Введение. Первый доклад IC GCGE “GEOCHANGE” без этого приложения трудно назвать завершенным

Первый доклад IC GCGE “GEOCHANGE” без этого приложения трудно назвать завершенным. Проведенный анализ динамики статистических показателей многих природных катаклизмов, геофизических и космических параметров показал тенденцию их существенного увеличения, начиная, примерно, с 1998 года. Между тем, очевидно, что основной смысл этих исследований не в формальной констатации фактов, а в возможном прогнозе событий на будущее.

Мы должны не только показать изменение динамики числа и масштабов природных катаклизмов, но также представить возможные модели дальнейшего развития событий, то есть дать долгосрочный прогноз для наиболее опасных катаклизмов Земли. В данном разделе не рассмотрены другие типы катаклизмов, но их рассмотрение планируется в последующих докладах IC GCGE.

Отношение к проблеме прогнозов природных катаклизмов может носить спорный характер, поэтому этот раздел не включен в основное содержание первого доклада IC GCGE, а приведен в качестве специального приложения 1.

Мы не пытаемся дать прогноз конкретных событий – это слишком сложная и неоднозначная проблема. Нашей целью является долгосрочное прогнозирование изменений динамики в ближайшее десятилетие глобальной сейсмической и вулканической активности и проявлений цунами. Цунами, обычно является произ­водной от сейсмической и вулканической активности, за редким исклю­че­нием, когда его причинами могут быть другие геологические процессы.

При осуществлении долгосрочных прогнозов мы опирались на общеизвестный принцип, на котором основываются долгосрочные прогнозы во всех областях науки. Основа этого принципа - чтобы заглянуть в будущее, надо хорошо изучить прошлое.

Долгосрочный прогноз динамики сейсмической активности Земли

Методология

Следуя основному принципу долгосрочного прогнозирования, нами сделана попытка изучить закономерность в изменении динамики ежемесячного числа землетрясений разной магнитуды и за различные промежутки времени.

Основной целью этих исследований является выявление закономерностей в динамике сейсмической активности Земли.

Одной из основополагающих закономерностей всех природных процессов являет­ся цикличность. Выявление объективно существующей цикличности в ди­на­мике сейсмической активности Земли является важным аспектом для долго­сроч­ного прогнозирования. Между тем, существуют специальные технологии, позволяю­щие выявлять скрытые периодичности во временных рядах различных процесс­сов. Эти технологии включают линейные и нелинейные преобразования времен­ных рядов. К линейным преобразованиям можно отнести различные виды осреднений временных рядов за различные интервалы времени. Для этой задачи нами применяется метод скользящей средней. Другой подход основывается на спектральном анализе, позволяющем выявить различные гармоники во времен­ных рядах. Если использовать оба метода без специальной технологии, можно получить ошибочный результат, так как результат сильно зависит от длины фильтра и других задаваемых параметров. Между тем, существуют специальные методы, позволяющие использовать спектральный анализ с максимально объективным результатом. Эта методика описана автором в ряде работ (Халилов Э.Н., 1987; Хаин В.Е., Халилов Э.Н., 2008; 2009).

Как показали многочисленные исследования различных авторов (Ш.Ф. Мехтиев, Э.Н. Халилов, 1987; В.Е. Хаин, Э.Н. Халилов, 2009) в вулканической и сейсмической активности выделяются циклы различных порядков от сотен миллионов лет до нескольких месяцев.

Между тем, в настоящей главе не рассматривается детальный анализ временных рядов. В данном случае мы применили только первичную обработку и тренд-анализ, позволяющий установить общую тенденцию в развитии процессов во времени путем их аппроксимации более простыми функциями (прямой, синусоидой, полиноминальным трендом, экспонентой). Нам представляется весьма интересным выявление трендов в глобальной сейсмической активности для различных промежутков времени и землетрясений различной энергии.

Исследования

На первом этапе была исследована динамика изменений ежемесячных чисел земле­трясений с M>6.5, за период с 1976 по май 2010 годы, сглаженный 11-лет­ними скользящими средними. На рис.84 приведен график изменений еже­месячного числа землетрясений с M>6.5 прямолинейный и синусоидальный тренды, отражающие динамику и цикличность в исследуемом процессе. Описываемые синусоидой циклы имеют период около 18 лет. Продолжение синусоиды с мая 2010 года по 2016 год, позволяет сделать прогноз общей динамики изменений ежемесячных чисел землетрясений. Таким образом, как следует из прогнозной части синусоиды, с 2010 по 2016 годы ожидается повышение уровня сейсмической активности.

Прямолинейный тренд также указывает на устойчивую динамику повышения ежемесячных чисел землетрясений во времени. Таким образом, прямолинейный и синусоидальный тренды, накладываясь друг на друга, усиливают суммарный эффект повышения числа землетрясений с 2010 по 2016 годы.

Рис. 84. График ежемесячного числа землетрясений с M >6,5 c 1976 по 2010 годы с прогнозом до 2016 года на основе выделения синусоидального тренда (Составил Э.Н. Халилов, 2010 г., по данным USGS)
Красным - синусоидальный тренд с прогнозным графиком сейсмической активности;
черным - график числа землетрясений, сглаженный 11- месячными скользящими средними; зеленым – прямолинейный тренд; цифры 1-17 отражают 2-3 –летние циклы сейсмической активности.

