УДК 37.15.29+21.23:614.8
К ПРОБЛЕМЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ ЧС
ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Э.Г. Мирмович, к.ф.-м.н., доцент
Академия гражданской защиты МЧС России
В прогнозировании потенциальных источников чрезвычайных ситуаций (ЧС) приоритетным параметром является заблаговременность, которая должна быть больше времени реакции системы управления и защиты. В связи с этим электромагнитным информационным сигналам, распространяющимся от потенциального источника ЧС с максимально возможной скоростью, должно уделяться особое внимание. Этот тезис обосновывается на примере реакции сверхдлинных радиоволн (СДВ) на электростатические эффекты в зоне сейсмической разрядки и будущего эпицентра землетрясения по вариациям фазы радионавигационной системы (РНС) “Омега”.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ПРОГНОЗ, ПРЕДИКТОРЫ, ПРЕДИКТАНТЫ, ЗАБЛАГОВРЕМЕННОСТЬ, ДИАГНОСТИКА, РАДИОВОЛНЫ, ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ, ПРЕДВЕСТНИКИ
ABOUT PROBLEM OF THE FORECASTING OF THE GEOPHISICAL ORIGIN
EXCEEDING SITUATION SOURCES
E.G. Mirmovich
In forecasting of the potential sources exceeding situation priority by parameter is earliness, which must be more time to reactions managerial system and protection. In this connection electromagnetic information signal, spreading from potential source disasters with greatly possible by velocity, must be spared emphases. This thesis is motivated on example of the reactions very long length radio waves on electrostatic effects in zone of the seismic discharge and future epicenter of the earthquake on variations of the phase radio navigation systems "Omega" on route, crossing Philippine, Kuril-Japanese and Sakhalin’s fragments Pacific seismofocal’s zones, and given about earthquake with magnitude M ³ 5.0 in these region for period 1982-1984.
KEYWORD: FORECAST, PREDICTIONS, PREDICTANCE, EARLINESS, DIAGNOSTICS, RADIOWAVES, EARTHQUAKES, HARBINGERS
1. Прогнозирование параметров источника ЧС как научно-практическая задача
Несмотря на то, что обсуждаемой проблеме посвящено огромное число работ, часть из которых [1-12] ниже цитируется по мере необходимости, в том числе и работы автора данной статьи [1-4, 11, 12], публикация данной статьи вызвана продолжающимися в научной и «околонаучной» литературе «сенсационными» сообщениями о том, например, что надповерхностный атмосферный взрыв небольшой атомной бомбы в Нагасаки вызвал интенсивное землетрясение в Чили, что обнаруженные эффекты торможения спутников над эпицентрами землетрясений могут быть использованы в краткосрочном и оперативном мониторинге и прогнозе геофизических ЧС, что в ионосфере в области F на высоте 200-250 км перед землетрясениями возникает т.н. «затишье», подобное аналогичному сейсмическому эффекту [8] и мн. др. Как указывается в работе [12], неоднозначна связь даже между солнечной и геомагнитной активностью из-за огромного диапазона переменных эффектов запаздывания между первичным солнечным событием и различными его реальными геофизическими и гипотетическими социальными эффектами. В настоящей работе представлены и обсуждаются результаты исследований автора и других учёных, включая диссертационную работу, выполненную под его научным руководством [4].
Прикладное значение науки обеспечивается фундаментальной триадой: диагностика-исследование-прогноз [1, 2], предваряющей внедрение научных знаний в практику безопасной жизнедеятельности и разработку новых технологий.
Диагностика – это информационная технология, включающая получение (измерение, накопление и обработка) данных наблюдений, осуществление классификации и стандартизации параметров объекта или процесса посредством измерительно-распознавательного аппаратно-программного комплекса. Она характеризуется своим научным аппаратом, представляющим неоднозначное переплетение т.н. прямых и обратных задач. В математический аппарат данной технологии входят статистические методы первичной обработки данных (построение непрерывных эмпирических функций распределения, гармонический и спектральный, корреляционный и автокорреляционный анализ, преобразования Фурье и др.), системы накопления и управления базами данных, их классификация и методы распознавания объектов [3]. Кстати сказать, планово-регулярную (программируемую) диагностику параметров часто называют мониторингом.
Под термином исследования понимается, прежде всего, информационный комплекс моделирования, включающий в себя создание соответствующего рамкам задачи адекватного образа объекта и его имитационного функционирования, которые заключаются в сокращении характерного времени процесса за счет большей скорости взаимодействия между отдельными элементами системы, пренебрежения менее существенными деталями, а также снижения размерности моделируемого объекта как минимум на единицу, а лучше всего – сведение к линейной или плоской задаче. Многолетние споры по классификации моделей можно разрешить следующим альтернативным делением: либо детерминированные (причинно-следственные) и статистические (корреляционно-вероятностные), либо теоретические (использование фундаментальных констант и уравнений) и эмпирические (на основе реально измеренных данных).
Прогнозирование (предсказание, предвычисление), продукцией которого являются прогнозы, имеет следующие параметры: входные, задаваемые (предикторы) – дискретность (интервал), период и место действия; выходные (предиктанты) – интенсивность и время наступления события. Все эти параметры могут меняться местами: какой-то предиктант может быть задан как предиктор и, наоборот, в зависимости от наличия ресурсов. Точность, достоверность, заблаговременность, например, могут быть как выходными, так и входными параметрами и могут задаваться в условиях задачи. Оценочными параметрами прогноза являются также обеспеченность и оправдываемость. Среди входных параметров следует отметить предвестники – максимально достоверные предикторы.
Стало модным считать, что прогнозирование должно основываться на теории катастроф и других вероятностно-статистических механизмах. Однако на самом деле прогноз источника ЧС с максимально достижимой оправдываемостью и минимумом ложных тревог возможен лишь на основе детерминированного моделирования и обеспечивается предвестниками. Временной прогноз в профессиональном формате должен быть представлен в форме уравнений с запаздывающими и опережающими временными аргументами, в которых предиктор (или предвестник) известен в некий начальный (настоящий или предыдущий) момент времени.
На практике, конечно, почти все серьезные работающие модели являются гибридными. Основные константы и коэффициенты чаще всего являются выходной продукцией теоретических моделей, временные лаги (запаздывание для моделей, опережение для прогноза) берутся из статистического (автокорреляционного и спектрального) анализа или задаются директивно, а уравнения для конечной продукции – прогнозируемых параметров (предиктантов) составляются в детерминированном виде.
Вопрос о натурных действующих моделях и прогнозировании подлежит особому рассмотрению и играет важную роль в обеспечении безопасности жизнедеятельности (полигоны сейсмостойкости, исследовательские взрывы и пожары, испытания характеристик технических систем).
В действующей системе гражданской защиты и ликвидации последствий стихийных бедствий до последнего времени считалось, что прогнозирование чрезвычайных ситуаций – это чисто теоретическая и практически нереализуемая задача. Если не рассматривать ЧС как синергетический симбиоз первичного и вторичных источников, их поражающих факторов и возникающих рисков в зоне активной человеческой деятельности, то такая пессимистическая оценка вполне оправдана. Точность и заблаговременность прогноза большинства параметров и факта практически любого экстремального события как потенциального источника ЧС часто намного ниже характерных величин аналогичных параметров системы технической, социальной и даже индивидуальной реакции для минимизации ущерба и риска от ожидаемых последствий этого события.
Любой объект или процесс в текущий момент описывается комплексом, состоящим из n параметров, количественное i-тое значение каждого из которых детерминированным образом сформировалось за счет процессов, происходивших какое-то время Dti назад. В функциональном представлении этот промежуток времени будет играть роль запаздывающего аргумента. В то же время то, что происходит в настоящий момент, скажется на соответствующих параметрах системы тоже лишь через какой-то промежуток времени Dtj. Для упрощения понимания задачи можно условно сказать, что аргумент (t-Dti) – это моделирование, а (t+Dtj) – это прогноз.
