На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаБезопасность жизнедеятельности и окружающая природная среда → Человек и окружающая среда

Анализ ритмической структуры временных рядов в окружающей среде


В пределах Гармского района временные вариации поля поглощения внутри даже близко расположенных зон существенно отличаются друг от друга. Сказанное относится и к характеру изменения деформаций и наклонов и связывается с существенно различающимися геологическими условиями в пунктах наблюдения. Для уменьшения влияния пространственных неоднородностей район исследований был разделен на 12 зон, в радиусе 15 км вокруг каждой из 12 сейсмических станций Гармского полигона.


В работе внимание акцентируется на сравнении временных рядов различных геофизических параметров, поэтому мы рассматривали временные ряды глубины КФС в пределах только четырех зон - вокруг станций № 13 (Хаит), № 6 (Чусал) на севере района и № 1 Тавиль-Дора (ТДР), № 11 Чиль-Дора (ЧДР) - на юге (рис. 6.1). Для этих зон мы располагали данными о вариациях наклонов, деформаций и уровня грунтовых вод.


Анализ рядов КФС (рис. 6.2), уровня грунтовых вод (рис. 6.3), деформаций и наклонов (рис. 6.4), скорости вращения Земли (рис. 6.5) начнем с визуального сравнения. Ряды глубины КФС (рис. 6.2а) и уровня грунтовых вод (рис. 6.3а) по данным ст. Хаит имеют сходные тенденции. В течение 1980-1983 гг., в условиях низких скоростей вращения Земли (рис. 6.5а), уровень грунтовых вод в целом понижается, в то же время глубина КФС увеличивается, что также свидетельствует о погружении границы флюдонасыщенного слоя.


Других примеров сходства вариаций рассматриваемых параметров на уровне визуального сравнения обнаружить не удается. Часто они могут проявляться при спектральном анализе в более короткопериодных ритмах или скрытых периодичностях.


Для изучения ритмической структуры рассматриваемых параметров, а также для выявления тенденций ее изменения во времени мы воспользовались различными способами спектрального и спектрально-временного анализа. Фурье-анализ и анализ с помощью структурной функции позволяют выявить ритмическую структуру всего ряда. СВАН дает представление о динамике процесса во времени, но, обладая хорошим разрешением по частоте, плохо локализует во времени моменты и характер перестройки ритмов (скачки или дрейфы периода).


Дрейф периодов в ряде случаев можно проследить по скользящей структурной функции, преимущественно в более высокочастотной части спектра, так как расширение спектра в сторону длинных периодов требует увеличения окна анализа, которое в свою очередь ограничено длиной ряда.

Временные ряды (а), СВАН-диаграммы (б), ряды параметра хаотизации (б), амплитудные спектры (г), структурные функции (д) и результаты вейвлет-анализа функцией DOG (е) глубин КФС

Рис. 6.2. Временные ряды (а), СВАН-диаграммы (б), ряды параметра хаотизации (б), амплитудные спектры (г), структурные функции (д) и результаты вейвлет-анализа функцией DOG (е) глубин КФС, определенных по огибающим коды землетрясений, локализованных в 15-километровой зоне вокруг станций Тавиль-Дора, Чиль-Дора, Чусал и Хаит


Спектральная структура рядов глубины КФС по данным четырех станций различается. Для ст. Хаит характерны в целом более длиннопериодные ритмы - от 9 мес до - 5 лет с максимумом в длиннопсриодной части. Анализ СВАН-диаграммы показывает, что в течение рассматриваемого временного интервала периоды ритмов по данным ст. Хаит имеют тенденцию к росту от около полугода до 15-20 мес.


Спектр ритмов для ст. Чусал по сравнению с Хаитом несколько смещен в сторону меньших периодов - от 2.4 до 17 мес по спектру, о наличии более длиннопериодных ритмов (Г= 2-6 лет) можно судить по структурной функции и результатам вейвлет-анализа. Окологодовой ритм не является преобладающим пи для одной из станций, по в разные интервалы времени прослеживается на всех станциях.


Основные ритмы для Тавиль-Доры находятся в интервале от 8-11 до 15-16 мес. Самые короткопериодные ритмы свойственны ряду глубин КФС для ст. Чиль-Дора - от 2 до 13 мес, хорошо выражен ритм с периодом около полугода, который варьирует от 5 до 7 мес на разных временных интервалах. Слабее выражены и непродолжительны ритмы с периодами 3 и 4 мес.


Ряды параметра хаотизации также различаются - для Тавиль-Доры характерны периодические смены порядка и хаоса, для Чиль-Доры - положительный тренд параметра хаотизации. Для Хаита резкий рост хаоса приходится па 1982-83 гг., аналогичный, но меньший по амплитуде всплеск можно выделить и для Чусала, максимальный уровень хаоса здесь отмечается в 1990 г.


Из СВАН-диаграммы ряда по данным ст. Чиль-Дора следует, что в середине временного интервала произошла перестройка структуры ритмов, в результате чего спектр периодов расширился как в сторону длинных, так и в сторону коротких периодов, вследствие чего вырос параметр хаотизации.


На результатах вейвлет-аиализа максимумы энергетического спектра, показанные на рисунке темным тоном, интерпретируются как ритмические составляющие процесса, доля которых в общей энергии велика, по мере ослабления тона - доля уменьшается. Для ст. Тавиль-Дора, помимо описанных выше ритмов 8-11 и 15-16 мес, локализованы ритмы около 3 и более 5 лет, максимальная амплитуда последнего приходится на 1986-1990 гг. Для этого временного интервала характерно смещение спектра ритмов в сторону длинных периодов. Ритмы менее полугода, которые прослеживаются до и после него, отсутствуют. По результатам вейвлет-анализа и для ст. Чиль-Дора отмечаются ритмы с периодами около 3 и 4 лет.


На рисунке можно видеть интервалы времени, где периоды ритмов не локализованы, такие случаи можно охарактеризовать как проявление нестационарности процесса, когда происходит обмен энергией между разнопериодными составляющими. В такие моменты периоды не остаются постоянными, они дрейфуют, происходит перестройка ритмической структуры.


На ст. Чусал в 1982-1984 гг. при вейвлет-анализе обнаруживается дрейф периодов от 0.5 до 6 лет. В 1986 г. по результатам вейвлет-анализа дрейф от 0.5 до 3.5 лет. В 1990 г. на графике вейвлет-анализа дрейф от 0.5 до 6 лет. По рядам ст. Тавиль-Дора в 1980-1981 гг. наблюдается дрейф периодов. В 1986 г. виден дрейф от 1 до 4 и более лет, а в 1988 г. - дрейф от 1.5 до 2.5 лет.

Временные ряды (д), СВАН-диаграммы (б), ряды параметра хаотизации (б), амплитудные спектры (г), структурные функции (д) и результаты вейвлет-анализа функцией DOG (е) среднесуточных вариаций уровня грунтовых вод

Рис. 6.3. Временные ряды (д), СВАН-диаграммы (б), ряды параметра хаотизации (б), амплитудные спектры (г), структурные функции (д) и результаты вейвлет-анализа функцией DOG (е) среднесуточных вариаций уровня грунтовых вод, зарегистрированных в скважинах Хаита и Тавиль-Доры