Модель комплексных связей в системе «Литосфера-Атмосфера-Ионосфера» прогноз землетрясений

Скачать 285.04 Kb.

Название	Модель комплексных связей в системе «Литосфера-Атмосфера-Ионосфера» прогноз землетрясений
страница	2/2
Дата публикации	09.03.2015
Размер	285.04 Kb.
Тип	Документы

100-bal.ru > География > Документы

1 2

для автоматизации обнаружения ионосферных предвестников землетрясений.

В качестве исходных данных для мониторинга ионосферной обстановки над сейсмоактивными регионами Земли целесообразно использовать: 1) данные вертикального радиозондирования ионосферы: предельная частота (foEs) и частота экранирования (fbEs) спорадического Es-слоя ионосферы, критическая частота (foF2) F2-слоя ионосферы; 2) данные приемников спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС в формате RINEX и карты глобального ПЭС IGS в формате IONEX.

Реализация проходит в несколько этапов (см. рисунок 1).
Первый этап. Загрузка исходных данных – ЗД

геомагнитной обстановки (индексы Ap, Dst) – ГД;
активности Солнца (поток радиоизлучения F10.7) – АС;
вертикального радиозондирования ионосферы – ВЗ: foEs, fbEs, foF2;
приемников спутниковых навигационных систем в формате RINEX– ГЛОНАСС-GPS;
глобального ПЭС IGS в формате IONEX – ГИК (Глобальные ионосферные карты, GIM- Global Ionosphere Maps).

Запись полученных данных производится на сервер (или жесткий диск) - ДИСК.
Второй этап. Процесс обработки исходных данных - ОД

1. Проверка качества исходных данных на разрывы и временные пропуски данных – КД.

2. Обработка исходных ионосферных данных

Восстановление значений вертикального ПЭС (TEC) производится с использованием алгоритма, разработанного L. Ciraolo [29], по данным наблюдения приемников спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС в формате RINEX.

Рисунок 1 Комплексная схема реализации методики мониторинга сейсмоопасных районов космическими средствами в реальном времени на основе модели комплексных связей в системе «Литосфера-Атмосфера-Ионосфера».

Обработка данных вертикального радиозондирования - ВЗ заключается в вычислении: средних за сутки значений предельной частоты спорадического слоя foEs_ср и коэффициента полупрозрачности ΔfbEs_ср(2), (3); относительных отклонений dfoF2 и нормализованных значений foF2*[Sigma] (4), (5).

Обработка данных вертикального ПЭС приемников GPS/ГЛОНАСС - TEC заключается в вычислении: относительных отклонений dTEC и нормализованных значений TEC*[Sigma] (6), (7).

Обработка данных глобального ПЭС IGS в формате IONEX – GIM выполняется определением dTEC_GIM и построением разностных карт глобального ПЭС.
Третий этап. Анализ ионосферных данных – АИД

1. Выполняется корреляционный анализ - КA массивов суточных значений ПЭС (или критической частоты foF2) между парой соседних приемников ГЛОНАСС-GPS (или наземных станций вертикального радиозондирования ионосферы). Корреляционный анализ используется в случае наличия не менее двух средств измерения ионосферной плазмы (приемников ГЛОНАСС/GPS или ионозондов).

2. Производится анализ массивов данных dfoF2, dTEC, foF2*[Sigma], TEC*[Sigma] с применением метода распознавания образов – соответствие «маски» ионосферного предвестника текущим изменениям в ионосфере над сейсмоактивным регионом - Mask.

3. Выполняется анализ ионосферной изменчивости над сейсмоактивным регионом. Изменчивость оценивается индексом изменчивости ионосферы – IVI (Ionosphere Variability Index). Выполняется по формулам расчет delta TEC (6).

Таким образом, в результате многопараметрической обработки ионосферных данных находятся необходимые параметры, анализ которых позволяет выделять ионосферные предвестники по присущим им признакам (Таблица 1).
Таблица 1 Признаки регистрации ионосферных предвестников ЗМТ

