данных, такие, как спутниковые изображения, разномасштабные карты, обычно обрабатываются с использованием специализированных программных средств. Однако в настоящее время появляются многие веб-приложения, которые требуют от своих серверов БД-управления (и подчас достаточно сложного характера) такими данными. Кроме того, новые программные решения для обработки стохастических быстропеременных процессов также необходимы для хранения данных. О двух таких типах данных и необходимости управления этими данными мы говорили выше. Для удовлетворения этих потребностей была выработана объектно-реляционная технология, которая обеспечивает достаточно простые методы разработки, развертывания и управления приложениями, оперирующими со сложными данными.

Сервер с объектно-реляционной технологией может быть "подогнан" разработчиками для создания их собственных специфических для области применения типов данных. Серверы с объектно-реляционной технологией были расширены для поддержки полных возможностей объектного моделирования, включая наследование и многоуровневые коллекции, а также эволюции типов данных. Все эти элементы объектного моделирования в полной мере выявляются при постановке задачи о синхронном сочетании БД стохастических процессов принципиально различного пространственно-временного вида таких, как глобальный тропический циклогенез и глобальное поле интегрального водяного пара. Сложность задачи заключается в том, что приложения этих созданных новых типов данных должны оперировать абстракциями, свойственными данной предметной области (эволюция ТЦ как стохастический набор случайных событий и эволюция пространственно-временного поля водяного пара). Весьма желательно интегрировать эти новые типы с сервером БД настолько тесно, насколько это возможно, чтобы они обрабатывались наравне со встроенными стандартными типами данных.

Блок-схема первого варианта БД ЕУЛ-00 с элементами объектно-реляционной технологии, ко-

54

ШРАМКОВ и др.

GLOBAL-TC

GLOBAL-FIELDS

Полуавтоматические утилиты (SAT)

Информация о положении циклонов в поле водяного пара

Анимация глобального и локальных полей

Детализированные фрагменты

Рис. 1. Блок-схема первого варианта базы данных EVA-00 с элементами объектно-реляционной технологии, которая включает в себя дистанционную спутниковую информацию о двух стохастических процессах. Global-TC — исходная электронная база данных глобального тропического циклогенеза. Global-fields — исходная база данных глобального радиотеплового поля, сформированная по спутниковым данным. Внизу диаграммы представлены тип продуктов базы данных EVA-00.

торая включает в себя дистанционную спутниковую информацию о двух упомянутых выше стохастических процессах, представлена на рис. 1.

БД EVA-00 использует информацию от своих предшественниц: БД GLOBAL-TC и GLOBAL-FIELDS. Первая представляет собой хранилище систематизированных дистанционных данных о глобальном тропическом циклогенезе, т.е. содержит информацию о физическом процессе, рассматриваемом на всех акваториях Мирового океана (Покровская, Шарков, 2006). Прежде всего, информация была систематизирована по отдельным регионам, в каждом из которых проведены временная и пространственная привязки, были проверены правильность и полнота сообщений, связ

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком