ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2012, № 3, с. 66-77
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
ТРОПИЧЕСКИЕ ЦИКЛОНЫ И СЕЙСМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЦИКЛОНИЧЕСКОЙ ЗОНЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ
ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА © 2012 г. М. И. Ярошевич
Государственное учреждение "Научно-производственное объединение "ТАЙФУН", Обнинск
E-mail: yarosh@typhoon.obninsk.ru Поступила в редакцию 30.06.2011 г.
Рассматривается возможность влияния тропических циклонов на сейсмическую активность циклонической зоны северо-западной части Тихого океана. Прямых надежных методов расчета воздействия тропических циклонов на земную кору нет. Поэтому в исследовании решается своего рода обратная задача: по особенностям внутригодовой динамики сейсмической активности оценивается качественно возможное влияние на нее действия тропических циклонов. Проведен ряд дополняющих друг друга и различных по методике расчетов. Выявлено, что для территорий циклонической зоны внутригодовые динамики циклонической и сейсмической активности хорошо коррелированны. На основании полученных результатов высказывается предположение: тропические циклоны могут рассматриваться в качестве фактора, влияющего на сейсмичность циклонической зоны северо-западной части Тихого океана.
Ключевые слова: тропические циклоны, циклоническая активность, сейсмическая активность
ВВЕДЕНИЕ
В исследованиях, результаты которых изложены ниже, тропические циклоны (ТЦ) изначально рассматривались в качестве возможного фактора, влияющего на сейсмичность зоны их действия. Приоритетным районом исследований была избрана циклоническая зона северо-западной части Тихого океана. Избранный район характерен особо высокой циклонической и сейсмической активностью. Предполагалось, что в этих условиях искомые особенности и закономерности, если таковые будут, проявятся четче.
Предположения о возможном влиянии ТЦ на сейсмичность основывались на некоторых фактах: регулярно регистрируются так называемые штормовые микросейсмы — специфические сейсмические волны, порождаемые перемещающимся ТЦ, большие значения кинетической энергии циклонов и, в определенной степени, результаты исследований влияния перепадов атмосферного давления на сейсмическую активность (Сытинский, 1979).
Такие исследования представляются целесообразными. Выявленные связи между интенсивностью ТЦ и реакцией в земной коре могут способствовать расширению собственно исследований в этих средах и решению некоторых прикладных задач прогностического характера.
Одной из важнейших прикладных задач является разработка систем оценки циклонической и
сейсмической опасности. В настоящее время эти задачи решаются в каждой среде по отдельности и независимо друг от друга. При этом уровень достижений существенно различается. Выявив даже отдельные связи между циклонической и сейсмической активностью и принимая во внимание особо высокую циклоническую и сейсмическую активность рассматриваемого района, представляется, что была бы целесообразна разработка совместной циклонической и сейсмической системы оценок опасности и риска.
Мы выше уже упомянули о высокой сейсмической и циклонической активности рассматриваемого района. Так, на площади 5°—50° с.ш., 115°—165° в .д. в течение 1999-2008 гг. зарегистрировано около 14000 землетрясений со среднегодовой энергией 6.3 х 1016 Дж. В эти же годы, на этой же территории действовали 310 ТЦ, из которых примерно половина достигли стадии ураганов. Циклоны здесь длятся примерно от 4 до 16 сут. Это очень высокий уровень циклонической активности. В указанной зоне ТЦ могут возникать в любое время года, но их максимальная интенсивность, как по энергии, так и по их количеству, приходится на июль-октябрь месяцы (Тараканов, 1980; Хаин, Сутырин, 1983). В периоды активной циклонической деятельности довольно часты ситуации, когда несколько ТЦ по времени частично или полностью совпадают друг с другом.
То, что ТЦ порождают штормовые микросей-смы и, стало быть, каким-то образом воздействуют на земную кору, известно давно (Винник, 1971; Островский, Рыкунов, 1982; Табулевич, 1986; Bowen, 2003; Hasselman, 1963; Longuet-Hig-gins, 1950; Webb, 1992). В этих и в других публикациях излагались теории генераций штормовых микросейсм, исследовались их спектры, оценивалась доля энергии ТЦ, затрачиваемая на штормовые микросейсмы (Табулевич, 1986). Была показана принципиальная возможность оценки некоторых параметров циклонов по штормовым микросейсмам (Ярошевич, 1997, 1999). Однако заметим, что штормовые микросейсмы — это только "наблюдаемая" и численно оцениваемая реакция земной коры на циклоническое воздействие (эта реакция определяется как сейсмическая энергия источника). Исследования различных типов взрывов показали, что, во-первых, отношения сейсмической энергии к полной энергии взрыва — очень малые величины, и, кроме того, значения этих отношений характеризуются очень большими разбросами (Садовский и др., 1986; Пасечник, 1970). Так, при воздушных взрывах, произведенных над океаническими островами, отношение сейсмической энергии объемных волн к полной энергии взрыва оценивается величиной в 10-7. Наибольшие значения таких отношений достигаются в случае подводных взрывов — (1—4) х 10-2 (Пасечник, 1970). Таким образом, если ТЦ влияют на сейсмическую активность, то, видимо, это может происходить только за счет той части циклонической энергии, которая, достигнув коры, диссипировалась в ней и которая, скорее всего, значительно превышает сейсмическую часть энергии. В наших исследованиях именно эта часть энергии представляет интерес.
Конечно, землетрясения в определенной мере схожи со взрывами. Применительно к землетрясениям значения отношений сейсмической и диссипативной энергий взрывов могут восприниматься не иначе, как приближенные оценки или как получение представления о соотношениях энергий. Тем более оценивать отношение энергии штормовых микросейсм к циклонической энергии, поступившей в земную кору исходя из аналогичных соотношений при взрывах, как минимум, не корректно — очевидны существенные различия в механизмах генерации сейсмических волн и, например, в скорости нарастания мощности во взрывах и циклонах. Можно, исходя из изложенного выше, лишь предполагать, что существенно большая часть циклонической энергии, поступившей в кору, в ней же и трансформируется.
Ответ на вопрос, влияют ли ТЦ на сейсмичность зоны их действия, логичнее всего получить прямыми расчетами. Но для этого необходимо
решить ряд задач. Следует определить работу, совершаемую циклоном над океаном. Это, по-видимому, решаемая задача и частично она решена (Голицын, Ярошевич, 2000). Далее необходимо рассчитать, какая часть энергии, поступившая в океан, будет отдана коре. Это, похоже, более сложная задача. Далее, если бы удалось как-то оценить величину энергии, поступившей в кору, то эта оценка, скорее всего, была бы недостаточно уверенной. Но если бы и удалось преодолеть эти задачи, мы столкнулись бы с третьей и, как представляется, неразрешимой трудностью. Напряженность в земной коре непрерывно меняется как во времени, так и в пространстве. Для расчетов реакции коры на действия циклонов мы должны в любой момент времени и с необходимой пространственной детализацией, на обширных территориях и до глубин хотя бы неглубоких землетрясений (70 км) знать ее поля напряженности. Кроме того, также с пространственной детализацией, следует знать характеристики сред слоев земной коры. Из сказанного понятно, что прямые расчеты воздействий пока невозможны.
В виду невозможности прямых расчетов был избран путь решения своего рода обратной задачи — по качественному анализу временных и пространственных динамик сейсмической и циклонической активности попытаться выявить признаки влияния ТЦ на сейсмичность циклонической зоны.
НЕКОТОРЫЕ ДЕТАЛИ РАСЧЕТОВ
Расчет энергетических характеристик циклонической интенсивности основывается на методе расчета кинетической энергии отдельного циклона (Голицын, 1997). В этой работе кинетическая энергия рассчитывалась по зоне максимальных ветров (Ут), и для круга с характерным радиусом максимальных ветров гт ~ 50 км. В наших расчетах мы должны были принять во внимание, что циклонический ветер достигает достаточно большой силы и на расстояниях (г), многократно превышающих гт> и это непременно следует учитывать в оценках энергии циклона. Скорость циклонического ветра (V) с удалением от центра циклона на расстоянии г определяется из оценочного соотношения
V = (Ут X % )/г°-5.
Выше уже упоминалось, что в рассматриваемом районе нередко несколько циклонов действуют одновременно. Непонятно было, как учитывать энергетический вклад каждого циклона и как оценивать распределение этой "суммарной" энергии по пространству, принимая, к тому же, во внимание, что "след" циклона покрывает большие территории. Проблема эта была решена путем построения простой модели (схемы) форми-
рования ветровых полей и расчетов энергии этих полей. Методика расчетов полей достаточно подробно описана в (Ярошевич, 2007). Здесь же кратко изложим лишь суть схемы расчетов.
Мы использовали параметры ТЦ, соответствующие 00:00 и 12:00 GMT (параметры ТЦ взяты, в основном, в Интернете из — Unisys Weather Hurricane-Tropical Data for Western (Eastern) Pacific). Координаты циклона в эти фиксированные моменты времени представляются в качестве источников ветра и центров круговых ветровых полей. Циклоническая зона разбивается на элементарные квадраты размерами от 1° х 1° до 5° х 5° в зависимости от решаемой задачи и размеров площади, по которой ведется расчет. Для всех источников всех циклонов, действовавших на этот момент времени по соответствующим каждому источнику значениям Vm, rm, и множеству значений r и Vr рассчитывается значение кинетической энергии для центра каждого элементарного квадрата. Правильнее будет сказать, что рассчитывается величина с размерностью энергии. Строго — максимальная энергия ТЦ одна и определяется в момент достижения самого большого значения максимальных ветров. Мы же в расчетах учитываем работу, совершаемую циклоном на всех этапах его развития, "величиной с размерностью энергии". В эксперименте и в те
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.