Спосіб ідентифікації та прогнозування локалізації епіцентрів землетрусів

Реферат: Винахід належить до галузі геофізики, космічної фізики й екології і може бути використаний для ідентифікації й прогнозування локалізації епіцентрів землетрусів з магнітудою М4,0 балів по шкалі Ріхтера. Спосіб ідентифікації та прогнозування локалізації епіцентрів землетрусів передбачає використання космічного сегмента, що включає 2-3 КА у високоширотній F2 області іоносфери, і наземний, що використовує інформацію Геологічної служби США. На борту кожного КА з угруповання встановлено детектор нейтральних часток (DN) і детектор UA 103986 C2 (12) UA 103986 C2 заряджених частинок (DE) іоносфери. При русі КА по орбіті реєструють вихідні сигнали детекторів DN і DE, їх просторово-часовий розподіл уздовж орбіти КА, виділяють екстремуми (максимуми) збурень сигналів DN і DE просторово-часових розподілів у масштабі реального часу - концентрацій заряджених частинок (іонів і електронів), температур важких частинок (іонів і нейтралів), реєструють час і координати підсупутникової точки, що відповідає екстремуму (максимуму) збурень просторово-тимчасових розподілів концентрацій і температур часток іоносферної плазми, синхронно зіставляють екстремуми (максимуми) параметрів плазми з даними USGS для відповідної підсупутникової точки на поверхні Землі й ідентифікують і прогнозують локалізацію епіцентрів землетрусів. Магнітуду визначають по залежності відношення максимуму концентрації заряджених частинок до її незбуреного значення. За результатами послідовних вимірів параметрів іоносфери в даній точці датчиками DN і DE кожного КА з угруповання судять про достовірність отриманих результатів вимірів, динаміку й стійкість процесів, що спостерігаються. Технічним результатом винаходу є підвищення точності, вірогідності і інформативності ідентифікації та прогнозування епіцентрів землетрусів. UA 103986 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до геофізики, космічної фізики, екології й може бути використаний для ідентифікації та прогнозування локалізації епіцентрів і магнітуд землетрусів. Встановлено, що добові варіації критичних частот f0 F2-області іоносфери, флуктуації просторово-часових розподілів повного електронного змісту (ПЕЗ), виміряні на супутниках і наземних станціях GPS, дозволяють ідентифікувати епіцентри землетрусів [1-3]. Відомі способи прогнозування землетрусів, що ґрунтуються на вимірі, реєстрації позитивних або негативних варіацій концентрації електронів у високоширотній F2-області іоносфери (h500 км), зокрема ПЕЗ, критичних частот f0 F2-області іоносфери або профілів електронної концентрації Ne [4]. Всі описані в [1-4] способи є аналогами запропонованого авторами способу ідентифікації та прогнозування локалізації епіцентрів землетрусів. Найбільш близьким по технічній суті та ефекту, що досягається, до заявленого (прототипом) є "Спосіб прогнозування параметрів землетрусу" (патент РФ № 2256199, G01V, 3/12, 14.05.2003 г.). Спосіб-прототип включає зондування іоносфери зондами, встановленими на угрупованні космічних апаратів, одержання регістрограм змін критичної частоти f 0 F2-області іоносфери по трасі прольоту космічних апаратів, прогнозування параметрів землетрусу, одночасну реєстрацію зміни критичної частоти по трасі польоту й по висоті, розрахунок турбулентності Dщільності електронної концентрації F2-області як суми дисперсій турбулентності по координатах, реєстрацію зміни D по серії вимірів на послідовних витках, обчислення часу й магнітуди удару з наступним визначенням координат проекції гіпоцентру удару землетрусу на іоносферу. -3 -3 f0 F2, [МГц]=910 Nе, [см ] ПЕЗ   Ne  dl -2 l , [см ], де Ne - концентрація, l - довжина траси зондувальної хвилі. Недоліками прототипу є: багатостадійність і складність процесу визначення часу й координат гіпоцентру; необхідність використання значної кількості КА; необхідність вимірів критичної частоти f 0 F2-області по двох координатах: уздовж траси польоту та по висоті; критична частота f0, регістрограма - не локальні, а осереднені по трасі зондувальної хвилі характеристики; розрізнювальна здатність ±5° (600 км) уздовж траєкторії. Радіофізичні виміри, осереднені по трасі зондувальної хвилі, значень f0 F2, ПЕЗ можуть бути викривлені наявністю неоднорідностей в іоносфері, обумовлених іншими по фізичній природі, відмінними від землетрусів, зовнішніми впливами від торнадо, магнітних бур (спалахи на Сонці), ВЧ-впливу, стартів міжконтинентальних балістичних ракет і т.д. Прототип не дозволяє виділити збурення в іоносфері від землетрусів і від впливу інших зовнішніх дій. Задача, вирішувана способом, що заявляється, полягає в підвищенні точності, вірогідності й інформативності ідентифікації та прогнозування локалізації епіцентрів землетрусів і магнітуди за рахунок спрощення процедури реєстрації, аналізу, обробки й інтерпретації збурень вихідних сигналів зондів, встановлених на космічних апаратах - локальних значень концентрації заряджених частинок (іонів і електронів) і температури важких частинок (іонів і нейтралів), визначенні часу й координат підсупутникової точки, відповідних епіцентру землетрусу, що відбувся до моменту прольоту КА, або землетрусу, що зароджується у даній точці сейсмоактивного району з наступною ідентифікацією землетрусу за інформацією про землетрус від систем глобального сейсмічного моніторингу, наприклад IRIS GSN (Консорціум дослідницьких інститутів в області сейсмології) або USGS - United State Geological Survey (геологічна служба США) або регіонального, наприклад, Sei S Com P (Європейська мережна сейсмологічна система центру даних GEOFON/GFZ), переважно від - USGS (далі USGS) у  n  M  2 ln i,e   0,118   . точках на підсупутниковій трасі та визначенні магнітуди землетрусу по формулі Вирішення поставленої задачі забезпечується: 1) використанням двох сегментів: - космічного, що включає 2-3 штучних супутники Землі (ШСЗ) малої маси у високоширотній F2-області іоносфери, з розміщеними на КА зондами - детектором нейтральних частинок (DN) і детектором заряджених частинок (DE); - наземного, що включає інформацію USGS; 1 UA 103986 C2 5 10 15 20 25 2) синхронною реєстрацією вихідних сигналів зондів - детекторів DN і DE уздовж траєкторії КА - просторово-часового розподілу локальних значень концентрації заряджених частинок (електронів і іонів) і температури важких частинок (нейтралів і іонів). 3) визначення екстремумів збурень (максимуми) на просторово-часових розподілах вихідних сигналів зондів - локальних значень концентрації заряджених частинок і температури важких частинок уздовж траси КА; 4) реєстрація часу й координат підсупутникової точки, що відповідає екстремуму збурювань (максимуму) просторово-часових розподілів концентрацій заряджених частинок (електронів і іонів) і температур важких частинок (нейтралів і іонів); 5) синхронне зіставлення екстремуму збурень (максимуму) розподілів параметрів плазми з інформацією служби USGS про землетруси в точках на підсупутниковій трасі. 6) ідентифікація та прогноз локалізації епіцентрів землетрусів, що відбулися в момент прольоту КА, або землетрусів, що зароджуються, у даній точці сейсмоактивного району: по збігові екстремуму локальних значень розподілів концентрації електронів (іонів), температур нейтралів (іонів) в часі і за координатами на підсупутниковій точці й інформації USGS про наявність землетрусу ідентифікують землетрус, що відбувається, або що відбувся в даній точці з магнітудою М4,0 балів по шкалі Ріхтера; наявність екстремуму на розподілах локальних значень концентрації електронів, температури нейтралів (іонів) і відсутність землетрусу в точці на підсупутниковій трасі по даним USGS - ознака, землетрусу, що зароджується (~ за 1 добу) у даній точці з магнітудою М4,0. 7) зіставлення екстремумів на розподілах локальних значень концентрації електронів, іонів і температури нейтралів і іонів, виміряних при послідовному проходженні даної точки кожним КА з угруповання і їх зіставлення з даними для цієї точки USGS дає інформацію про достовірність результатів вимірів, динаміку та стійкість процесів, що спостерігаються.  n  M  2 ln i,e   0,118   , 8) визначення магнітуди землетрусу, що зароджується, по формулі max  max де ni,e  Ni, e / Ni, e , Ni, e - локальне значення концентрації заряджених частинок (електронів,  30 35 40 45 50 55 іонів), що відповідає екстремуму (максимуму) просторово-часового розподілу, Ni, e - незбурене значення концентрації заряджених частинок (електронів, іонів) на просторово-часовому розподілі. В Україні успішно проводяться роботи з дослідження параметрів іоносфери зондовими методами безпосередньо на борту космічних апаратів, результати яких, отримані на КА "Січ-2", лягли в основу пропонованого авторами способу ідентифікації та прогнозування локалізації епіцентрів землетрусів. Національний космічний апарат "Січ-2" було виведено 17 серпня 2011 р. ракетою-носієм "Дніпро", на сонячну орбіту висотою 700 км і нахиленням 98°. Космічна система "Січ-2" включає сам КА, центр керування польотом, станції керування, станції приймання інформації, оператор системи. З метою підвищення інформативності зондових методів при діагностиці неізотермічної плазми низької щільності в іоносфері до складу комплексу наукової апаратури "Січ-2" були включено дві зондові системи: одиночний циліндричний зонд Ленгмюра (DE); детектор нейтральних частинок (DN), що складається з двох зондів з магнітними елекророзрядними вакуумметрами як чутливих елементів. Зонди DN і DE розроблені та виготовлені в Інституті технічної механіки НАНУ і ДКАУ й використані на "Січ-2" при участі авторів винаходу, що заявляється. Датчик DE і методика обробки його вимірів у припущенні максвеллівського розподілу заряджених частинок дозволяє визначати по вольтамперній характеристиці одиночного електричного зонда концентрацію заряджених частинок, температуру електронів і потенціал плазми [5, 6]. При обробці значень вихідних сигналів датчика DN визначаються концентрація нейтральних частинок і їх температура в плазмі навколоземного космічного простору. Показання датчиків DE і DN дали можливість мати практично повний комплекс локальних значень основних кінематичних параметрів, нерівноважної плазми низької щільності в земній іоносфері. Суть і докази ефективності запропонованого способу пояснюються розрахунками, що приводяться, статистикою проведених вимірів, а також фіг. 1-4. 2 UA 103986 C2 5 На фіг. 1 а, б представлені концентрації електронів Ne і енергії землетрусу (а) уздовж траси КА "Січ-2", виток 05.03.2012 р. а) 1 - концентрація електронів Ne; 2 - енергія ЕM/Еmах землетрусів з магнітудою М>5; 3 ЕM/Еmах з магнітудою 4,0