Результаты обработки	Признаки регистрации ионосферных предвестников
foEs_ср, DfbEs_ср,	Формирование аномальных спорадических слоев: увеличение электронной концентрации и коэффициента полупрозрачности на интервале от 14 до 3 суток до момента землетрясения и последующее резкое уменьшение значений этих параметров за 1 сутки до землетрясения.
dfoF2, dTEC, foF2[Sigma], TEC[Sigma]	Ионосферные предвестники появляются в одни и те же моменты местного времени на интервале от 14 суток до нескольких часов до землетрясения: увеличение или уменьшение значений ПЭС и критической частоты более чем на 20% (2σ). Продолжительность существования аномальных значений положительного или отрицательного знака составляет не менее 4 часов. Применение метода распознавания образов к массивам, полученных данных, позволяет выделять периоды появления ионосферных предвестников в вариациях критической частоты и вертикального ПЭС. Основные ионосферные предвестники землетрясений в регионах Греции, Италии, Турции, Северного Кавказа и Ирана появляются в определенные часы местного времени, их характеризует увеличение вертикального ПЭС, превышающее отсечку 20% по отношению к фону.
C_TEC, C_f_о_F_2,deltaTEC*	Увеличение региональной ионосферной изменчивости на интервале от 14 суток до момента землетрясения: увеличение индекса региональной изменчивости, резкое уменьшение коэффициента кросс-корреляции.
dTEC_GIM	Ионосферные аномалии являются локализованными долгоживущими образованиями ионосферной плазмы, привязанными к положению эпицентра будущего землетрясения: регистрация локализованных аномалий над сейсмоактивными регионами, значительное изменение регионального ПЭС по сравнению с глобальным ПЭС.

Четвертый этап. Синергетический подход [30] – СП к идентификации предвестника готовящегося землетрясения в рамках физической модели связей в системе Литосфера-Атмосфера-Ионосфера

Производится совместный анализ ионосферных данных – АИД, данных мониторинга атмосферы на предмет регистрации тепловых аномалий (аномалий потока уходящего длинноволнового инфракрасного излучения) – ТА, и изменения значений поправки химического потенциала – ХП (1).
Пятый этап. Принятие экспертного решения – ЭР

На заключительном этапе на основании комплексного анализа ионосферной и атмосферной обстановки экспертами (сейсмологи, геофизики и пр.) составляется прогноз грядущего землетрясения, который в дальнейшем передается заказчикам (см. рисунок 1), ответственным за борьбу с природными катастрофами в выявленном районе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДЕЛИ КОМПЛЕКСНЫХ СВЯЗЕЙ В СИСТЕМЕ «ЛИТОСФЕРА-АТМОСФЕРА-ИОНОСФЕРА» – ПРОГНОЗ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

Сейсмоиносферные предвестники проявляются во всех слоях ионосферы, при этом наиболее чувствительными данными являются критическая частота F2, предельная частота и частота экранирования Еs-слоя. Совместная обработка и анализ значений критической частоты F2-слоя, предельной частоты Es-слоя и коэффициента полупрозрачности ионосферы позволяет повысить надежность обнаружения ионосферных предвестников землетрясений.

Синергетический подход применяемый при анализе ионосферных предвестников землетрясений; ионосферная изменчивость как неотъемлемая часть системы многопараметрического мониторинга, позволяют экспериментально подтвердить правильность модели комплексных связей в системе «Литосфера-Атмосфера-Ионосфера», разработанная Пулинцом С.А. и Узуновым Д.П.

На основании практических данных подтверждена корректность методик комплексного многопараметрического анализа данных мониторинга ионосферы в части обнаружения ионосферных предвестников землетрясений.

Своевременное выявление рисков катастрофических землетрясений можно осуществить с применением системы мониторинга сейсмоопасных районов космическими средствами с использованием комплексной модели взаимосвязей геоэффективных явлений в литосфере, атмосфере и ионосфере Земли. Предложения по созданию такой системы представлены в исследовании, выполненном при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение от 21.09.2012 г. № 14.U02.21.1262. Обоснование применения методик дистанционной диагностики ионосферных аномалий сейсмогенного происхождения над сейсмоактивными регионами в реальном времени путем обработки данных наземного и спутникового вертикального радиозондирования ионосферы, данных приемников GPS/ГЛОНАСС, а также данных метеорологических наблюдений (температура и влажность воздуха) проводится с использованием комплексной модели в системе «Литосфера-Атмосфера-Ионосфера».

Применение предложенной комплексной модели в системе «Литосфера-Атмосфера-Ионосфера» на практике позволит обнаруживать сейсмические аномалии на стадии подготовки сильных землетрясений с магнитудой более 6 по шкале Рихтера для своевременного оповещения о готовящихся землетрясениях соответствующих ведомств, ответственных за борьбу с природными катастрофами, что имеет важное государственное значение.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1. Pulinets S., Ouzounov D. Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling (LAIC) model - an unified concept for earthquake precursors validation / Journal of Asian Earth Sciences, 41, 371-382, 2011.

2. Pulinets S.A. Low-Latitude Atmosphere-Ionosphere Effects Initiated by Strong Earthquakes Preparation Process / International Journal of Geophysics, vol. 2012, Article ID 131842, 14 pages, 2012. doi:10.1155/2012/131842.

