диссертация (Приливные эффекты в высокочастотных сейсмических шумах в сейсмоактивном регионе), страница 11

Отсутствие этой периодичностиобъясняется слабо развитой инфраструктурой острова и практически отсутствиемпромышленности.Такаяситуацияблагоприятнадлярегистрациислабыхсейсмических сигналов природного происхождения, в том числе сейсмическихшумов. Аналогичная ситуация наблюдается на станции “Карымшина”, где датчикпомещен в 30-метровую измерительную скважину, а удаленность обсерватории отближайших населенных пунктов составляет около 20 км. На станциях “Эримо” и“Начики”, напротив, полностью уйти от промышленных помех не удалось: здесьотношение недельной компоненты ВСШ к среднему фоновому уровню сигналасоставляет 15% и 55%, соответственно.На рисунке 2.11 а, б по данным пункта “Эримо” представлены графики вдвух вариантах − для оригинальных данных и для данных после коррекцииветрового воздействия (Способ коррекции будет рассмотрен ниже).

Как длясуточного, так и для недельного хода ВСШ ошибки определения средних значенийуменьшаются после учета ветрового воздействия. В частности, недельный ходВСШ после ветровой коррекции больше соответствует представлению оминимальной человеческой активности в воскресенье: 1) средний воскресныйуровень ВСШ соответствует среднему ночному уровню ВСШ за все время и 2) вбудние дни среднесуточный уровень ВСШ в пределах ошибки определенияпостоянен. Что же касается стабильности этого воздействия, то она отсутствует:наблюдаются как участки времени, когда оно очевидно (например, рисунок 2.11 в),так и участки, когда антропогенная компонента ВСШ скрыта.

Следует отметить,что на рисунке 2.11 в показан наиболее яркий пример, по-видимому, связанный скакими-то работами непосредственно вблизи обсерватории.2.4.2 Ветровое воздействиеРезультатыисследованиясейсмическихшумоввприповерхностныхусловиях показали, что в отсутствии интенсивных антропогенных помехнаибольшее влияние на уровень регистрируемого сигнала оказывает ветер [Ананко,Смирнов, 1994; и др.]. Для учета влияния этого важного фактора на станциях ВСШбылаорганизованарегистрацияскоростиветра.Методикаопределения64зависимости уровня ВСШ от ветрового воздействия показана на примере данныхстанции “Шикотан”.На рисунке 2.12 а приведен пример рядов получаемых данных ВСШ искорости ветра.

Величина корреляции между ВСШ и ветром равна 0.45, чтоподтверждает предположение, что уровень ВСШ на этом пункте наблюденияопределяется не только ветровым воздействием.Рисунок 2.12 – Определение зависимости уровня ВСШ от скорости ветра поданным станции “Шикотан”.а – Пример одновременной записи огибающей ВСШ и скорости ветра (часовыеосреднения).б – Соотношение между значением огибающей ВСШ и скоростью ветра;в – Зависимость уровня ветрового шума от скорости ветра.

Кружки соответствуютквантилю p = 0.05 в распределении ВСШ для данного значения скорости ветра.65На рисунке 2.12 б в виде точечной диаграммы представлено соотношениемежду значением огибающей ВСШ и скоростью ветра. Обращает на себя вниманиечеткая нижняя и размытая верхняя граница облака точек. Можно предположить,что нижняя граница облака обусловлена ветровым воздействием и, соответственно,отражает степень этого воздействия.

Построение системы кривых, которыехарактеризуют ветровое воздействие на ВСШ, проводилось по следующей схеме:1)В скользящем диапазоне скоростей ветра от V до 1.2 V рассчитывалсяквантиль распределения значений огибающей ВСШ в этом ветровом диапазоне,отвечающий уровню вероятности p = 0.05.2)Через полученные точки проводится сглаженная кривая (Рисунок 2.12 в).Аппроксимация минимальных значений ВСШ в ветровых диапазонахнехороша из-за статистического разброса, поэтому предлагается использоватьквантиль. Следует иметь в виду, что такой способ определяет минимальныйветровой эффект, который, по-видимому, в действительности несколько больше(например, за счет анизотропии, связанной с направлением ветра).Как следует из полученной зависимости, ветер начинает оказывать влияниена уровень ВСШ, начиная с некоторого порогового значения (назовем егокритической скоростью ветра Vcr), индивидуального для каждого пунктанаблюдений.

Значение скорости ветра, при котором наклон кривой резкоизменяется, принималось за критическое. Для пункта “Шикотан” это Vcr = 5 м/с(среднее значение в течение часа). При меньших значениях скорости ветравеличина квантиля практически не меняется, то есть воздействие ветраотсутствует. Скорость ветра, превышающая Vcr = 5 м/с (среднее значение в течениечаса), фиксировалась на Шикотане примерно в течение 10% времени наблюдений.Следовательно, лишь 10% данных ВСШ искажено ветровым воздействием.Подобная схема была применена для данных всех станций ВСШ. Причемрассмотрены были и изменения проявления ветрового воздействия на различныхвременных интервалах, в частности, соответствующих различным сезонам (зималето).

На качественном уровне эффект везде оставался одинаковым.Здесь следует упомянуть, что на начальной стадии исследований ВСШ настанции “Начики” ветровая компонента рассчитывалась по средним значениямВСШ в наборе ветровых диапазонов только в ночное время для минимизации66антропогенного воздействия. Недостатком такого подхода является то, чтоа) объем выборки уменьшается примерно в 2 раза, что неизбежно сказывается наточности оценок, и б) в средних значениях может быть “замаскировано” влияниедругих факторов (если не антропогенного, то приливного, теплового и т.д.).Поправка на ветровое воздействие при скорости ветра V определялась изграфиков, аналогичных рисунку 2.12 в, как разность между значением функциипри ветре V и в отсутствие ветра (при V = 0 м/с).

Затем эта поправка вычиталась иззначения огибающей ВСШ.Различия в условиях постановки отразились и в параметрах ветровыхэффектов в ВСШ. Данные о ветровом воздействии для всех пунктов приведены втаблице 2.3. Если исходить из минимизации ветрового влияния, то пунктырегистрации “Шикотан” и “Карымшина” являются наиболее благоприятными длярегистрации сейсмических шумов благодаря значительной удаленности датчиковот дневной поверхности.Таблица 2.3.

Характеристики ветрового и антропогенного воздействия на пунктахрегистрации ВСШПункт наблюденийПараметрыКритическая скоростьветра Vcr, м/с(часовое осреднение)Объем данных,искаженных ветровымвоздействием, %Суточная вариация,отнесенная к среднемуфоновому уровню ВСШ,%Недельная вариация,отнесенная к среднемуфоновому уровню ВСШ,%“Начики”“Карымшина”“Эримо”“Шикотан”1425802033104515505555Недельныйходотсутствует20Недельный ходотсутствует672.4.3 Воздействие прогрева земной поверхностиЭтот фактор был обнаружен по данным станции “Начики”. Рассматривалисьсреднечасовые значения ВСШ и температуры грунта на глубине 5 и 40 см.Установлено, что прогрев почвы имеет поверхностный характер, так кактемпература на глубине 40 см практически не имеет суточного хода. Былопоказано, что ВСШ имеет максимум в 15 − 17 часов местного времени, как итемпература почвы на глубине 5 см.

Была получена эмпирическая зависимостьуровня ВСШ от температуры (Рисунок 2.13), которая позволила компенсироватьтемпературный фактор при дальнейшем изучении ВСШ в пункте “Начики”.Рисунок 2.13 – Зависимость уровня ВСШ от температуры грунта на глубине 5 см(станция “Начики”). Вертикальные линии соответствуют 1 доверительномуинтервалу.Была проверена гипотеза о том, что зависимость от температуры являетсякосвенной зависимостью от скорости ветра, т.е. была исследована связь скоростиветра и температуры грунта. О слабой связи этих двух процессов свидетельствуетмалая, хотя и значимая величина коэффициента корреляции r  0.16  0.05 . Крометого, если связи “ветер – температура” не существует, вид зависимости ВСШ оттемпературы не изменится при внесении поправки на скорость ветра, что и былопоказано: 1) качественно вид зависимости при этом не изменился; 2) разностьмежду значением исходного шума и шума с компенсированным ветровымвоздействием можно считать постоянной (в пределах точности аппроксимации) вовсем диапазоне температур.

Тогда причиной выявленной компоненты шумадолжныбытьтермоупругиенапряженияидеформации,возникающиевприповерхностных слоях при распространении тепла. В работе [Салтыков и др.,681997б] была сделана оценка этих деформаций на основе рассмотрениятермоэластичныхэффектовполупространстваповерхностныхоттемпературнойдеформаций,проходящейволныпроведенныхпоповерхности[Berger,на1975]обсерваториииоднородногонаблюденийPinonFlatвКалифорнии [Berger, Wyatt, 1973], где показано, что горизонтальные деформациине превышают 10−8/C для годового периода и 4∙10−10/C для суточного периода, атолщина термального граничного слоя составляет 3 м для годовых осцилляций и 20см для суточных.

Если считать, что эти значения параметров применимы к нашимусловиям, тогда амплитуда годового хода температуры, равная 10C, и амплитудасуточного хода, равная 5C, приведут к горизонтальным деформациям самплитудой 1∙10−7 и 2∙10−9.Воздействие прогрева на ВСШ выявляется не на всех пунктах. В частности,для пункта “Эримо” рассматриваемый эффект обнаружен не был.

Построеннаязависимость между среднечасовыми значениями огибающей ВСШ и температуройгрунта (аналогично рассмотрению ветрового фактора) не выявляет роста нижнейграницы полученного облака точек с ростом температуры (Рисунок 2.14).Рисунок 2.14 – Воздействие прогрева земной поверхности на ВСШ (п.