В то же время, на графике отчетливо выделяются циклы с периодами от 1,5 до 3-х лет (на графике они пронумерованы от 1 до 17-ти). Таким образом, наложив ука­занные циклы на синусоиду, мы получили прогнозный график глобальной сей­смической активности с 2010 по 2016 годы, в пределах которого выделяются два малых цикла сейсмической активности с периодами, в среднем, 2-3 года. В пер­вом цикле прогнозируется максимальное значение числа сильных землетрясений в 2011 году, в 2012 году ожидается относительное снижение активности и в 2013-2015 годах прогнозируется второй, более высокий, пик сейсмической активности, после которого ожидается снижение.

Для большей объективности исследований мы попробовали применить другой подход к долгосрочному прогнозированию глобальной сейсмической активности. На рис.85 показан график ежемесячных чисел землетрясений с M>6.5, за период с 1976 по май 2010 годы. Максимальные значения наиболее высоких пиковых зна­чений числа землетрясений выделены красными точками. Если более внима­тельно рассмотреть график, то будет заметно, что расстояния между пиковыми зна­чениями (красными точками) соответствуют периодам ранее выделенных цик­лов, в среднем, 1,5-3 года. Мы составили тренд, огибающий пиковые значе­ния, отмеченные красными точками. Как видно из рисунка, тренд, огибающий пиковые значения также описывается синусоидой с периодом около 17-18 лет.

Рис. 85. График ежемесячного числа землетрясений с M >6,5 c 1976 по 2010 годы с прогнозом до 2015 года на основе выделения синусоидального тренда (Составил Э.Н. Халилов, 2010 г., по данным USGS)
Красным - график ежемесячных значений числа землетрясений; зеленым - синусоидальный тренд, огибающий максимальные пики ежемесячных значений числа землетрясений; черным - график числа землетрясений, сглаженный 11-месячными средними; желтым – прямолинейный тренд; синим - прогнозная часть графика сейсмической активности.

Период времени с 2010 по 2015 годы также попадает на максимально высокую об­ласть огибающей синусоиды. Используя тот же принцип, суммирующий динамику прямолинейного и синусоидального трендов и циклы с периодом 2-3 года, мы полу­чили прогнозную часть графика, в которой 2011 и 2013 годы отражают мак­симальные уровни глобальной сейсмической активности Земли.

Представляет интерес осуществление долгосрочного прогноза для катаст­ро­фи­ческих землетрясений с M>8. С этой целью нами был составлен график динамики ежегодного числа сильных землетрясений с M>8 за период с 1980 по 2010 годы, рис.86. На графике показаны прямолинейный и синусоидальный тренды, описывающие общий характер динамики глобального сейсмического процесса. Прямолинейный тренд указывает на устойчивую динамику роста числа сильных землетрясений со временем. Синусоидальный тренд позволил выявить циклич­ность, с периодом 17 лет. Таким образом, период выявленных циклов для силь­ных землетрясений совпадает с периодом циклов, выявленных для землетря­сений с M>6.5, за период с 1976 по май 2010 годы. Кроме того, на графике также выявляются циклы с периодами, в среднем, 1,5-3 года, что также соответствует ранее полученным результатам.

Рис. 86. График числа землетрясений с M >8 c 1980 по 2010 годы с прогнозом до 2016 года (Составил Э.Н. Халилов, 2010 г., по данным USGS)
Синим - график ежегодного числа землетрясений; красным – синусоидальный тренд; Черным – прямолинейный тренд;зеленым - прогнозный график сейсмической активности для землетрясений с M>8.

Применяя принцип, суммирующий динамику прямолинейного и синусоидального трендов и циклы с периодом 2-3 года, мы получили прогнозную часть графика (показано зеленым), в которой 2011 и 2013 годы отражают максимальные уровни глобальной сейсмической активности Земли с относительным минимумом в 2012 году. В 2016 году прогнозируется существенное снижение сейсмической актив­ности.

Исследуем динамику катастрофических землетрясений с M>8 за период с 1900 года по май 2010 года с целью долгосрочного прогнозирования, рис. 87.

Рис. 87. График числа землетрясений с M >8 c 1900 по 2010 годы с прогнозом до 2016 года (Составил Э.Н. Халилов, 2010 г., по данным USGS)
Синим - график ежегодного числа землетрясений; красным - синусоидальный тренд; черным - кривая, огибающая максимальные значения графика числа землетрясений; голубым – прямолинейный тренд; зеленым - прогнозный график сейсмической активности для землетрясений с M>8.

Как и в предыдущих случаях, в данном процессе график аппроксимирован пря­мо­линейным (голубым) и синусоидальным (красным) трендами, рис. 87. Прямолинейный тренд отражает устойчивую динамику увеличения числа катастрофических зем­ле­трясений во времени. Синусоидальные тренд позволил выявить более крупные циклы сейсмической активности с периодом 75-лет (1905-1980). Максимум очеред­ного цикла глобальной сейсмической активности приходится на период 2011-2015 годы. На графике также отчетливо проявились циклы с периодом, в сред­нем, 2-3 года. Суммируя динамику прямолинейного и синусоидального трен­дов и циклов с периодом 2-3 года, получаем прогнозную часть графика (зеленым) с максимумами в 2011 и 2013 годах и относительным минимумом, в 2012 году.

Еще одним показателем, как отмечалось выше, могут быть пиковые значения наи­более высоких циклов сейсмической активности, показанные на графике крас­ными точками. Наиболее эффективно распределение пиковых значений описы­вает­ся параболическим трендом, показанным на графике черным цветом. Пара­бо­ли­ческий тренд позволил нам определить примерные амплитуды прог­но­зи­руе­мых циклов сейсмической активности с максимумами в 2011 и 2013 годах.

---

Дата добавления: 2015-07-25