3. Боярчук К.А., Карелин А.В., Широков Р.В. Базовая модель кинетики ионизированной атмосферы / М. ВНИИЭМ. 2006. 203 с. ISBN 5-903194-01-X.

4. Боярчук К.А., Карелин А.В., Надольский А.В. Cтатистический анализ зависимости поправки химического потенциала паров воды в атмосфере от удаленности эпицентра землетрясения // Вопросы электромеханики. 2010. Т.116. C. 39-45.

5. Пулинец С.А., Узунов Д., Карелин А.В., Боярчук К.А., Тертышников А.В., Юдин И. А. Единая концепция обнаружения признаков подготовки сильного землетрясения в комплексной системе Литосфера-Атмосфера-Ионосфера-Магнитосфера. // Космонавтика и ракетостроение. 2012. № 3(68). С.135-146.

6. Гохберг М.Б., Кустов А.В., Липеровский В.А., Липеровская Р.Х., Харин Е.П., Шалимов С.Л. О возмущениях в F-области ионосферы перед землетрясениями // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1988. №4. С.12-20.

7. Зеленова Т.И., Фаткуллин М.Н., Депуев В.Ч., Легенька А.Д., Ралчовски Цв., Пашова Цв., Самарджиев Т. Региональные проявления в области F2 ионосферы краткосрочных предвестников Спитакского землетрясения 7 декабря 1988 г. // Българ. геофиз. спис. 1991а. Т. 17. №1. С.55-60.

8. Зеленова Т.И., Мигулин В.В., Фаткулин М.Н., Легенька А.Д., Пашова Ц., Максименко О.И. Неустойчивость области F2 ионосферы перед Вранческим землетрясением 31 августа 1986 г. // Доклады АНСССР. 1991б. Т. 317. №3. С. 620-625.

9. Пулинец С. А., Легенька А. Д., Зеленова Т. И. Зависимость сейсмо-ионосферных вариаций в максимуме слоя F от местного времени // Геомагнетизм и аэрономия. 1998а. T.38. №3. C. 188-193.

10. Фаткуллин М.Н., Зеленова Т.И., Ралчовски Цв., Пашова Цв. Краткосрочные ионосферные предвестники землетрясений в разных регионах в F-ионосфере средних широт // Българ. геофиз. спис. 1991. Т. 17. №1. С.61-71.

11. Liperovsky V. A., Meister C.-V., Schlegel K., and Haldoupis Ch. Currents and turbulence in and near mid-latitude sporadic E-layers caused by strong acoustic impulses // Ann. Geophysicae. 1997. 15. P. 767–773.

12. Liperovsky V.A., Pokhotelov O. A., Liperovskaya E. V., Parrot M., Meister C.-V., Alimov O.A. Modification of sporadic E-Layers caused by seismic activity // Surveys in Geophysics. 2000. 21. P. 449–486.

13. Liperovskaya E.V., Pokhotelov O.A., Hobara Y., and Parrot M. Variability of sporadic E-layer semi transparency (foEs − fbEs) with magnitude and distance from earthquake epicenters to vertical sounding stations // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2003. 3. P. 279–284.

14. Silina A. S., Liperovskaya E. V., Liperovsky V. A., and Meister C.-V. Ionospheric phenomena before strong earthquakes // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2001. 1. P. 113–118.

15. Kon S., Nishihashi M., Hattori K. Ionospheric anomalies possibly associated with M≥6.0 earthquakes in the Japan area during 1998–2010: Case studies and statistical study // Journal of Asian Earth Sciences. 2011. 41. P. 410–420. DOI:10.1016/j.jseaes.2010.10.005.

16. Pulinets S.A., Gaivoronska T.B., Leyva Contreras A., Ciraolo L. Correlation analysis technique revealing ionospheric precursors of earthquakes // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2004. 4. P.697-702.

17. Bowman D.D., Ouillon G., Sammis C.G., Sornette A. Sornette D. An observation test of the critical earthquake concept // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. No. B10. P. 24359–24372.

18. Dobrovolsky I.P., Zubkov S.I., Myachkin V.I. Estimation of the size of earthquake preparation zone // Pure and Applied Geophysics. 1979.117. P. 1025-1044.

19. Pulinets S.A. Seismic activity as a source of the ionospheric variability // Adv. Space Res. 1998. V. 22. No. 6. P. 903–906.

20. Pulinets S.A., Kotsarenko A.N., Ciraolo L., Pulinets I.A. Special case of ionospheric day-to-day variability associated with earthquake preparation // Adv. Space Res. 2007. 39 (5). P. 970–977.

