Математика и экология… Казалось бы, эти дисциплины совершенно никак не сводимы друг с другом. Возьмем, например, качество воздуха. Какое место тут отвести математике? Тем не менее, в нашу «цифровую эру» математическое моделирование активно завоевывает самые разные отрасли. И если уж речь зашла об «Умном городе», то без применения таких ультрасовременных подходов к решению актуальных задач обойтись совершенно невозможно (иначе какой это тогда «Умный город»?).
Как мы понимаем, вопросы экологии в современном мире играют решающую роль при определении качества жизни. И ни один город не может считаться по-настоящему современным (в сегодняшнем значении этого слова), если в нем не до конца решены экологические проблемы. Индустрия и сфера развлечений, а равно и весь набор высоких технологий ничего не значат, если горожане вынуждены дышать загрязненным воздухом. К Новосибирску это имеет не последнее отношение. Вряд ли сейчас нужно доказывать, что без улучшения экологической ситуации он с большой натяжкой может претендовать на статус современного делового, научного и культурного центра.
Затронутый здесь вопрос специально обсуждался в ходе «круглого стола» в Пресс-центре ТАСС-Новосибирск 29 июня этого года. Мероприятие было организовано департаментом промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии г. Новосибирска при участии представителей институтов СО РАН и известных в городе коммерческих структур.
Как высказался по этому поводу старший научный сотрудник Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН Алексей Пененко, «управлять качеством воздуха можно несколькими способами и в различных временных масштабах. В оперативном масштабе это может быть ограничение транспортных потоков или управление предприятиями.
В более длительной перспективе это касается размещения промышленных объектов, размещения жилых объектов и объектов социальной инфраструктуры. Однако для того, чтобы принимать такие решения, необходимо иметь количественные оценки, для чего и нужно использовать методы математического моделирования».
Как отметил ученый, в ИВМиМГ СО РАН разработана концепция, позволяющая решать достаточно широкий круг задач. Первая такая задача связана с так называемым прямым моделированием. Это когда мы знаем, где конкретно расположены источники выбросов, на основании чего пытаемся понять, в какую сторону будут распространяться загрязнения от данных источников (например, от оживленных автомагистралей или предприятий).
Вторая задача связана с так называемой оценкой чувствительности, когда оцениваются не сами источники загрязнения, а то, что попадает в зону их воздействия. Например, жилые объекты, сельхозпредприятия, объекты социального назначения (школы, больницы, детские сады).
Третий класс задач требует привлечения автоматизированных систем мониторинга. В крупных промышленных центрах, отметил Алексей Пененко, внедряются такие системы, которые на регулярной основе собирают значения концентраций химических веществ, газовых компонентов атмосферы, а также аэрозольных компонентов. Всё это предоставляется в виде баз данных. Используя подобную информацию, можно на ее основе уже принимать оперативные решения. Например, таким путем осуществляется поиск источника загрязнений.
Все только что перечисленные задачи могут решаться на общей платформе, входящей в систему «Умный город». По идее, здесь у нас появляется возможность решать достаточно широкий круг вопросов, жизненно важных для города. Например, осуществлять моделирование процессов переноса различных примесей, включая радионуклиды, для отдельных территорий. Можно проводить оценку риска и уязвимости для различных ситуаций, осуществлять районирование территорий по уровням опасности антропогенных воздействий. Также можно осуществлять обратные задачи по оценке мощности и обнаружению источников выбросов, недоступных для непосредственного наблюдения. Появится возможность оценки рисков, оценки кризисных ситуаций.
Как подчеркнул Алексей Пененко, указанные задачи связаны с существенными вычислениями, для чего необходимо привлекать соизмеримые вычислительные мощности. По его словам, на базе ИВМиМГ СО РАН уже действует суперкомпьютерный центр, позволяющий решать задачи подобного типа в определенных объемах. Так, здесь действует крупнейший за Уралом ЦКП, где общая пиковая производительность двух кластеров составляет 115 Тфлопс. Пользователями центра являются многие институты СО РАН, а также некоторые новосибирские компании.
Правда, чтобы довести производительность указанного суперкомпьютерного центра до мирового уровня, ее необходимо увеличить примерно на порядок. Хотя чисто технически это вполне достижимо. Как сказал Алексей Пененко, «специалисты центра утверждают, что его можно превратить в региональный вычислительный центр для решения указанных задач».
Понятно, что такие задачи невозможно решить без привлечения широкого круга специалистов. Разработкой алгоритмов непосредственно занимается ИВМиМГ СО РАН.Но при этом необходимо откуда-то брать данные измерений. Нужно будет привлекать к работе специалистов в области химии, физики и других наук. Очень важно подключать к такой работе и университеты. Не мене важно – наладить подготовку кадров по этому направлению.
В принципе, как отметил Алексей Пененко, налаживание взаимодействия с другими специалистами уже началось. Однако в этой связи необходимо понимать, что в данном случае речь идет не просто о научной проблеме, решение которой может осуществляться в границах академического сообщества. Проблема городской экологии напрямую затрагивает представителей городского руководства. По большому счету, у мэрии Новосибирска появляется хороший повод выступить здесь не только в роли заказчика жизненно важной инновации, но и фактически осуществить координацию между различными участниками процесса, включая ведущие институты Академгородка. В какой-то мере (оценивая текущее состояние РАН) это будет прецедент исторической важности.
Понятно, что не Академия наук должна отвечать за качество атмосферного воздуха в нашем городе. Здесь – прямая ответственность мэрии. И если разговоры о программе «Умный город» не являются для нее пустым звуком, взаимодействие с учеными и осуществление координации между ними в рамках решения экологических вопросов напрашивается само собой.
Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии