Диссертация (1150727), страница 10
Текст из файла (страница 10)
и 24–25 сентября2007 г. В обоих случаях дождя не было. Как видно из рис. 2.3, при сильномвозмущении Ps около 15 ч наблюдается уменьшение V ' с изменением знака.Менее выражено оно проявляется около 4 и 6 ч на рис. 2.4, где возмущения Psзначительно слабее. Отметим, что возмущения V ' и Ps около 6 ч на рис. 2.4 несвязаны с увеличением скорости ветра, так как при его большем усилении около9 ч возмущений этих величин нет [63].54Рис. 2.3. Запись градиента потенциала V ' электрического поля, акустическогодавления Ps , скорости ветра U и атмосферного давления Pa в эксперименте22 августа 2006 г.
(а), выделенный фрагмент в увеличении (б).55Рис. 2.4. Запись градиента потенциала V ' электрического поля, акустическогодавления Ps , скорости ветра U и атмосферного давления Pa в эксперименте24-25 сентября 2007 г. (а), выделенный фрагмент в увеличении (б).562.2 Исследование корреляционной связи между атмосферно-электрическими игеоакустическими возмущениямиС использованием непараметрических методов корреляционного анализабыла проанализирована связь между атмосферным электрическим полем уповерхности земли и геоакустической эмиссией [63] за периоды наблюдений2006-2007 гг.
Рассматривались среднечасовые значения всех измеряемыхвеличин. Для градиента потенциала V ' электрического поля и акустическогодавления Ps они являются средними из 900, а для метеовеличин Pa , T , F , U , I– из 6 измерений. Использование этих значений упрощает анализ большогообъема данных, и, как будет показано ниже, позволяет установить наличие илиотсутствие рассматриваемой связи. Полученные в экспериментах ряды V ' и Psприведены на рис. 2.5, где для представления о погоде добавлены рядыатмосферного давления Pa .Для выяснения влияния метеорологических факторов на поведениеэлектрического поля и геоакустической эмиссии рассматривалась корреляциямежду рядами V ' , Ps и среднечасовых значений метеовеличин ( Pa , T , F , U , I ).Для выбора подходящего метода анализа данных проверялась нормальностьраспределения всех рядов.
Использовались оценки коэффициентов асимметрии,эксцесса и их стандартных ошибок (табл. 2.1), а также критерий Шапиро-Уилка,который является наиболее мощным и универсальным среди других подобныхкритериев [57].Как видно из табл. 2.1, коэффициенты асимметрии и эксцесса рядов Ps , V ' ,U , I с учетом стандартных ошибок значительно отличаются от нуля. Считается[56], что значения этих коэффициентов больше единицы указывают на серьезноеотклонение распределения данных от нормального.
Поэтому распределениеуказанных рядов не является нормальным. Распределение рядов Pa , T и Fблизко к нормальному.57Рис. 2.5. Поведение градиента потенциала V ' электрического поля, акустического давления Ps , атмосферного давления Pa в экспериментах 2006 (а) и2007 (б).Значимость W –статистики Шапиро–Уилка для всех рядов меньше 0.001 и,строго говоря, распределения среднечасовых значений всех величин не являютсянормальными.
В случае, когда коррелируемые величины или одна из них имеютраспределение, отличное от нормального, использование широко распространенного параметрического корреляционного анализа Пирсона некорректно [56,57].ПоэтомуиспользовалсянепараметрическийкорреляционныйанализСпирмена. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена rs менее чувствителен квыбросам и погрешностям в результатах наблюдений и, в этом смысле, являетсяболее устойчивой и надежной мерой связи по сравнению с коэффициентомлинейной корреляции Пирсона [17].58Таблица 2.1. Оценки коэффициентов асимметрии S , эксцесса K и их стандартных ошибок ε( S ), ε( K ) рядов среднечасовых значений электрического поля V ' ,акустического давления Ps и метеовеличин Pa , T , F , U , I ; n – число среднечасовых значений.Эксперимент 2006Эксперимент 2007РядnSε( S )Kε( K )nSε( S )Kε( K )V'2312–1.720.0512.150.102682–3.520.0523.700.09Ps25486.280.0551.570.1027547.480.0569.570.09V'2312–1.720.0512.150.102682–3.520.0523.700.09Pa2573–0.200.05–0.380.102722–0.030.050.400.09T25730.500.050.080.102722–0.190.050.290.09F2573–0.650.05–0.580.102722–0.690.05–0.520.09U25733.410.0513.050.1027223.620.0516.930.09I25738.610.05101.70.1027227.680.0571.900.09В табл.
2.2 приведены оценки коэффициента корреляции rs и его уровнязначимости p между анализируемыми рядами. Согласно табл. 2.2, большинствосвязей характеризуются малыми значениями rs (от –0.04 до 0.47), которые,однако, значимы ( p < 0.05) и высокозначимы ( p < 0.001).
Выявление такихслабых связей стало возможным в результате использования выборок большогообъема, что обеспечило малую ошибку оценки rs .59Таблица 2.2. Оценки коэффициента корреляции Спирмена rs и его уровня значимости p между рядами среднечасовыхзначений электрического поля V ' , акустического давления Ps и метеовеличин Pa , T , F , U , I ; n – число парсреднечасовых значений коррелируемых рядов.PaРядnrsTpnrsUFpnrspInrspnrspЭксперимент 2006V'22730.12<0.00122730.10<0.0012273–0.070.0012273–0.08<0.0012273–0.27<0.001Ps2464–0.040.02924640.060.0052464–0.16<0.00124640.19<0.00124640.34<0.001Эксперимент 2007V'25690.15<0.0012569–0.15<0.0012569–0.08<0.0012569–0.11<0.0012569–0.28<0.001Ps2643–0.15<0.00126430.13<0.0012643–0.040.03526430.22<0.00126430.31<0.00160На рис.