21. Давиденко Д.В., Пулинец С.А., Узунов Д. Обнаружение аномальных возмущений в атмосфере и ионосфере перед Култукским землетрясением 27 августа 2008 года // В печати. http://pulse1549.hut2.ru/PAPERS/Kultuk2.pdf.

22. Dobrovolsky I.P., Zubkov S.I., Myachkin V.I. Estimation of the size of earthquake preparation zone // Pure and Applied Geophysics. 1979.117. P. 1025-1044.

23. Official web-site of United States Geological Survey / http://earthquake.usgs.gov/

24. Official web-site of European Mediterranean Seismological Centre / http://www.emsc-csem.org/

25. Официальный интернет-ресурс Центральной опытно-методической экспедиции Геофизической службы Российской академии наук / http://www.ceme.gsras.ru/

26. Menvielle M. et.al. Computer production of K-indices: review and comparison of methods // Geophys.J.Int. 123. 1995. P. 866-886.

27. Lomonosov A.M., Boyarchuk K.A., Pulinets S.A. New techniques of statistical and spectral analysis of groundbased vertical sounding data to reveal ionospheric precursors // International Workshop on Seismo Electromagnetics, 2000 of NASDA, September 19-22, Program and Abstracts, University of Electro-Communications. Chofu-City. Tokyo. Japan. 2000. P. 155.

28. Liu J.Y., Chuo Y.J., Shan S.J., Tsai Y.B., Chen Y.I., Pulinets S.A., Yu S.B. Pre-earthquake ionospheric anomalies registered by continuous GPS TEC measurements // Annales Geophysicae. 2004. V. 22. P. 1585–1593.

29. Ciraolo, L. Calibration errors on experimental slant total electron content (TEC) determined with GPS / Journal of Geodesy, 81.2. 2007.

30. Pulinets S.A. The synergy of earthquake precursors // Earthquake Science. 2011. V.24. P. 535-548.

1 2

	Рабочая программа «Физическая география материков и океанов» Плановых контрольных уроков 6 1 полугодие – Литосфера, Атмосфера, Земля уникальная планета		Рабочая программа «Физическая география материков и океанов» Плановых контрольных уроков 6 1 полугодие – Литосфера, Атмосфера, Земля уникальная планета
	Рабочая программа дисциплины учение о гидросфере Профессиональный... Земли, а также целостного представления о гидросфере как об одной из оболочек Земли и ее месте и роли в сложной системе взаимодействующих...		Курс состоит из пяти разделов: что изучает география 2ч как люди открывали Землю 3ч «литосфера», «горные породы», «полезные ископаемые», «рельеф», «океан», «море», «гидросфера», «атмосфера», «погода», «биосфера»
	Примерная программа по географии составлена на основе федерального... Плановых контрольных уроков 6 1 полугодие – Литосфера, Атмосфера, Земля уникальная планета		Атмосфера планет, моделирование, мониторинг, электромагнитное излучение,... Феры, микрофизические и оптические характеристики атмосферного аэрозоля, теория переноса излучения в атмосфере, теория распространения...
	В природе встречаются 94 химических элемента. К настоящему времени... Литосфера. Кислород (O), 46,60% по весу. Открыт в 1771 г. Карлом Шееле (Швеция)		Тема: «Атмосфера. Строение атмосферы» Цель Тема и номер урока в теме: «Атмосфера. Атмосфера: строение, значение, изучение», урок №1
	Конспект образовательного мероприятия Тема и номер урока в теме: «Атмосфера. Атмосфера: строение, значение, изучение», урок №1		Конспект урока Тема урока: Атмосфера: строение, значение, изучение.... Тема и номер урока в теме: «Атмосфера. Атмосфера: строение, значение, изучение», урок №1
	Конспект урока в технологии деятельностного метода Тема и номер урока в теме: «Атмосфера. Атмосфера: строение, значение, изучение», урок №1		Сетевая модель предпрофильной подготовки и профильного обучения в... Предлагаемая муниципальная модель предполагает рассмотреть различные типовые ситуации школ в Октябрьском районе и предлагает различные...
	Я дрегля Нина студентка s-13 прочитала 150 страниц из книги «Семейная... Ют сегодня виды консультативной психологической помощи семье чрезвычайно разнообразны. В соответствии с ориентированностьюи характером...		Урок №3 по теме 2 четверти «Преобразующая сила музыки» Тема и номер урока в теме: «Атмосфера. Атмосфера: строение, значение, изучение», урок №1
	Тема урока температура воздуха (6 класс) Тема и номер урока в теме: «Атмосфера. Атмосфера: строение, значение, изучение», урок №1		Модель курса естественнонаучной дисциплины и средства реализации...

Модель комплексных связей в системе «Литосфера-Атмосфера-Ионосфера» прогноз землетрясений

Похожие: