Энтропийные метрики экстремальных геофизических явлений для диагностики и геопроектирования

Самыми смертоносными и разрушительными на Земле являются два природных явления: катастрофические землетрясения и мощные тропические циклоны (ТЦ). В последние годы ведется активный поиск новых более совершенных технологий космического мониторинга предвестников этих стихийных бедствий. Аномалии характеристик уходящей длинноволновой радиации (УДР), детектируемые по наблюдениям из космоса, являются важнейшим индикатором многих скрытых процессов, протекающих в преддверии проявления большинства стихийных бедствий. Особый интерес в области инновационных подходов к решению данной проблемы представляет использование общих принципов современной нелинейной неравновесной термодинамики, включающей описание необратимых диссипативных процессов.
Многие важные процессы в системе поверхность-атмосфера Земли трудно идентифицируются на основе анализа только сравнительно малых аномалий энергетических потоков. Поэтому диагностика потоков энтропии, являющейся основным инструментом неравновесной термодинамики, позволяющим анализировать характеристики локального перераспределения меры «порядок/хаос», является ценным информационным ресурсом. В ряде случаев дополнительные энтропийные метрики оказываются более чувствительными по отношению к предвестникам стихийных бедствий, чем обычные энергетические характеристики. При этом следует различать характеристики потоков термодинамической и радиационной энтропии. Наибольший практический интерес представляют потоки термодинамической энтропии в атмосфере, которые тесно, но не прямо, связаны с потоками энтропии, порождаемыми радиационным полем Земли. Потоки термодинамической энтропии на практике бывает трудно восстановить с необходимой точностью, в то время как потоки уходящей радиации в настоящее время измеряются с достаточно высокой точностью, но при этом значительно сложнее интерпретируются.
В докладе рассматриваются проблемы космического мониторинга предвестников как землетрясений, так и ТЦ (ураганов и тайфунов). В качестве примеров приводится анализ комплексных данных космических наблюдений для двух печально знаменитых своими трагическими последствиями природных катастроф: землетрясения в районе Факусимы и урагана Катрина. В первом случае анализируется динамика предвестников землетрясения 1-10 марта 2011 г. в виде аномалий УДР, полученных на основе данных оперативных метеорологических спутников. Во втором случае анализируется особенность эволюции интенсивности урагана Катрина на основе восстановленных значений полных потоков энтропии (ППЭ) в 3D-область ТЦ с помощью данных, полученные из различных источников (в основном спутниковых). При этом отмечается потенциальная важность энтропийной диагностики для возможного предсказания неожиданного аномального роста интенсивности урагана Катрина 28-29 августа 2005г., который и оказался роковым. Успешность заблаговременного прогноза аномальных природных явлений дает возможность использования доступных средств геопроектирования для смягчения последствий катастроф.
Работа поддержана грантом РФФИ № 10-01-00379а.