В Институте оптики атмосферы СО РАН накоплены данные по измерениям параметров атмосферы [1-4], создана зональная и региональные модели статистических характеристик атмосферы [5], систематизированы данные по коэффициентам скоростей атмосферных химических реакций. В данной работе описана организация этих данных и их представление в Интернете и интранете Института.

Организация данных в Институте претерпела несколько этапов - от хранения данных на бумаге, переноса их в файлы до использования СУБД. В настоящее время большая часть данных существует в электронном виде, в разных форматах и для их систематизации используются СУБД, работающие в разных операционных средах. Была поставлена задача унификации данных, использования единой СУБД и представления данных на основе технологий открывающих доступ к этим данным широкому кругу пользователей (в том числе и авторизованых пользователей).

Экономические реальности заставили ограничиться использованием СУБД `MySQL. Представление данных было организовано средствами Интернет-технологий. Это позволило работать с данными напрямую в Интернете используя только браузер. Работа с научными данными потребовала двух типов представления данных: табличного и графического. Табличные средства HTML для отображения статических таблиц являются достаточно развиты, а для работы с динамическими таблицами (изменение строк и столбцов) были написаны скрипты. Типовые графические средства, имеющиеся в браузерах, недостаточны для представления научной графики, поэтому были написаны скрипты позволяющие выделять прямоугольные фрагменты графиков и двукратного увеличения (уменьшения) отображаемой картинки.

База данных по химическим реакциям в атмосфере

База данных включает в себя: множество реакций, протекающих в атмосфере, с указанием участвующих реагентов и получаемых продуктов реакций и данные для вычисления коэффициентов скоростей реакций. Данные о реагентах и продуктах необходимы для составления систем уравнений в задачах атмосферной химии. Коэффициенты скоростей определяют количественные параметры этих систем уравнений.

По входящим в реакцию реагентам и продуктам множество реакций разделено на 30 пересекающихся групп, например, кислородные, углеродные, реакции галогенов и др. Все имеющиеся реакции в зависимости от количества участвующих реагентов и физической природы происходящих процессов разделяются на четыре типа: бимолекулярные, тримолекулярные, гетерогенные и фотолизные. Аналитические зависимости для коэффициентов скоростей существуют только для бимолекулярных и тримолекулярных реакций. Несмотря на то, что зависимости, полученные разными исследователями, различаются, они могут быть приведены к общему виду:

В случае же фотолизных реакций невозможно задать зависимость коэффициента скорости в виде аналитической формулы. В этом случае коэффициент скорости определяется с помощью численного интегрирования на основе двух функциональных зависимостей - сечения поглощения и квантового выхода . Данные зависимости хранятся в базе данных в виде двумерной таблицы значений, вычисленных с определенным шагом. Определение сечения поглощения и квантового выхода происходит с помощью интерполяции по температуре и длине волны.

Информация о коэффициентах реакций в базе данных приведена в нескольких вариантах на основе публикаций из нескольких источниках. В настоящее время это - модели ACMSU, NASA, и ИОА.

Для документирования базы данных создан раздел, содержащий комментарии и списки библиографических источников, связанные с конкретными реакциями. В качестве источников рассматриваются монографии, журнальные статьи, патенты и другие публикации. Каждый тип имеет свою структуру - список авторов, заголовок, место издания и др. Организация библиографической информации предусматривает поиск по автору или заголовку издания. База данных функционирует на сервере СУБД InterBase 4 под управлением операционный системы Linux. Для ввода, модификации и просмотра информации с помощью RAD средство Borland Delphi создана клиентская пользовательская оболочка. Упрощенная модель данных приведена на рисунке 1. Внешний вид пользовательского интерфейса для работы с реакциями и библиографией приведен на рисунках 2 -3.

Рис.2 Интерфейс для работы с данными по скоростям химических реакций.

Рис.3. Интерфейс для работы с библиографией.

Вид ИВС "Атмосферная химия" при выборе реакций из базы данных представлен на рисунке.

Сайт "Модели атмосферы"

Основой сайта "Модели атмосферы" стали базы данных по зональным и региональным моделям атмосферы, а также по спектрам солнечного излучения.

