Инд. авторы:	Гордов Е.П., Окладников И.Г., Титов А.Г., Фазлиев А.З.
Заглавие:	Разработка элементов виртуальной исследовательской среды для анализа, оценки и прогнозирования последствий глобальных климатических изменений
Библ. ссылка:	Гордов Е.П., Окладников И.Г., Титов А.Г., Фазлиев А.З. Разработка элементов виртуальной исследовательской среды для анализа, оценки и прогнозирования последствий глобальных климатических изменений // Вычислительные технологии. - 2018. - Т.23. - № 4. - С.32-49. - ISSN 1560-7534. - EISSN 2313-691X.
Внешние системы:	DOI: 10.25743/ICT.2018.23.16489; РИНЦ: 35562881;
Реферат:	rus: Представлены описание и первые результаты разработки виртуальной вычислительно-информационной среды для анализа, оценки и прогноза последствий глобальных климатических изменений окружающей среды и климата в выбранном регионе. Созданная среда основана на информационных ресурсах трехслойной архитектуры. eng: Intermediate results of the project aimed at improving methods of the detailed analysis, assessment and prediction of global climate change impact on the regional environment and climate are presented. New reliable interactive tools for in-depth statistical analysis and studying climate change impact obtained in this project will provide specialists, professionals, decision-makers and stakeholders with detailed climatic information. The project addresses the development of a topical virtual research environment (VRE) for the comprehensive study of ongoing and possible future climate change. It analyses the relevant subsequent effects. Such VRE will provide full topical informational required for studying regional economic, political and social consequences of the global climate change. The ultimate goal of this work is a design of hardware and software prototype supporting the topical virtual research environment for climate and environmental monitoring and analysis of the impact of climate change on socioeconomic processes on both local and regional scales. This VRE will integrate both already known and new archives of climate data sets with software realizations of traditional and advanced methods for statistical analysis of big spatial data sets. VRE prototype will provide scientists, decision-makers and stakeholders the access to processing resources and services for interactive analysis of geographically distributed spatial data through a web browser. It will present the results of the analysis using geoinformation technologies and ensure the systematization of spatial data and associated climate information. Also, the work describes an ontological approach to this systematization, which makes it possible to compare the semantics of meteorological and climatic parameters used in different collections and applied problems.
Ключевые слова:	виртуальная исследовательская среда; большие наборы данных об окружающей среде; climate change; Virtual Research Environment; Big environmental datasets; изменения климата;
Издано:	2018
Физ. характеристика:	с.32-49
Цитирование:	1. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner (eds). N.Y.: Cambridge Univ. Press, 2013. 1535 p. 2. Taylor, K.E., Stouffer, R.J., Meehl, G.A. An overview of CMIP5 and the experiment design // Bull. Amer. Meteorolog. Soc. 2012. Vol. 93. P. 485-498. 3. Observing the Earth. Copernicus. Available at: http://www.esa.int/Our_Activities/ Observing_the_Earth/Copernicus/Overview3 (accessed 07.02.2018). 4. Ramapriyan, H.K., Behnke, J., Sofinowski, E. et al. Evolution of the Earth Observing System (EOS) Data and Information System (EOSDIS) // Standard-Based Data and Information Systems for Earth Observation. Lecture Notes in Geoinformation and Cartography / L. Di, H.K. Ramapriyan (eds). Heidelberg, Berlin, Germany: Springer, 2010. P. 63-92. 5. Kalinichenko, L., Fazliev, A., Gordov, E. et al. New Data Access Challenges for Data Intensive Research in Russia. Panel: Stimulating survey // Selected Papers of the XVII Intern. Conf. “DAMDID/RCDL 2015” / L. Kalinichenko, S. Starkov (eds). CEUR Workshop Proc., 2015. Vol. 1536. P. 215-237. 6. Вычислительно-информационные технологии мониторинга и моделирования климатических изменений и их последствий / Е.П. Гордов, В.Н. Лыкосов, В.Н. Крупчатников и др. Новосибирск: Наука, 2013. 199 c. 7. The open source standard for Information Management. Big Data Definition. Available at: http://mike2.openmethodology.org/wiki/Big_Data_Definition (accessed 07.02.2018). 8. Kusnetzky, D. What is “Big Data?”. Available at: http://www.zdnet.com/blog/virtualization/ what-is-big-data/1708 (accessed 07.02.2018) 9. Vance, A. Start-Up goes after big data with hadoop helper. New York times blog. Available at: http://bits.blogs.nytimes.com/2010/04/22/start-up-goes-after-big-data-withhadoop-helper/ (accessed 07.02.2018). 10. Калиниченко Л.А., Вольнова А.А., Гордов Е.П. и др. Проблемы доступа к данным в исследованиях с интенсивным использованием данных в России // Информатика и ее применения. 2016. Т. 10, № 1. С. 3-23. 11. Hilbert, M. Big data for development: A review of promises and challenges. Development policy review. Available at: http://www.martinhilbert.net (accessed 07.02.2018). 12. Shekhar, S. Spatial big data // Proc. AAG-NIH Symp. on Enabling a National Geospatial Cyberinfrastructure for Health Research. Minneapolis, USA, 2012. P. 25. Available at: http://www.aag.org/galleries/project-programs-files/AAG_NIH_July2012_ GeoFrontiers_Shekhar.pdf (accessed 07.02.2018). 13. Гордов Е.П., Лыкосов В.Н. Развитие информационно-вычислительной инфраструктуры для интегрированного исследования окружающей среды Сибири // Вычисл. технологии. 2012. Т. 12, спецвыпуск 2. С. 19-30. 14. Nativi, S., Ramamurthy, M., Ritschel, B. EGU-ESSI position paper. Available at: http://scert.ru/files/EGU-PositionPaper-final.pdf (accessed 07.02.2018). 15. Steiniger, S., Hunter, A.J.S. Free and open source GIS software for building a spatial data infrastructure // Geospatial Free and Open Source Software in the 21st Century. Lecture Notes in Geoinformation and Cartography / E. Bocher, M. Neteler (eds). Heidelberg, Berlin, Germany: Springer, 2012. P. 247-261. 16. Кошкарев А.В., Ряховский В.М., Серебряков В.А. Инфраструктура распределенной среды хранения, поиска и преобразования пространственных данных // Открытое образование. 2010. № 5. С. 61-73. 17. Краснопеев С.М. Опыт развертывания ключевых элементов инфраструктуры пространственных данных на базе веб-служб // Матер. XIV Всерос. объединенной конф. “Интернет и современное общество”. СПб: МПСС, 2011. С. 92-99. 18. Кошкарев А.В. Геопортал как инструмент управления пространственными данными и геосервисами // Пространственные данные. 2008. № 2. С. 6-14. 19. Якубайлик О.Э. Геоинформационный интернет-портал // Вычисл. технологии. 2007. Т. 12, спецвыпуск 3. С. 116-125. 20. Dragicevic, S., Balram, S., Lewis, J. The role of Web GIS tools in the environmental modeling and decision-making process // 4th Intern. Conf. on Integrating GIS and Environm. Modeling (GIS/EM4): Problems, Prospects and Research Needs. Banff, Alberta, Canada, 2000. P. 2-8. 21. Frans, J.M. van der Wel. Spatial data infrastructure for meteorological and climatic data // Meteorological Applications. 2005. Vol. 12, iss. 1. P. 7-8. 22. Vatsavai, R.R., Burk, T.E., Wilson, B.T., Shekhar, S. A Web-based browsing and spatial analysis system for regional natural resource analysis and mapping // Proc. of the 8th ACM Intern. Symp. on Advances in Geographic Inform. Sys. Washington, D.C., US. 2000. P. 95-101. 23. Шокин Ю.И., Федотов А.М., Жижимов О.Л. Технологии создания распределенных информационных систем для поддержки научных исследований // Вычисл. технологии. 2015. Т. 20, № 5. С. 251-274. 24. Janssen, K. The availability of spatial and environmental data in the EU. At the crossroads between public and economic interests. Kluwer Law Intern., 2010. 656 p. 25. Шокин Ю.И., Добрецов Н.Н., Мамаш Е.А. и др. Информационная система приема, обработки и доступа к спутниковым данным и ее применение для решения задач мониторинга окружающей среды // Вычисл. технологии. 2015. Т. 20, № 5. С. 157-174. 26. Blower, J.D., Gemmell, A.L., Griffiths, G.H. et al. A Web Map Service implementation for the visualization of multidimensional gridded environmental data // Environmental Modelling & Software. 2013. Vol. 47. P. 218-224. 27. Becirspahic, L., Karabegovic, A. Web portals for visualizing and searching spatial data // Proc. of the 38th Intern. Conf. “Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO)”. Opatija, Croatia, 2015. P. 305-311. 28. Gordov, E., Shiklomanov, A., Okladnikov, I., Prusevich, A., Titov, A. Development of Distributed Research Center for analysis of regional climatic and environmental changes // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sci. 2016. Vol. 48. P. 012033. 29. Frederick, S., Ramsay, C., Blades, S.C. Learning Ext JS. Birmingham, UK: Packt Publ., 2008. 299 p. 30. Candela, L., Castelli, D., Pagano, P. Virtual research environments: An overview and a research agenda // Data Sci. J. 2013. Vol. 12. P. GRDI75-GRDI81. 31. Gordov, E. P., Krupchatnikov, V.N., Okladnikov, I.G., Fazliev, A.Z. Thematic virtual research environment for analysis, evaluation and prediction of global climate change impacts on the regional environment // Proc. of the 22nd Intern. Symp. on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. Proc. of SPIE, 2016. Vol. 10035. P. 1-10. 32. De Roure, D., Jennings, N.R., Shadbolt, N.R. The semantic grid: A future e-science infrastructure // Grid Computing: Making the Global Infrastructure a Reality / F. Berman, G. Fox, T. Hey (eds). Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd., 2003. P. 437-470. 33. Li, Yuan-Fang, Kennedy, G., Ngoran, F. et al. An ontology-centric architecture for extensible scientific data management systems // Future Generation Comput. Sys. 2013. Vol. 29, iss. 2. P. 641-653. 34. Gavrilova, T., Gladkova, M. Big data structuring: The role of visual models and ontologies // Procedia Comput. Sci. 2014. Vol. 31. P. 336-343. 35. Athanasis, N., Kalabokidis, K., Vaitis, M., Soulakellis, N. Towards a semantics-based approach in the development of geographic portals // Computers & Geosciences. 2009. Vol. 35, iss. 2. P. 301-308. 36. Brodaric, B., Fox, P., McGuinness, D.L. Geoscience knowledge representation in cyberinfrastructure // Computers & Geosciences. 2009. Vol. 35, iss. 4. P. 697-699. 37. Reitsma, F., Laxton, J., Ballard, S. et al. Semantics, ontologies and eScience for the geosciences // Computers & Geosciences. 2009. Vol. 35, iss. 4. P. 706-709. 38. DiGiuseppe, N., Pouchard, L.C., Noy, N.F. SWEET ontology coverage for earth system sciences // Earth Sci. Inform. 2014. Vol. 7, iss. 4. P. 249-264. 39. Li, W., Yang, C., Nebert, D., Raskin, R. et al. Semantic-based web service discovery and chaining for building an Arctic spatial data infrastructure // Computers & Geosciences. 2011. Vol. 37, iss. 11. P. 1752-1762. 40. Барт А.А., Привезенцев А.И., Фазлиев А.З. Онтологическое описание коллекции климатических данных для системы поддержки принятия решений // Матер. Всерос. конф. с междунар. участием “Знания-Онтологии-Теории” (ЗОНТ). Новосибирск: “Дигит Про”, 2017. Т. 1. C. 47-53. 41. Gordov, E.P., Okladnikov, I.G., Titov, A.G., Fazliev, A.Z. Some aspects of development of virtual research environment for analysis of climate change consequences // Selected Papers of the XVIII Intern. Conf. “DAMDID/RCDL 2016” / L. Kalinichenko, Y. Manolopoulos, S. Kuznetsov (eds). CEUR Workshop Proc., 2016. Vol. 1752. P. 195-201. 42. Bart, A., Churuksaeva, V., Fazliev, A. et al. Ontological description of meteorological and climate data collections // Selected Papers of the XIX Intern. Conf. “DAMDID/ RCDL 2017” / L. Kalinichenko, Y. Manolopoulos, N. Skvortsov, V. Sukhomlin (eds). CEUR Workshop Proc., 2017. Vol. 2022. P. 266-272. 43. Alipova, K.A., Bart, A.A., Fazliev, A.Z. et al. Systematization of climate data in the virtual research environment on the basis of ontology approach // Proc. of the 23th Intern. Symp. on Atmosph. and Ocean Optics: Atmosph. Phys. Proc. of SPIE, 2017.Vol.10466.P.1-11. 44. Santokhee, A., Blower, J., Haines, K. Storing and manipulating gridded data in spatial databases // Reading E-science Center, Univ. of Reading. Available at: http://go-essp.gfdl.noaa.gov/presentations/06_06_05/Santokhee/Adit_Sank.ppt% 20%5BRead-Only%5D.pdf (accessed 08.02.2018). 45. Okladnikov, I.G., Gordov, E.P., Titov, A.G. Development of climate data storage and processing model // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sci. 2016. Vol. 48. P. 012030. 46. Титов А.Г., Гордов Е.П., Окладников И.Г. Разработка Веб-ГИС на основе сервисов обработки и визуализации пространственных данных для анализа и прогнозирования региональных климатических изменений // Информ. и матем. технологии в науке и управлении. 2016. № 4-2. С. 96-109. 47. Storch, H. von, Zwiers, F.W. Statistical analysis in climate research. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 1999. 484 p. 48. Кобышева Н.В., Наровлянский Г.Я. Климатологическая обработка метеорологических наблюдений. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 295 с. 49. Sillmann, J., Roeckner, E. Indices for extreme events in projections of anthropogenic climate change // Climate Change. 2008. Vol. 86. P. 83-104. 50. Shulgina, T.M., Genina, E.Yu., Gordov, E.P. Dynamics of climatic characteristics influencing vegetation in Siberia // Environ. Res. Lett. 2011. Vol. 6, No. 4. P. 045210. 51. Гордов Е.П., Окладников И.Г., Титов А.Г. и др. Геоинформационная веб-система для исследования региональных природно-климатических изменений и первые результаты ее использования // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, № 2. С. 137-143. 52. Riazanova, A.A., Voropay, N.N., Okladnikov, I.G., Gordov, E.P. Development of computational module of regional aridity for web-GIS “Climate” // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sci. 2016. Vol. 48. P. 012032. 53. Ryazanova, A.A., Voropay, N.N. Droughts and excessive moisture events in southern Siberia in the Late XXth-Early XXIst centuries // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sci. 2017. Vol. 96. P. 012015. 54. Гордова Ю.Е., Генина Е.Ю., Горбатенко В.П. и др. Поддержка образовательного процесса в области современной климатологии на основе веб-ГИС платформы “Климат” // Открытое и дистанц. образование. 2013. № 1. С. 14-19. 55. Гордова Ю.Е., Мартынова Ю.В., Шульгина Т.М. Использование вычислительноинформационной веб-ГИС для развития у студентов-климатологов навыков моделирования и мониторинга климатических изменений // Изв. Иркутского гос. ун-та. Науки о Земле. 2014. Т. 9. C. 55-68. 56. Rust, H.W. The effect of long-range dependence on modelling extremes with the generalised extreme value distribution // Europ. Phys. J. Spec. Top. 2009. Vol. 174. P. 91-97. 57. Barbosa, S.M., Scotto, M.G., Alonso, A.M. Summarizing changes in air temperature over Central Europe by quantile regression and clustering // Natural Hazards in Earth Syst. Sci. 2011. Vol. 11. P. 3227-3233. 58. Parmesan, C., Root, T.L., Willig, M.R. Impacts of extreme weather and climate on terrestrial biota // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 2000. Vol. 81, No. 3. P. 443-450. 59. IPCC, 2012: Managing the risks of extreme events and disasters to advance climate change adaptation. Special report of the intergovernmental panel on climate change / C.B. Field, V. Barros, T.F. Stocker et al. (eds). Cambridge, UK and New York, N.Y., USA: Cambridge Univ. Press, 2012. 582 p. 60. Sillmann, J., Donat, M.G., Fyfe, J.C., Zwiers, F.W. Observed and simulated temperature extremes during the recent warming hiatus // Environ. Res. Lett. 2014. Vol. 9, No. 6. P. 064023. 61. Scholzel, C., Friederichs, P. Multivariate non-normally distributed random variables in climate research - introduction to the copula approach // Nonlinear Processes in Geophys. 2008. Vol. 15, iss. 5. P. 761-772. 62. Ryazanova, A.A., Okladnikov, I.G., Gordov, E.P. Integration of modern statistical tools for the analysis of climate extremes into the web-GIS “CLIMATE” // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sci. 2017. Vol. 96. P. 0012014.