В ПЕРИОДЫ БЛИЗКИХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ. А.Х. Аргынова, А.А

ПОИСК ОСОБЕННОСТЕЙ В ЧАСТОТНЫХ СПЕКТРАХ НЕЙТРОННОГО МОНИТОРИНГА
(КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ) В ПЕРИОДЫ БЛИЗКИХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.
А.Х. Аргынова♫, А.А. Локтионов ♫, В.В. Оскомов♪, Н.О. Садуев♪, О.А. Каликулов♪, А.С. Кусаинов♪
♫Институт
ядерной физики Национального ядерного центра Республики Казахстан, Алматы, Республика Казахстан
♪Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби, Алматы, Республика Казахстан
Введение: В последнее время все более интенсивно изучаются На верхней части рисунка дана полная картина изучаемого процесса в Благодарность: Авторы считают своим долгом поблагодарить
корреляции между локальными возмущениями геодинамической
обстановки
и
соответствующими
изменениями
состояния
ионосферы.
Физическую основу такого анализа составляет совокупность
экспериментальных и теоретических результатов, установивших
связь литосферных, ионосферных и магнитосферных явлений.
Экспериментальные исследования этого направления развиваются
на основе систем космического мониторинга [1] и современных GPSтехнологий [2].
Постановка задачи: Целью настоящего доклада является
исследование
корреляций
между
частотными
спектрами
интенсивности космических лучей и возмущениями локальной
геодинамической обстановки, возникающими при подготовке
землетрясений на расстоянии до 150–200 км от детекторов.
Формирующиеся электромагнитные возмущения в ионосфере
слишком слабы для изменения всего потока космических лучей, но
они могут модулировать определенный интервал частотного спектра
интенсивности космических лучей.
Перестройка геодинамической обстановки, возникающая при
подготовке землетрясений, соответствует сложным нестационарным
процессам с фрактальной структурой [3]. Отсюда следует, что
плотность вероятности развития частотно-временного ряда
измерений будет иметь перемежаемый характер.
Для
выполнения
анализа
амплитудно-временные
спектры
интенсивности космических лучей должны быть преобразованы в
частотно-временные или в масштабно-временные спектры [4].
Методы
и
основные
интервале 210 часов. По оси абсцисс отложено время в часах. По оси
ординат отложен масштаб процесса модуляции в часах, т.е. обратная
частота. Точка X = 113 часов соответствует моменту землетрясения.
Более подробно выделенный участок по времени (45-115 часов) и
масштабу (до 8 часов) представлен на нижней части рисунка.
Количественные характеристики процесса описываются цифрами на
изолиниях и более насыщенной цветовой гаммой представления
кластеров.
Отчетливо видно, что за трое суток до момента землетрясения быстрые
высокочастотные вариации плотности энергии сигнала начинают
формировать перемежаемую последовательность со слабо растущими
масштабами от 2-х до 7-и часов. Именно такая структура должна
соответствовать
современной
фрактальной
модели
подготовки
землетрясений.
На рисунке 2. представлен вейвлет анализ другого временного ряда того
же года но на несколько месяцев позже, с 12.09.2007 по 18.09.2007. Как
видно из рисунка, основной задачей является дискриминировать
искомую перемежаемую последовательность (выделено отличной от
основного рисунка цветовой гаммой в квадратах) на фоне других
естественных вариаций и процессов, как то солнечно-суточная вариация
и Форбуш эффекты и сопоставить ее со сложной сейсмической
обстановкой региона.
результаты:
Программная
реализация подхода выполнена на основе средств Wavelet Tools в
среде MATLAB.
Апробация
развиваемого
подхода
выполнена
на
основе
ретроспективного анализа данных по землетрясениям последнего
времени
с
использованием
базы
данных
Казахстанского
Национального Центра Данных [5].
Результаты совместного анализа данных по землетрясениям и
соответствующего анализа особенностей в масштабно-временных
спектрах нейтронного мониторинга космических лучей показали [6,
7], что чувствительность развиваемого подхода позволяет за
несколько десятков часов до момента начала слабых землетрясений
в 3-4 балла регистрировать процессы формирования локальных
возмущений геодинамической обстановки.
Пример анализа локального изменения масштабно-временного
спектра нейтронного мониторинга, выполненного на нейтронном
супермониторе 18НМ64 Тянь-Шаньской высокогорной научной
станции ФИАН, в наглядной графической форме представлен на
рисунке 1.
Две карты дают модуляцию плотности энергии сигнала для
интенсивности космических лучей в период землетрясения,
произошедшего 6 июня 2007г. на территории Киргизии, в районе г.
Токмак, в 150 км к юго-западу от Алматы. Сила рассматриваемого
события в эпицентре – 6 баллов, в Алмате – 3 балла.
Рисунок 1. – Высокочастотный спектр распределения плотности
энергии сигнала в двухсотчасовом интервале времени
Выводы
и
будущие
исследования:
Таким образом,
масштабно-временные корреляции интенсивности космических лучей
могут быть положены в основу разработки нового индикатора
относительно слабых
локальных возмущений геодинамической
обстановки, возникающих на расстоянии 150–200 км от детекторов.
Предлагаемый подход дополняет комплекс традиционных сейсмических,
геохимических и других систем прогноза землетрясений.
Щепетова А.Л. (Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, Москва,
Тянь-Шаньская высокогорная станция ФИАН, Алматы, Республика
Казахстан) за предоставленные, для первичного анализа, данные по
нейтронным мониторам.
Литература:
[1] www.ecmwf.int/research/demeter - Проект “DEMETER” - Detection of
Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions. Проект
АО НК «КАЗКОСМОС» - «Создать космическую систему научного
назначения для исследования предвестников землетрясений», Алматы,
2007.
[2] Захаренкова И.Е., автореферат, - «Использование измерений
сигналов системы GPS для обнаружения ионосферных предвестников
землетрясений», РГУ, Калининград – 2007г. Семенов Н.А. ,
автореферат, -«Методы автоматизированного проектирования системы
прогнозирования землетрясений», ГУ Инф. Технологий, С-Петербург –
2007.
[3] Bhattacharyya P., Chatterjee A., Chakrabarti B.K. - Common mode of
origin of power laws in models of market and earthquake, arXiv:
physics/0510038, Nov. 2005.
[4] Астафьева Н.М., Вейвлет-анализ: основы теории и примеры
применения // УФН 1996, т.166, N 11, c. 1145-1170. В.В. Витязев, Вейвлет-анализ временных рядов, СПбГУ, С-Петербург, 2007.
[5] www.kndc.kz – Kazakhstan National Data Center.
[6] А.Х. Аргынова, А.А. Локтионов, В.В. Оскомов, Т.Х. Садыков, «Поиск
краткосрочных особенностей в масштабно-временном спектре
нейтронного мониторинга космических лучей, отражающих процессы
подготовки землетрясений». Матер. Каз.-Укр. научно-практ. Конф.
«Современные космические технологии», Алматы, 7-9 окт. 2008 г., АО
«НЦКТ» НКА РК, с. 108-110, 183-185, Алматы, 2008.
[7] А.Х. Аргынова, А.А. Локтионов, В.В. Оскомов, Н.О. Садуев, О.А.
Каликулов, А.С. Кусаинов, «Космические лучи как индикатор
возмущений локальной геодинамической обстановки», Сб. тр. 6-ой
Международн.
Конф.
Современные
достижения
физики
и
фундаментальное физическое образование, Алматы, 10-11 нояб. 2009
г., КазНУ, с. 142-143, Алматы, 2009.
Рисунок 2. – Высокочастотный спектр распределения плотности энергии сигнала в интервале времени с 12.09.2007 по 18.09.2007.