Способ обнаружения предвестников волны цунами
Владельцы патента RU 2326412:
Федеральное государственное унитарное предприятие "ВНИИОкеангеология" (RU)
Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для обнаружения предвестников волны цунами. Сущность: устанавливают два модульных магнитометра на одной линии ожидаемого прихода волны на некотором расстоянии друг от друга. Фиксируют сигналы, включающие как естественную вариацию магнитного поля Земли, так и дополнительный модульный сигнал, индуцируемый волной цунами. Вычисляют градиент вариации магнитного поля волны цунами по разности величин сигналов, выделенных каждым магнитометром. Прогнозируют приход цунами. Технический результат: выделение опережающего полезного магнитного сигнала, идущего от волны цунами, на фоне разнообразных вариаций. 1 табл.
Изобретение относится к области сейсмологии, а именно к способам определения опасности цунами, а более конкретно к способам регистрации электромагнитных сигналов, предвестников образования цунами.
Известен способ заблаговременного обнаружения возникших волн цунами [1], при котором рассчитывается вертикальная компонента магнитного поля, генерируемого волной цунами. В качестве гидродинамического источника используется гравитационная волна, индуцируемая землетрясением. Для расчета применяют метод представления индуцированных полей в виде суперпозиции полоидальной и тороидальной магнитных мод. В результате получают аналитическое выражение, описывающее пространственно-временное распределение вертикальной компоненты магнитного поля, индуцируемого волной цунами. Таким образом, вертикальная компонента магнитного поля индуцируемого волной цунами, предшествует приходу волны и может быть зарегистрирована на большом расстоянии от фронта. Однако при данном способе невозможно точное определение вариации магнитного поля, созданной именно волнами цунами, из-за дополнительных значений естественной вариации магнитного поля в исследуемом районе, что не позволяет оценить предвестник цунами, идущий с удаленных расстояний акватории.
Задачей предлагаемого изобретения является выделение опережающего полезного магнитного сигнала, идущего от волны цунами, на фоне разнообразных магнитных полей, в том числе: нормальное магнитное поле Земли, аномалии геологического происхождения, вариации геомагнитного поля, связанные с ионосферными процессами и глубинными процессами в земле и, наконец, магнитное поле волны цунами, которое тоже изменяется во времени, но приходит на разные датчики в разное время. Максимум этого времени прихода наблюдается на одной линии, соединяющей оба датчика и фронт волны цунами.
Поставленная задача решается способом обнаружения предвестников волны цунами, включающим установку на побережье модульных магнитометров, два датчика которых устанавливаются на линии ожидаемого прихода волны цунами на расстоянии друг от друга не менее 300 м, измерение магнитного поля, представляющего собой сумму магнитного поля Земли, его вариации и индуцируемое движением волны цунами магнитное поле, регистрацию градиента магнитного поля по разности показаний двух датчиков, интегрирование градиента магнитного поля по времени для оценки магнитного поля волны цунами в качестве аномалии - предвестника цунами. Значения магнитного поля вариаций для разных датчиков практически одинаковы. Их разность не превышает погрешности измерения. Магнитное поле Земли постоянное. Поэтому в разности будет содержаться константа и градиент вариаций магнитного поля волны цунами (см. табл.1: константа 9,12 нТл).
Магнитометры устанавливаются на расстоянии около 300 м друг от друга. Чем больше чувствительность магнитометров, тем это расстояние может быть меньше, но не менее 100 м. Каждый магнитометр фиксирует сигнал, который включает как естественную вариацию магнитного поля Земли в данном месте, так и дополнительный сигнал, индуцируемый волной цунами. Следовательно, вычисляя разницу между полученными результатами измерений с каждого датчика, можно определить и полезный магнитный сигнал, идущий от волны цунами, и заблаговременно сделать прогноз о приходе волны.
Как показано в работе [1], даже в невыгодном направлении для наблюдателя волна цунами на расстоянии 100 км создает единицы нТл (в работе [1] единицы измерения указаны в γ: 1γ=1 нТл). В ортогональном направлении - до 10 нТл.
Современные магнитометры могут измерять магнитное поле до 10 и более раз в секунду с погрешностью 0,001 нТл и менее.
Пример измерения двумя датчиками с помощью градиентометрической измерительной системы приведен в таблице 1.
Среднее квадратическое отклонение фоновой разности составляет σ=0,102 нТл, средняя разность Δ=9,12 нТл. За аномалию принимаются значения, выходящие за пределы (Δ±3σ), то есть a1≥Δ+3σ и а2≤Δ-3σ. Если число точек на аномалии ≥27, то по критерию Котельникова с достоверностью 99,5% аномалия может быть выделена по отклонению от среднего в 1σ.
Обычно разность Δ вычитается, градиент фильтруется для исключения случайных помех, интегрируется и производится выделение аномалий.
Предлагаемый способ прост в исполнении и позволяет определить ранний предвестник цунами, идущий с дальних расстояний акватории.
Использованная литература:
1. Белоконь В.И., Московченко Л.Г. Электромагнитный предвестник волны цунами, возбуждаемой сдвиговой дислокацией. // Второй всероссийский симпозиум «Сейсмоакустика переходных зон». Тезисы докладов. Владивосток, 2001 г.
Способ обнаружения предвестников волны цунами, включающий установку двух модульных магнитометров на одной линии ожидаемого прихода волны на некотором расстоянии друг от друга, фиксацию сигналов, включающих как естественную вариацию магнитного поля Земли, так и дополнительный модульный сигнал, индуцируемый волной цунами, вычисление градиента вариации магнитного поля волны цунами по разности величин сигналов, выделенных каждым магнитометром, прогнозирование прихода цунами.