База по зональным моделям атмосферы содержит параметры зональных климатических моделей молекулярной атмосферы, представленных модельными профилями высотного распределения средних значений давления - P(гПа), температуры - T(К), а также концентраций малых газовых составляющих (МГС): кислорода О2, окиси углерода - О3, воды - H2O, азота N2 и других наиболее распространённых элементов, которые построены до высоты 120 км ( с шагом 1 км до 20 км, с шагом 2,5 км до 50 км и с шагом 5 км выше этого уровня ) для различных широт и времён года.

База по региональным моделям атмосферы содержит параметры региональных климатических моделей молекулярной атмосферы, представленных модельными профилями высотного распределения средних значений и среднеквадратических отклонений давления - P(гПа), температуры - T(К) и влажности воздуха - q(г/кг), а также концентраций малых газовых составляющих (МГС): озона Р3(мПа), окиси углерода - СО, окиси азота - NO и двуокиси азота NO2, которые построены до высоты 60 км (с шагом 1 км до 30 км и 5 км выше этого уровня) для отдельных районов северного полушария.

База по спектрам солнечного излучения содержит параметры солнечного излучения в различных диапазонах длин волн излучения.

Информация представляется в табличном (рис. 5) и графическом видах (рис. 6.). Визуализация в графическом виде реализована на основе графического пакета GNUPLOT. Создан инструментарий по он-лайновому масштабированию расчетных графиков и произвольному выделению любого прямоугольного фрагмента картинки, представляемой в Интернете. Доступ к базам данных реализован на стороне WWW-сервера.

Доступ к почасовым измерениям атмосферных параметров

При осуществлении мониторинга состояния окружающей среды приборами, имеющимися в лабораториях Института Оптики Атмсферы (Аэрозольная станция Лаборатории Оптики Аэрозоля и ТОР-станция Лаборатории Оптической Погоды) происходит накопление достаточно большого количества информации. Однако вид, способ хранения и доступ к этой информации разнородны и недостоточны гибки. Вследствие этого встала проблема организации унифицированного и достаточно гибкого способа хранения и доступа к ней. Наиболее подходящим способом оказался вариант с использованием Интернет технологий для доступа к данным и клиент-серверных технологий баз данных. Такой подход практически независим от программной и аппаратной архитектуры ПК пользователя, и дает возможность сделать доступными данные широкому кругу пользователей. Сокращенный список параметров, поступающих с ТОР станции состоит из следующих пунктов:

• температура, С
• влажность, %
• скорость ветра, м/с
• СО, мг/м³
• СО₂, ррм
• О₃, мкг/м³
• NO₂
• Радиационный фон, мкрен/час
• Приземная почвенная температура, град
• Суммарная радиация, Вт/м²
• Радиационный баланс, Вт/м²
• Солнечная батарея, В
• Давление, мм.рт.ст.
• Направление ветра, град
• NO
• Максимальная скорость ветра
• Температура почвы на глубинах 320,160,120,80,40,20,10,5,2 см
• Осадки
• Суммарный аэрозоль
• И.т.д.

• коэффициент светорассеяния
• массовое содержание сажи
• концентрация аэрозольных частиц
• и.т.д.

Доступ к данным осуществляется с помощью Web браузера. Пользователю дается возможность получения суточных, недельных, месячных графиков изменения некоторых отслеживаемых параметров. Съем данных осущетсвляется один раз в час. Полноценный доступ к информации (за любой интревал времени, в табличном представлении) предоставляется только авторизованным пользователям. При реализации систем было исползовано только свободно-распространяемое программное обеспечение (ОС Linux, СУБД MySQL, Web сервер Apache, GNU C Compiler, PHP3). Внешний вид интерфейса пользователя, использующего Netscape Navigator приведен на рис.1

Заключение

Развитие информационных технологий в последнее время привело к внедрению компьютерной техники в различные сферы человеческой деятельности, что повлекло за собой переход от традиционных носителей информации к хранению её в электронном виде. Электронный способ хранения данных позволяет более эффективно и удобно организовать хранение и доступ к информации. С появлением глобальной сети Интернет, такой вид представления информации стал наиболее актуальным.

Созданные технические средства позволили систематизировать информацию о статистических моделях атмосферы, коэффициентах скорости атмосферных химических реакций и организовать доступ к почасовым измерениям атмосферных параметров проводимых в Институте. Результаты работы представлены на сайтах <Модели атмосферы> (http://model.iao.ru), <Атмосферная химия> (http://atmos.iao.ru), <Аэрозольная станция ЛОА> (http://aerosol1.iao.ru) и (http://meteo.iao.ru). Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 99-07-90104).

Литература