Современные информационные технологии для работы с данными загрязнения атмосферы дистанционного зондирования Земли Цель курса: приобрести студентам практические навыки работы с новой системой Climate Wikience, средой анализа R, доступными на сегодняшний день данными дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), научиться решать актуальные задачи в области экологической безопасности на основе полученных знаний. Темы курса. Курс будет проводиться в виде тренинга (лекция, во время которой отводятся промежутки для выполнения практических работ), 1 час = 45 минут. Студентам во время тренинга желательно иметь при себе ноутбуки. № Темы блоков лекций и практических занятий Часов 1. Введение в данные ДЗЗ. Дистанционное зондирование (спектральная подпись веществ, космические аппараты и радиометры), современные продукты ДЗЗ (перечень, уровни обработки, форматы, структура, логическое 5 представление), характер данных ДЗЗ (измеряемое пространство, единицы измерения, причины отсутствия значений, время измерения, погрешность измерений). 2. Система Climate Wikience. Основные возможности пользовательского графического интерфейса. Способы трехмерной визуализации данных ДЗЗ. 4 Навигация в данных ДЗЗ и их исследование в Climate Wikience. 3. Среда анализа данных R. Настройка среды. Введение в язык R. Типы данных и методы в R для работы с данными ДЗЗ. Подключение к Climate Wikience, 4 извлечение карт и временных рядов данных ДЗЗ. 4. Данные повторного анализа (ПА). Назначение данных, структура, перечень продуктов и показателей. Существующие повторные анализы, их отличия и 4 особенности. Отображение данных ПА в Climate Wikience и R. 5. Данные ДЗЗ о загрязнении атмосферы (SO2, O3, NO2, СО, СO2, оптическая толщина аэрозоля). Характеристики, особенности данных, отличия, «подводные камни», сферы применения, ограничения. Диоксид серы (SO2), 3 озон (O3), диоксид азота (NO2), оксид углерода (СО), диоксид углерода (СO2), оптическая толщина аэрозоля (ОТА). 6. Работа с пространственными данными ДЗЗ. Вырезка области по границе государства/региона, отображение карты в заданной цветовой схеме, вывод 2 границ государств/регионов. 7. Работа с временными рядами (ВР) данных ДЗЗ. Новый метод представления данных ДЗЗ в виде временных рядов. Получение ВР для одной ячейки, проход по всем ВР из замкнутого полигона. Агрегация ВР, наглядные 4 способы отображения ВР (напр., график, календарь, диаграмма Тьюки). Построение розы ветров по данным ПА. 8. Практическое применение данных ДЗЗ: построение зависимостей концентрации загрязняющего вещества по данным ДЗЗ от скорости и направления ветра по данным ПА. Использование при исследовании 1 распространения загрязнения диоксидом серы (SO2) выбросов теплоэлектростанций. 9. Практическое применение данных ДЗЗ: анализ состояния атмосферы во время торфяных пожаров в России в 2010 году. Масштабы катастрофы, обширность распространения вредных веществ, исследование 2 трансграничных переносов по данным ДЗЗ и ПА, построение карт загрязнения и диаграмм. 10. Практическое применение данных ДЗЗ: анализ динамики загрязнения 2 атмосферного воздуха городов Европы аэрозолем за последние 12 лет. Извлечение ВР ОТА над городом. Декомпозиция ВР на сезонную (периодическую) составляющую и тренд. 11. Кросс-валидация данных ДЗЗ. Анализ корреляции данных ДЗЗ показаний концентрации озона (O3) по данным различных радиометров, установленных на различных космических аппаратах. Наглядные способы построения корреляционных зависимостей. 12. Практическое применение данных ДЗЗ: определение рисков загрязнения атмосферного воздуха для обширных территорий. Сравнительная оценка загрязнения атмосферного воздуха стран Европы на основе данных ДЗЗ. 13. Практическое применение данных ДЗЗ: глобальный анализ динамики концентрации диоксида углерода (СO2). Скорость роста концентрации СO2 в зависимости от географической зоны. Построение карты глобального распределения СO2, учитывая динамику за последние 7 лет. Суммарное количество часов (лекции и практика) 1 4 1 37 Некоторые руководства по работе с Climate Wikience уже записаны на видео и находятся в открытом доступе по адресу https://www.youtube.com/user/Wikience/videos. Студентам во время курса будут выданы вспомогательные материалы в виде научных статей, файлов данных ДЗЗ, программных кодов на языке R. На ноутбук необходимо будет установить Climate Wikience, среду R и IDE RStudio; на ноутбуке необходимо иметь версию Windows XP/7 и свободное место минимум 2 ГБ. Для ноутбуков студентов необходимо обеспечить скоростной доступ в Интернет. Курс рассчитан на студентов, работающих в областях, смежных с информационными технологиями, экологической безопасностью и глобальными исследованиями. Новая система Climate Wikience (www.wikience.org) является уникальным инструментом, реализующим полный производственный цикл работы с данными ДЗЗ. Разработана в Донецком национальном техническом университете (ДонНТУ, Украина), разработка поддержана грантом Фонда гражданских исследований и развития США (CRDF Global), грант № UKM1-2973-DO-09, 77 тыс. долл. США, 2011–2013 гг. Серверная часть системы работает на высокопроизводительном компьютерном кластере ДонНТУ. Среда анализа данных R содержит сегодня более 5000 аналитических пакетов, бесплатна и имеет высокую популярность среди исследователей Европы и США как мощный и доступный инструмент. Все данные Climate Wikience доступны напрямую из среды R, что дает возможность воспользоваться всеми пакетами и преимуществами среды R. Автор предложенных лекций является архитектором Climate Wikience и ответственным исполнителем проекта. Таким образом, студенты получат возможность наиболее детального и точного ознакомления с Climate Wikience.