Пусть сi – это один из таких параметров системы. Тогда реальное состояние этой системы в текущий момент времени t может быть представлено с заранее обусловленными ограничениями по точности информационной модельной функцией
С(t) = å сi(t-Dti). (1)
Если же fj(t) – это один из избранных для задачи прогнозирования предикторов, а Dtj – временной сдвиг, определяющий в модели запаздывание опасного процесса по отношению к его источнику, например, период добегания волны от планового сброса или прорыва плотины на реке Зея до Хабаровска, время распространения лесного пожара за счет вторичных источников возгорания до зоны оцениваемого риска, перемещения радиационно зараженных подземных вод до места, для которого составляется прогноз, то тогда информационная детерминированная модель прогноза будет иметь вид:
F(t) = å fj(t+Dtj). (2)
Это упрощенная, но научная постановка задачи для потенциального источника ЧС. Но как уже было сказано, существует другая временная характеристика Dt0 – время реакции системы на опасность со стороны источника. Тогда прогноз как практическая задача [1] будет представлять систему уже из двух выражений:
F(t) = åfj (t+Dtj) (2a)
Dtj ≥ Dt0
Более точно такая модель выражена формулой (3) в работе автора [4], в которой учтены не один параметр сi, а их набор.
2. Атмосферные электромагнитные эффекты сейсмического происхождения как возможные предикторы прогноза
В конце прошлого века группа известных западных сейсмологов провела сетевые дебаты, главным вопросом которых был «Является ли достоверный прогноз индивидуальных землетрясений реалистичной научной целью?» [13]. Все участники дискуссии, несмотря на значительные расхождения в частных вопросах, согласились с тем, что
1. Детерминистические предсказания отдельных землетрясений с точностью, достаточной для того, чтобы можно было предпринять высокозатратные превентивные меры эвакуационного и инженерно-защитного типа, нереальны.
2. Однако некоторые формы вероятностного прогноза текущей сейсмической опасности, основанные на физике процесса и материалах наблюдений, все же могут быть оправданы.
С другой стороны, заблаговременность прогноза ЧС сейсмического происхождения, например, афтершоки, вторичные источники и их поражающие факторы, составляет > 10-20 мин. (а иногда сутки и даже недели), что сравнимо с минимальным временем оперативной реакции системы гражданской защиты. Из такого простого рассуждения можно сделать вывод, что лучше искать предикторы меньшей надежности, но с большей заблаговременностью, чем наоборот.
Следует обратить внимание на очень перспективные исследования «подземного звука» [14], наличие фактов регистрации неких предвестниковых сигналов, распространяющихся со скоростью ~ 100 км/с, защищенные патентом [15], в котором сказано: «Создана система для мониторинга и анализа состояния земной коры. Система позволяет предсказывать время, эпицентр и величину предстоящего (наступающего) землетрясения за 1-7 суток и на расстояниях до 2000 km от точки мониторинга в зависимости от установленных значений магнитуды и глубины. Система может быть использована в системе оценки местного риска, также как и в рамках глобальной сети не только для прогноза землетрясения, но и для лучшего понимания строения и динамики Земли. Система основана на регистрации неизвестных ранее эффектов гравитационного взаимодействия Земли с Солнцем, Луной и другими планетами и явлений резонансов в колебаниях земной коры». (Ягодин А. www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?WO=2008053463 (патент wo/2008/053463) system of the prediction of the earthquake)).
Вcё же в ЧС сейсмического происхождения (как, впрочем, и во многих других) наибольшее внимание надо обращать на возможные электростатические и электромагнитные эффекты в локальной зоне процесса разрядки напряжения и формирования эпицентра будущего землетрясения. Здесь, конечно, не избежать ложных тревог, на которые должен быть заложен соответствующий ресурс в системе превентивной защиты, но заблаговременность в случае удачного прогноза оправдывает эти затраты.
3. Диагностика геофизических возмущений СДВ радиоволнами
Известно, что возмущения характеристик принимаемых СДВ-сигналов связаны с изменением параметров волновода, верхней стенкой которого служит нижняя высотная граница ионосферы (60-90 км), а его естественной нижней отражающей поверхностью является земная суша или водная среда. При этом фаза волны чутко реагирует на любые изменения интегрального содержания зарядов на всем пути ..............................................................................
..............................................................................................................................................