Использование критерия STA/LTA для выделения атмосферных возмущений в периоды сейсмической активности

Эксперименты, проведенные в разных географических регионах с использованием данных спутникового дистанционного зондирования, подтвердили появление тепловых эффектов перед сильными землетрясениями и их потенциальную возможность служить индикатором тектонической активности (Tronin, 1996; Tramutoli et al., 2015). Изучение процессов взаимодействия между различными слоями атмосферы и литосферой, протекающих в условиях сильной пространственно-временной изменчивости вертикальной структуры температуры атмосферы, является сложной и в тоже время актуальной задачей, что определяет важность разработки эффективных способов выделения в изменениях температуры аномальных вариаций. Предлагаемые в настоящее время методы распознавания тепловых аномалий имеют как свои преимущества, так и недостатки (Zhang et al., 2018).
Одним из перспективных способов идентификации аномалий в данных дистанционного зондирования может являться алгоритм, основанный на использовании известного критерия STA/LTA (Short Time Averaging / Long Time Averaging), который получил широкое распространение для выделения импульсных колебаний, главным образом, для распознавания прихода сейсмической волны и регистрации микросейсмических событий. Данный критерий в несколько измененном виде может быть применен к спутниковым измерениям температуры (Свердлик, 2021). Присутствующие в изменениях температуры атмосферы возмущения различного природного происхождения (атмосферные процессы, солнечная активность, землетрясения и пр.), характеризующиеся различным спектральным составом с наличием нескольких периодичностей, интенсивность которых изменяется со временем, предоставляют возможность идентифицировать аномальные вариации, связанные с подготовкой сильных сейсмических событий (Sverdlik, Imashev, 2020).
В настоящем исследовании представлен алгоритм, основанный на использовании различных подходов к вычислению критерия STA/LTA и предназначенный для выделения и идентификации предсейсмических возмущений температуры в верхней тропосфере и нижней стратосфере (UTLS). Разработанный алгоритм позволяет обнаруживать связанные с сейсмической активностью уникальные вариации, присутствующие в непрерывных изменениях температуры и согласованно проявляющиеся на различных уровнях UTLS. Для этого были определены оптимальные параметры для вычисления отношения характеристических функций в коротком (STA) и длинном (LTA) временных окнах. В качестве характеристической функции использовалась дисперсия, которую в данном случае можно рассматривать как меру активности различных возмущающих факторов. Очевидным преимуществом алгоритма является простота, эффективность, отсутствие необходимости в дополнительных преобразованиях исходных температурных данных.
Приведены результаты ретроспективного анализа спутниковых временных рядов температуры над эпицентральной областью разрушительного Нуринского землетрясения магнитудой M=6.7, произошедшего 05 октября 2008 г. в сейсмически активном регионе Тянь-Шаня. Всего в течение дня было зарегистрировано более 50 афтершоков с магнитудами M3,0 (http://www.isc.ac.uk), которые были сконцентрированы вблизи эпицентра главного землетрясения. Сотрясениями была охвачена обширная территория, включающая приграничные районы Кыргызстана, Таджикистана и Китая.
Идентификация предсейсмических возмущений включала определение не только временной, но и пространственной локальности проявления аномалии температуры. Выделение возмущений температуры проводилось на основе вычисления показателей аномальности T и TC. Основываясь на результатах проведенных расчетов была восстановлена трехмерная матрица TC, которая использовалась для исследования динамики распределения аномальных возмущений температуры по меридиональному и широтному направлениям. Установлено, что явно выраженная мезомасштабная аномалия температуры в UTLS наблюдалась в период с 01 по 03 октября 2008 г. Аномальная область начала формироваться на расстоянии ~200-300 км от эпицентра, а затем перемещалась в восточном направлении и достигла максимума 02 октября 2008 г. за 3 дня до землетрясения M=6,7. Пространственные и временные распределения возмущения температуры дают основание предполагать вероятную связь с подготовкой к сейсмическому событию.