Аномальные изменения температуры и скорости ветра в области тропопаузы в сейсмически активных регионах Азии

Изучение закономерностей изменения пространственно-временного распределения геофизических полей, основанное на использовании технологии спутникового дистанционного зондирования, является важной составной частью анализа взаимосвязи между возмущениями в атмосфере и динамикой сейсмической активности. В качестве параметра, позволяющего проследить процессы формирования и пространственно-временной трансформации возмущений, использовались изменения температуры в верхней тропосфере и нижней стратосфере (Upper Troposphere / Lower Stratosphere, UTLS). Эта область атмосферы является наименее изученной с точки зрения установления взаимосвязи между динамикой изменчивости различных ее параметров и сейсмичностью (Свердлик, 2022; 2023). Особенность термической структуры UTLS, которая заключается в смене знака вертикального градиента температуры, позволяет более эффективно реализовать выделение сейсмогенных вариаций температуры, используя многоуровневый подход (Zhang et al., 2021). Среди возможных причин развития предсейсмических возмущений температуры в UTLS наряду с гравитационными волнами могут рассматриваться циркуляционные процессы (Свердлик, 2021), в частности, струйные течения. Эти важные элементы динамики атмосферы во многом определяют распределение термодинамических параметров и могут иметь перспективы при использовании в качестве краткосрочных предвестников сильных землетрясений (Wu, Tikhonov, 2014).
Целью данного исследования является анализ динамики термической и ветровой структуры UTLS по данным спутниковых измерений (https://disc.gsfc.nasa.gov/datasets/), выделение пространственно-временных аномалий метеопараметров в сейсмически активные периоды в Ираке (землетрясение с магнитудой M=7,3; 12 ноября 2017 г.) и Китае (землетрясение M=7,3; 21 мая 2021 г.) (https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/).
Обработка спутниковых временных рядов температуры выполнялась с использованием разработанного алгоритма (Свердлик, Ибраев, 2022; 2023), применение которого позволило свести изменения полей температуры на двух изобарических уровнях (в верхней тропосфере и нижней стратосфере) к единому численному показателю, представленному в данном случае интегральным параметром аномальных вариаций и его скорректированным на коэффициент корреляции значением. Применение алгоритма показало, что аномальные вариации температуры в области тропопаузы наблюдались за несколько суток до крупных событий с магнитудами M=7,3 в Ираке и Китае. Выявлено совпадение в пространстве между мезомасштабными возмущениями температуры и эпицентрами землетрясений. Аномалии температуры наблюдались в условиях спокойной геомагнитной обстановки, что дает основание предполагать их вероятную связь с процессом подготовки землетрясения.
Для анализа ветрового режима над эпицентральными областями землетрясений были проанализированы распределения значений модуля вектора скорости ветра для различных его направлений на уровне 200 гПа (12,0 км), содержащие 1240 точек данных. Этот уровень соответствовал горизонтальной оси струйного течения. За 12 суток до землетрясений наблюдалось увеличение модуля вектора скорости ветра до 6070 м/с, обусловленное ростом его меридиональной составляющей. Скорости движения в полосах струйных течений, которые пересекали весь регион исследования, были существенно неоднородными с чередованием областей более сильного и слабого ветра. При этом области наиболее высоких скоростей ветра примерно указывали на расположение эпицентральных областей землетрясений.
Влияние сильной сейсмической активности на состояние нижней атмосферы проявлялось не только в динамике, но и в изменении взаимосвязи между меридиональной и зональной составляющими скорости ветра. Установлено, что, на фоне достаточно продолжительных периодов рассогласованного поведения выделялись интервалы времени их синхронных противофазных вариаций, которые характеризовались высокими отрицательными коэффициентами корреляции (r = 0,950,96) и проявлялись непосредственно перед сильными землетрясениями. Наибольшие коэффициенты корреляции приходились на область высот 917 км, соответствующую максимальным скоростям ветра.
В результате проведенных исследований можно заключить, что пространственно-временная эволюция температурных возмущений в верхней тропосфере достаточно хорошо согласуется с изменениями ветрового режима на соответствующих уровнях и сейсмичностью. Полученные данные подтверждают, что над сейсмически активными районами в периоды подготовки сильных землетрясений происходят интенсивные изменения параметров верхней тропосферы и нижней стратосферы относительно уровня их регулярной изменчивости. Это может означать, что возникающие на поверхности Земли предсейсмические эффекты приводят к изменению параметров атмосферы.