Тимофей Самсонов, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры картографии МГУ, рассказал о ключевых проектах и геосервисах, которые также позволяют лучше оценить климатические изменения, а также о задачах генерализации и моделирования рельефа.
— Какие сервисы и приложения вы делаете и над чем работает кафедра картографии МГУ сегодня?
— Мой основной проект в настоящее время – создание глобальной цифровой модели рельефа для мелкомасштабных карт. Сейчас идёт мощная тенденция на увеличение детализации пространственных данных, есть тренд на то, чтобы отснять всю Землю как можно подробнее. В то же время существует очень серьезный дефицит качественных пространственных данных обзорной детализации, подходящих для составления карт средних и мелких масштабов. Я работаю над алгоритмом автоматизированной генерализации цифровой модели рельефа, и через полгода, я надеюсь, можно будет пользоваться готовым продуктом. Этот проект поддерживается Российским научным фондом (19-77-00071).
На кафедре картографии – несколько крупных блоков: аэрокосмические исследования, картография и геоинформатика.
Аэрокосмические методы – это первый блок, его ведет из самых старых лабораторий на факультете, лаборатория аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики. Сейчас ею руководит Михаил Зимин, у них запущен ряд проектов по использованию аэрокосмических снимков для исследования географических процессов. Существуют четкие направления, они занимаются северной растительностью и тем, как она трансформируется при изменениях климата. Также есть тематика, связанная с изучением гидрологических процессов, прежде всего – с исследованием дельт. По Селенге был очень интересный проект по оценке стоков взвешенных наносов из Селенги в Байкал с использованием аэрокосмических данных. Также в работе присутствует тематика ледников и селей, деградации оледенений, которые изучаются по космоснимкам.
В социально-экономической географии можно назвать не так много работ, но мы сделали мелкомасштабный сервис по транспортной системе России. В проекте объединены все магистрали России: помимо транспортных систем там представлены электросети и магистральные трубопроводы. Картографированием электросетей занимается у нас Андрей Карпачевский, им собрана уникальная база данных по местоположению линий электропередач. Аналогичная уникальная база данных по нефте- и газопроводам в результате многолетних исследований получена доцентом Павлом Каргашиным. Есть дешифровочные признаки, которые позволяют определить тип опор, вольтаж ЛЭП, трассу прохождения трубопровода.
Есть геоинформационное направление, связанное с разработкой программного обеспечения, различных геопорталов и инструментов автоматизированного решения задач. За последних 5 лет мы создали большое число веб-ресурсов.
В большей части порталов, которые мы создаем, присутствует гидрометеорологическая тематика. Это и веб-атлас ресурсов волновой и ветровой энергетики прибрежных морей России, и справочная информационная система «Водный режим рек Европейской территории России», и интерактивная карта погоды и климата Московского мегаполиса, и ряд других. Все эти проекты реализуются в тесном взаимодействии с нашими коллегами – метеорологами, климатологами, океанологами, гидрологами. Они выступают не только поставщиками данных, но также и авторами самих идей, концепций создания таких ресурсов.
Один из проектов физико-географической тематики – картографическая энциклопедия рельефа. Суть его в следующем. Разработано геоморфологическое деление – обычно на карте мы видим, к примеру, Ангаро-Тунгусское плато. Но не видим, где находятся его границы! Нигде такую границу вы не найдете. Есть только линейная подпись, обычно такие подписи делаются в условном центре расположения этой природной единицы. Мы начали делать проект с коллегой еще в 2013 году, а позже, в 2017 году, нас поддержало РГО и проект был осуществлен. Мы взяли мелкомасштабные карты геоморфологического районирования СССР под редакцией С.С. Воскресенского, отсканировали их, оцифровали и привязали все эти единицы. Получился любопытный сервис, который используется и в образовательных целях. Кликаем в какую-то административную единицу, и она высвечивается, читаем о ней информацию. Здесь же дается еще и распределение высот. Это учебный проект для обеспечения учебных курсов по географии, курсов, где проводятся исследования рельефа.
Теперь по транспортной теме. Тут самое интересное – это электросеть и трубопроводный транспорт, то, чего вы нигде не найдёте. Скажем, все линии электропередач оцифрованы, и по ним даны сведения по напряжению, вольтности, по всем начальным и конечным пунктам и так далее.
— Данные по линиям электропередач предоставлял коллега. А как вы актуализировали информацию по другим транспортным объектам?
— В этом зачастую помогает аэрокосмическая информация. Обычно есть вполне надежные дешифровочные признаки. Магистральные трубопроводы, например, четко дешифрируются по вырубке – не бывает такого, чтобы трубопровод просто был закопан в землю. Многие данные брались из открытых источников.
— Вы упомянули о гидрометерологическом сервисе. Какой у него функционал?
— Наш коллега с кафедры океанологии, сотрудник Гидрометцентра и Института океанологии РАН Станислав Мысленков, разработал систему прогноза ветрового волнения в Чёрном, Азовском и Каспийском морях. Это очень важное приложение для судоводителей. Прогноз делается на трое суток вперед, и каждое утро он обновляется. Здесь есть разные характеристики, но высота значительных волн – это то, что следует принимать во внимание; есть еще длина и период волн, от них тоже многое зависит.
Прогнозы визуализируются в достаточно простой форме. Здесь нет интерактивной карты, мы
выдаем статичные изображения, которые формируются в автоматическом режиме. Например, прогноз от 13 января – это прогноз ветрового волнения в Чёрном, Азовском и Каспийском морях.
Ещё одна тема – интерактивный атлас ресурсов волновой энергии. У нас волновая энергетика, возобновляемая энергетика активно обсуждается. И, соответственно, этот проект тоже выполнялся совместно с кафедрой климатологии. Летом прошлого года он завершился. Климатологи и метеорологи произвели все необходимые расчеты, а мы разработали систему, которая позволяет все это визуализировать и представить.
— Как вы оцениваете потенциал волновой энергетики в России. Какие наши акватории подходят для этого в большей степени?
— Я не специалист по этой теме, но, насколько я понимаю, у нас в этом плане ресурсы огромные. Потенциал высокий, но есть две проблемы: дороговизна оборудования и конкурирующие источники энергии (сами понимаете, какие).
Мой коллега С.А. Мысленков обсчитывает оставшиеся характеристики по другим морям. Мы также нанесем их на карту, что позволит дополнить созданный атлас. А в реализованном сервисе есть визуализация ветровых характеристик в регулярной сетке. Мы можем оценивать не только волновой, но и ветровой потенциал. В прибрежной полосе присутствует гораздо более сильный ветер, поэтому строить там ветряки – оправданнее. В нашем сервисе есть еще калькулятор, который по любой кликнутой точке выдает запрос по многолетней выборке.
— У вас ряд публикаций по метеорологическим оценкам городской среды, по мониторингу климата Москвы. Я когда-то делал расчеты по влияниям теплогенераций на климат московского региона. Какие у вас оценки на этот счет?
— Есть созданный нами ресурс, который наглядно это показывает, и это не прогноз погоды. Информацию мы берем из официальных источников Росгидромета, ориентируемся также на данные пользовательских станций, плотность расположения которых очень высока, что позволяет с большой детализацией исследовать климатические процессы в городах. Очень хорошо видно, как город влияет на атмосферный процесс. По построенным изолиниям мы наглядно можем видеть картину в целом. И мы можем «путешествовать во времени» и смотреть, как она меняется. На восприятие температуры, на комфортность пребывания человека в окружающей среде влияет не только температура, но и ветер. Поэтому нами заданы индексы, которые позволяют все это оценить и учесть влияние ветра.
