Способ определения повышенной сейсмической активности
Владельцы патента RU 2633646:
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") (RU)
Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для определения повышенной сейсмической активности. Сущность: регистрируют тепловые аномалии земной поверхности и атмосферы пассивным СВЧ-радиометром, установленным на борту космического аппарата. Проводят наземную обработку полученных данных, включающую предварительную обработку и тематическую обработку. Предварительная обработка данных включает калибровку и географическую привязку данных, содержащих радиояркостные температуры. Тематическая обработка данных включает следующие операции: определение в момент измерения температуры поверхности скорости и направления приповерхностного ветра, вертикальных профилей влажности и температуры атмосферы, а также интегральной влажности; определение температур поверхности и атмосферы с учётом гидрометеорологических параметров; вынесение заключения о повышении сейсмической активности в исследуемом районе по превышению разности полученных и среднеклиматических температур поверхности и атмосферы порогового значения. Причем пороговое значение температур выявляют на основе многолетнего анализа вариаций, проведенного с учетом сезонных особенностей для каждого отдельно взятого сейсмоактивного района. Технический результат: повышение точности выявления зоны повышенной сейсмической активности. 1 ил.
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в системах космического мониторинга для предсказания землетрясений.
Использование в настоящее время методов регистрации явлений, сопровождающих повышенную сейсмическую активность, обусловлено необходимостью учета мозаичного характера проявления предвестников, распространением их на больших площадях и проявлением с короткими временными интервалами, что в свою очередь требует оперативного измерения их параметров на больших площадях. Этим условиям удовлетворяют способы дистанционного зондирования земной поверхности с применением бортовой аппаратуры космических аппаратов, являющегося наиболее эффективным инструментом регистрации на земной поверхности предвестников сейсмической активности, в частности тепловых аномалий.
Известна [1, 2] установленная на количественном уровне статистически значимая связь землетрясений с тепловыми аномалиями земной поверхности, что позволяет сделать следующие выводы:
- тепловые аномалии, возникающие над зонами крупных разломов, сопровождают только коровые землетрясения с магнитудой более 6 и на расстоянии до 500 км от эпицентра, развивающиеся за 1-2 недели до толчка и продолжающиеся несколько дней после них;
- размеры тепловой аномалии составляет до 200 км в длину и до 75 км в ширину, а их площадь достигает 20…50 тыс. км2;
- амплитуда тепловой аномалии составляет от 2 до 10°C.
Основной проблемой тепловой космической съемки земной поверхности в инфракрасном спектральном диапазоне является зависимость обнаружения тепловых аномалий как от времени суток, так и от маскирующих полезный сигнал метеорологических процессов, например состояния облачности. Достижению всепогодности и непрерывности выявления тепловых аномалий на земной поверхности в наибольшей мере отвечает применение СВЧ-радиометров, устанавливаемых на борту космических аппаратов.
Известен способ определения места и времени землетрясения с борта космического аппарата [3], основанный на регистрации низкочастотного электромагнитного излучения, в момент превышения которого над фоновым уровнем дополнительно сканируют участки земной поверхности в рентгеновском спектре, по результатам которого уточняют местоположения землетрясения.
Недостатком названного способа является то, что источниками регистрируемого рентгеновского излучения являются не только тектонические разломы, но и результаты антропогенной деятельности, что может привести к выявлению ложной информации.
Известен способ определения места и времени землетрясения с борта космического аппарата [4], основанный на регистрации низкочастотного электромагнитного излучения, в момент превышения которого над фоновым уровнем дополнительно сканируют участки земной поверхности в ультрафиолетовом спектре, по результатам которого уточняют местоположения землетрясения.
Недостатком названного способа является: поток регистрируемого на борту КА ультрафиолетового излучения от земной поверхности зависит от времени суток и метеоусловий, что ограничивает область применения способа.
Известен способ прогноза землетрясений [5], основанный на получении широкоугольной телекамерой, установленной на поворотной платформе на летательном аппарате, изображения подстилающей поверхности сейсмоопасной территории в виде зависимости амплитуды уходящего потока инфракрасного излучения от пространственных координат с последующим выделением контуров на изображении и идентификацией очаговых зон с целью определения параметров ожидаемого землетрясения по расчетным характеристикам матриц и динамике их изменения.
Недостатком названного способа является: ограничение его применения облачностью не выше 2 баллов в период после заката и до восхода солнца.
Известен способ прогнозирования землетрясений [6], основанный на получении изображения подстилающей поверхности в виде зависимости амплитуды сигнала собственного излучения от пространственных координат по каналам приема с антенной линейной поляризации.
Недостатком указанного способа является: отсутствие учета гидрометеорологических факторов, вносящих существенные искажения в излучение подстилающей поверхности, а следовательно, и в регистрируемый на борту космического аппарата сигнал.
Технический результат заявляемого способа – обеспечение точности прогноза землетрясений за счет учета гидрометеорологических параметров в процессе обработки данных – предвестников землетрясений и внесения соответствующих поправок сейсмогенной тепловой аномалии.