2.6 представлены взаимные корреляционные функции (ВКФ) длярядов V ' и Ps , которые выражают степень корреляции между рядами в зависимости от их взаимного смещения во времени. Сдвигаемым рядом является V ' .Как видно из рис. 2.6, в обоих экспериментах максимальные значения ВКФнаблюдаются при нулевом сдвиге V ' . Следовательно, с точностью до одного часаотрицательные возмущения V ' происходили одновременно с возмущениями Ps .Поэтому анализировались парные среднечасовые значения V ' и Ps .
Диаграммарассеяния между ними показана на рис. 2.7.Рис. 2.6. Взаимные корреляционные функции для рядов градиента потенциала V ' электрического поля и акустического давления Ps в экспериментах 2006 (а)и 2007 (б).Известно, что при дожде и сильном ветре возникают значительныевозмущения высокочастотной геоакустической эмиссии [35, 36] и атмосферногоэлектрического поля [22, 23, 87]. По данным инструментальных и визуальных61наблюдений это происходило и в наших экспериментах, о чем также свидетельствуют результаты корреляционного анализа.Рис. 2.7. Диаграммы рассеяния между среднечасовыми значениями градиентапотенциала V ' электрического поля и акустического давления Ps в экспериментах 2006 (а) и 2007 (б). В скобках указано число пар V ' и Ps .Согласно табл.
2.2, самая сильная корреляция наблюдается между рядамиV ' , Ps и I , U , где значения rs в несколько раз больше, чем между рядами V ' , Psи других метеовеличин. Для устранения влияния плохой погоды рассматривалисьтолько те пары среднечасовых значений градиента потенциала V ' и акустическогодавления Ps , когда в соответствующие часы не было дождя ( I = 0), сильного иумеренного ветра (U < 1.5 м/с), низкого атмосферного давления ( Pa > 995 гПа).Последнее условие принято для еще большего уменьшения влияния циклонов наповедение геоакустической эмиссии и электрического поля.
Диаграммы рассеяния между V ' и Ps при такой спокойной погоде показаны на рис. 2.8.62Рис. 2.8. Диаграммы рассеяния между среднечасовыми значениями градиентапотенциала V ' электрического поля и акустического давления Ps в экспериментах 2006 (а) и 2007 (б) при спокойной погоде (см. в тексте). Вертикальные пунктирные линии – значения Ps* , которые соответствуют точкам разрыва кусочнолинейной регрессии по Ps ; с, д – линии, иллюстрирующие регрессию для фоновой и тектонической компоненты связи между V ' и Ps .
В скобках указано числопар V ' и Ps .Представленная на рис. 2.8 связь между V ' и Ps содержит, по мнению авторов [63], две компоненты: фоновую, обусловленную слабым действием наэлектрическое поле и геоакустическую эмиссию неучтенных метеорологических,а также других факторов, и компоненту тектонической природы. Последняяформируетсяразнымипознакувозмущениямиэлектрическогополяигеоакустической эмиссии, возникающими во время усиления деформированияприповерхностных пород в районе пункта измерений. Такая активизация должнапроисходить неоднократно при интенсивно протекающем у Восточной Камчаткисейсмотектоническом процессе. Будем считать, что фоновая компонентапроявляется при Ps меньше некоторого значения Ps* , а тектоническая – когда63Ps > Ps* , что происходит при активизации деформирования пород. Разныемеханизмы образования фоновой и тектонической компонент связи междуэлектрическим полем и геоакустической эмиссией, обусловленные, прежде всего,разным местонахождением источников возмущений (атмосфера, литосфера),должны вызвать сложную зависимость между V ' и Ps .
Для разделения компонентсвязиприменяласькусочно-линейнаярегрессия.Использовалсяквази-ньютоновский метод оценивания ее параметров, точка разрыва по акустическомудавлению, которая соответствует в первом приближении значениюPs* ,определялась вычислительной программой [86]. В экспериментах 2006 и 2007 Ps*равно, 2.66 и 0.46 мПа соответственно. Меньшее значение в 2007 г. обусловленоуменьшением среднего уровня акустического давления после перестановкигидрофона.Для массивов данных, представленных на рис. 2.8, коэффициенткорреляции Спирмена в экспериментах 2006 и 2007 равен –0.08 и –0.32 соответственно.
Для этих же массивов в случае кусочно–линейной регрессии V ' на Psкоэффициентмножественнойкорреляциизначительнобольшеиравенсоответственно 0.77 и 0.77. Следовательно, кусочно-линейная регрессия лучшехарактеризует связь между V ' и Ps , поэтому разделение массивов на двекомпоненты корректно. Параметры фоновой и тектонической компоненты связиприведены в табл. 2.3.Как видно из табл. 2.3, тектоническая компонента есть в обоих экспериментах 2006 и 2007, где коэффициент корреляции rs высокозначим и отрицателен по знаку, что соответствует разному знаку аномальных возмущений V ' иPs (рис. 2.3, 2.4).В экспериментах 2006, 2007 связь между атмосферным электрическимполем и геоакустической эмиссией в тектонической компоненте не является, напервый взгляд, сильной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