В проекте используются не только официальные данные Росгидромета, но также и данные с пользовательских метеостанций Netatmo, поэтому ключевая задача фильтрации данных – минимизировать недостоверность измерений. Задача фильтрации довольно сложна, потому что надо учитывать не только состояние на момент измерений, но и то, насколько устойчиво работала станция в последнее время, насколько сопоставимы ее измерения со станциями поблизости и так далее.
— Этот проект делался на моделях атмосферы COSMO?
— COSMO – это негидростатическая модель, которая разработана Немецкой службой погоды: там трудится международный коллектив разработчиков, это серьезная, большая разработка. В нашей стране она принята на вооружение: официальные прогнозы Гидрометцентра, которые мы слышим, делаются с помощью модели COSMO. В нашем проекте мы визуализируем не модельные значения, а фактическую погоду по метеостанциям, поэтому здесь модель COSMO не применяется.
— Вернёмся к вашей ключевой теме – мультимасштабного картирования рельефа. Те или иные алгоритмы, которые вы усовершенствовали, – расскажите о них.
— Мультимасштабными картами никого не удивить. Если вы откроете Яндекс, то найдете там разные виды подложек, там дается плоская карта без рельефа. На Google рельеф есть, но там использован самый простейший подход – способ отмывки на мелких масштабах. Все это делается автоматом, а мне хочется сделать наглядный физико-географический ресурс, где можно будет увидеть, как устроен рельеф стран на разных масштабах.
— У проекта глобальный охват?
— Да, глобальный, он будет покрывать весь мир, с Мировым океаном. Проблема в том, что недостаточно генерализовать сам рельеф, потому что когда генерализуется рельеф, то объединяются стоящие рядом холмы. Когда меняются формы поверхности рельефа, получается, что другие объекты карты – дороги, реки, населенные пункты – оказываются не на своем месте. В прошлом году я разработал метод, который позволяет согласовывать генерализованный рельеф и гидрографическую сеть. Он же позволяет и другие объекты карты совмещать с их истинным положением на генерализованной модели рельефа.
Я подгоняю рельеф под объекты гидрографии. Рельеф оказывается в подчиненном положении, потому что он один, а других слоев много – есть населенные пункты, гидрография, береговая линия, транспортные сети и так далее. Проще подгонять поверхность рельефа, чем подгонять другие слои под него.
Совместно с нашими коллегами гидрологами мы делаем еще один сервис – в нем можно проанализировать многолетние ряды данных, то есть проследить, как меняется сток, и какие-то вариации этого процесса.
— Этот тренд за какой период оформился?
— Гидрологи установили, что сток на европейской территории России после 1978 года существенно трансформировался, и эти изменения наглядно видны на графиках и статистических отчетах, доступных в сервисе. Здесь меняется структура речного стока, уменьшается объем половодий, увеличивается доля грунтового стока и так далее. Все это очень важно.
— А что касается так называемых эпизодических наводнений?
— Частота экстремальных событий увеличивается. Вся гидроклиматическая система сейчас довольно расшатанна, поэтому чаще случаются ураганы, вихри, наводнения и так далее. Частота определенно увеличилась.
— Какие территории России в этом смысле наиболее экстремальны?
— Хороший вопрос. Я боюсь ляпнуть чего-нибудь лишнего, но, скорее всего, это происходит везде, потому что это общемировая тенденция. Не только у нас происходят все эти волны засухи, жары…
— Ваши оценки относительно климата в целом – насколько антропогенное влияние является определяющим или дополняющим?
— Я не климатолог, но, насколько я понимаю, небезосновательна точка зрения о том, что антропогенное влияние усиливает глобальное потепление. То есть оно происходило бы и без человеческого вмешательства, нельзя говорить, что в нем виноват только человек. Другой вопрос, что выбросы CO2 и жизнедеятельность крупных городов и промышленных предприятий действительно усиливают эти процессы. Есть определенный вклад человека в климатические процессы, и значимость этого вклада подсчитана и опубликована в очень серьёзных статьях. Иллюстрация здесь – Аральское море, обмелевшее во второй половине ХХ века. Климатическая система реально трансформируется.