Технический результат достигается посредством проведения космической съемки земной поверхности установленным на космическом аппарате пассивным СВЧ-радиометром, совмещающим функции сканера, влажностного и температурного зондировщика, с последующей автоматизированной обработкой полученных данных в наземных условиях.
Алгоритм реализации заявляемого способа представлен на фиг.1.
Принятые наземным сегментом обработки данные от бортового СВЧ-радиометра (1) подвергаются предварительной обработке, заключающейся в проведении калибровки (2) и географической привязки (3) сформированного изображения подстилающей поверхности. Результаты предварительной обработки сохраняются в базе первичных данных (4). Прошедшие предварительную обработку данные подвергаются тематической обработке, выполняемой в два этапа: на первом этапе выполняется определение гидрометеорологических параметров (5), а именно скорости и направления приповерхностного ветра, определяются вертикальные профили влажности и температуры атмосферы, а также рассчитывается интегральная влажность. Рассчитанные значения скорости и направления приповерхностного ветра позволяют внести поправки на географическое положение сейсмогенной тепловой аномалии, которая может быть смещена относительно района предполагаемого эпицентра надвигающегося землетрясения. Использование указанных выше измеряемых параметров позволяет уточнить значение температуры атмосферы, используя уравнение состояния влажного воздуха [7]:
, (1)
где ρ – плотность воздуха;
- азовая постоянная, нормированная на молекулярный вес воздуха;
- температура.
На втором этапе выполняется определение температур поверхности и атмосферы с учетом гидрометеорологических параметров путем внесения поправок (6). Для выявления аномалии используются данные из базы данных статистических сигнатур сейсмогенного сигнала (7), откуда извлекаются наблюдения, предшествующие времени текущей съемки за периоды Т = {1, 2, 3, 5, 7, 10, 15, 30} 
суток. На их основе путем осреднения для каждого пиксела с учетом его географических координат 
рассчитываются климатические значения показателя температуры поверхности и атмосферы 
согласно выражению:
,(2)
где – широта и долгота соответственно;
Tn – число суток для интервала осреднения;
t – порядковый номер суток на интервале наблюдения.
Затем климатические значения за разные временные интервалы сравниваются с текущим значением:
(3)
В случае если 
на величину k, выносится суждение об аномальном повышении температуры с географическими координатами 
, свидетельствующее о росте сейсмической активности в исследуемом районе. При этом пороговое значение k, по величине которого судят о росте сейсмической активности, определяется на основе многолетнего анализа вариаций температуры земной поверхности и атмосферы с учетом сезонных особенностей для каждого отдельно взятого сейсмоактивного региона.
Выявленные значения сейсмогенного сигнала сохраняются в базу данных (7) для дальнейшего уточнения статистических сигнатур сейсмогенного сигнала и формируют информационный продукт (8). Конечный информационный продукт (8) передается на архивацию (9) с последующим занесением в базу данных (10) для хранения и предоставляется заинтересованным потребителям (11).
Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность прогноза землетрясений за счет учета гидрометеорологических параметров в процессе обработки данных – предвестников землетрясений и внесения соответствующих поправок сейсмогенной тепловой аномалии.
Литература
1. Тронин А.А. Возможность применения космической тепловой съёмки для исследования землетрясений. Исследования земли из космоса. № 4, 2005, с. 86-96.
2. Тронин А.А. Космическая тепловая съёмка при исследовании сейсмической активности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. ООО «Адмирал», СПб. 2010.
3. Способ определения места и времени землетрясения с борта космического аппарата. Описание изобретения к патенту RU 2045086.
4. Способ определения места и времени землетрясения с борта космического аппарата. Описание патента к изобретению RU 2045087.
5. Способ прогноза землетрясений. Описание патента к изобретению RU 2298818.
6. Способ прогнозирования землетрясений. Описание патента к изобретению RU 2262125.
7. Трухин В.И., Показеев К.В., Куницын В.Е. Общая и экологическая геофизика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 576 с.
Способ определения повышенной сейсмической активности, основанный на выявлении тепловых аномалий земной поверхности и атмосферы путем проведения измерений пассивным СВЧ-радиометром, установленным на борту космического аппарата, и последующей наземной обработке данных, отличающийся тем, что в процессе наземной обработки данных проводят:
предварительную обработку данных, включающую калибровку и географическую привязку данных, содержащих радиояркостные температуры;
тематическую обработку данных, включающую:
определение в момент измерения температуры поверхности гидрометеорологических параметров, а именно скорости и направления приповерхностного ветра, вертикальных профилей влажности и температуры атмосферы, а также интегральной влажности;
определение температур поверхности и атмосферы с учетом гидрометеорологических параметров;
сравнение полученных значений температур поверхности и атмосферы со среднеклиматическими значениями, характерными для исследуемого района;
вынесение заключения о повышении сейсмической активности в исследуемом районе по разности полученных и среднеклиматических температур поверхности и атмосферы, превышающих пороговое значение, определенное на основе многолетнего анализа вариаций с учетом сезонных особенностей для каждого отдельно взятого сейсмоактивного региона.
