name: Развитие методов эмпирической реконструкции распределённых систем с внешними воздействиями и их приложение к исследованию динамики явления Эль-Ниньо
keyword_list: Динамические системы Эмпирическое моделирование Распределенные временные ряды Эль-Ниньо-Южное Колебание
abstract: Настоящая диссертационная работа направлена на развитие и применение методов эмпирической реконструкции динамических систем (т.е. построения моделей динамики напрямую по данным наблюдений) в наиболее общей ситуации, характерной, в частности, для климатической системы Земли, когда наблюдаемые пространственно распределенные данные представляют собой мультимасштабный процесс, протекающий в присутствии внешних воздействий (эмиссии парниковых газов и вариации солнечной активности являются типичными примерами таких воздействий в случае климата Земли). При этом отсутствует информация как о размерности оператора эволюции, лежащего в основе данных, так и об уравнениях динамики. В качестве основного объекта приложения развиваемых в настоящей диссертационной работе методов эмпирического моделирования выступает явление Эль-Ниньо-Южное Колебание (ЭНЮК), которое является наиболее существенной составляющей изменчивости климата Земли на межгодовых масштабах. Проявляясь как сильные аномалии (отклонения от среднеклиматической нормы) поверхностной температуры воды на огромной площади в центральной и восточной части экваториального Тихого океана, колебание Эль-Ниньо оказывает влияние на погодные условия по всему Земному шару. Продолжающееся последние десятилетия накопление качественных данных измерений различных климатических характеристик открывает широкие возможности как для эмпирической проверки существующих концепций динамики ЭНЮК, так и для построения прогностических моделей. Эмпирические или статистические модели становятся эффективным инструментом для внутригодового прогноза ЭНЮК; в этом отношении они могут конкурировать с динамическими моделями, основанными на уравнениях из первых принципов. Центральной проблемой, возникающей при внутригодовом прогнозе ЭНЮК как с помощью эмпирических, так и с помощью динамических моделей, является наличие так называемого весеннего барьера предсказуемости, который существенно ограничивает горизонт прогноза климатической динамики в тропическом Тихом океане. К другим актуальным вопросам, касающимся динамики ЭНЮК, которые активно исследуются эмпирическими методами, можно отнести влияние на характеристики ЭНЮК (интенсивность, локализацию и пр.) естественной декадной изменчивости климата, тренда глобального потепления, вариаций солнечной активности.  Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что  предложен универсальный подход к реконструкции динамических систем по многомерным наблюдаемым данным, основанный на построении оптимальных редуцированных стохастических моделей оператора эволюции в рамках байесова формализма решения обратных задач и с использованием методов проверки статистических гипотез на основе суррогатных данных. Возможности подхода продемонстрированы на примере построения эмпирических прогностических моделей потребительской активности населения Российской Федерации в условиях пандемии COVID-19. На основе подхода построены эмпирические модели явления Эль-Ниньо в различных диапазонах временных масштабов. Выявлены новые атмосферные и океанические предикторы, учет которых в эмпирических моделях позволяет преодолеть сезонные барьеры предсказуемости характеристик явления Эль-Ниньо и существенно улучшить качество их прогноза на внутригодовых масштабах. Впервые продемонстрировано, что межгодовые зависимости между аномалиями температуры поверхности и теплосодержания верхнего слоя тропического Тихого океана эволюционируют с течением времени и переходят от линейных в начале 20 века к нелинейным в современном климате. Практическая ценность работы обусловлена тем, что при активном участии автора диссертации была создана прогностическая модель явления Эль-Ниньо, которая в июне 2019 года была включена (под названием «IAP NN») в список ведущих мировых моделей Эль-Ниньо, прогноз которых публикуется институтом физики Земли при Колумбийском университете (США). Планируется дальнейшее усовершенствование этой модели с учетом полученных в диссертации результатов. Построенная в первой главе диссертации прогностическая модель потребительской активности населения Российской Федерации в условиях пандемии COVID-19 в настоящий момент тестируется в качестве дополнительного блока для прогноза социальной активности в агентной модели развития эпидемий, разработанной во Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики имени академика Е. И. Забабахина (ВНИИТФ). Ожидается, что такое дополнение модели ВНИИТФ позволит улучшить ее прогностические возможности. Результаты, представленные в диссертации, рекомендованы в Отчеты РАН за 2018 и 2021 годы. По теме диссертации опубликовано 33 работы, в том числе 6 статей в рецензируемых научных журналах из списка ВАК, 4 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ, 2 работы в сборниках трудов конференций и 21 тезисов и абстрактов.
chairman_dissertation_council.name: Александр
chairman_dissertation_council.surname: Литвак
chairman_dissertation_council.patronymic: Григорьевич
chairman_dissertation_council.position: научный руководитель института
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Академик
chairman_dissertation_council.wos_research_id: -
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: -
chairman_dissertation_council.url: https://ipfran.ru/training/sovet/dissertations
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Михаил
organization_supervisor.surname: Глявин
organization_supervisor.patronymic: Юрьевич
organization_supervisor.position: Заместитель директора по науке
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 37.23.31
rubrics.name: Моделирование климата. Прогноз климата
rubrics.code: 29.35.03
rubrics.name: Нелинейные колебания и волны
oecds.code: 01.03.UB
oecds.name: PHYSICS, APPLIED
speciality_codes.name: Радиофизика
speciality_codes.code: 01.04.03
supervisors.fio: Мухин Д.Н.
supervisors.scientific_degree: Кандидат физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Радиофизика
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Володин Е.М.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Физика атмосферы и гидросферы
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Смирнов Д.А.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Радиофизика
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ИПФ РАН
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК"
protection_organization.ogrn: 1025203020193
protection_organization.supervisor_name: ГРИГОРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: ДЕНИСОВ
protection_organization.supervisor_patronymic: ГЕННАДЬЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ИПФ РАН
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК"
author_organization.ogrn: 1025203020193
author_organization.supervisor_name: ГРИГОРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ДЕНИСОВ
author_organization.supervisor_patronymic: ГЕННАДЬЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения