Статья: Семантические информационные модели влияния солнечных пятен на сейсмическую активность, движение полюса и магнитное поле Земли

солнечный пятно сейсмический земля

Таблица 1 Параметр сходства категории магнитуда в четырех моделях

Рис. 1

Ранее было показано /13-16/, что матрица информативности (2) может быть использована для выявления и визуализации когнитивных функциональных зависимостей в фрагментированных и зашумленных данных большой размерности в задачах прогнозирования климата и сейсмической активности. Кратко поясним суть этого метода. Матрица информативностей (2) рассчитывается на основе системной теории информации /19/ непосредственно на основе эмпирических данных и представляет собой таблицу, в которой столбцы соответствуют обобщенным образам классов, т.е. будущим состояниям моделируемой системы, строки - значениям факторов, влияющих на эту систему, а на пересечениях строк и столбцов находится количество информации, которое содержится в факте действия значения фактора, соответствующего строке, на переход системы в состояние, соответствующее столбцу. Максимальное количество информации, которое может быть в значении фактора, определяется числом будущих состояний моделируемой системы. Модуль количества информации отражает силу влияния значения фактора, а знак - направление этого влияния, т.е. то, способствует он или препятствует наступлению данного состояния. Если последовательности классов и значений факторов образуют порядковые шкалы или шкалы отношений, т.е. соответственно, на них определены отношения «больше-меньше» или, кроме того, единица измерения, начало отсчета и арифметические операции, то матрица информативностей допускает наглядную графическую визуализацию, традиционного для функций типа, когда значения факторов рассматриваются в качестве значений аргумента, а классы, о наступлении которых в этих значениях факторов содержится максимальное количество информации - в качестве значений функции. Другие классы, менее обусловленные данным значением фактора, а также те, наступлению которых это значение препятствует в большей или меньшей степени, также могут отображаться соответствующими цветами, и это также может представлять интерес, т.к. позволяет задействовать мощные способности человека к анализу изображений. Когнитивные функции, представляемые в форме матрицы информативностей, соответствуют очень общему виду функциональной зависимости: многозначной функции многих аргументов, т.к. каждое значение фактора влияет на все состояния моделируемого объекта, и каждое его состояние обусловлено всеми значениями факторов /20/.

На рис. 2 представлены фрагменты матрицы информативностей моделей M170(RA,L,Р) и M170(В,L). Визуализация этих фрагментов осуществлялась на основе программы InfVisual v. 2.2 (авторы: Д. Бандык и Е.В. Луценко). Из представленных на рис. 2 данных следует, что существует влияние солнечных пятен на сейсмические события, но это влияние не подобно влиянию индукции магнитного поля. Отметим, что в работе /21/ было установлено подобие влияния долготы Сатурна и вариаций магнитного поля на сейсмические события.

Рис. 2 Зависимость частоты категорий однократных (А), двукратных (В) и трехкратных (С) сейсмических событий с магнитудой от параметра RADAILY и вариаций вертикальной компоненты индукции магнитного поля Земли на трех станциях в 1963-2006 гг по данным /10/ в модели М170

На рис. 3. представлены фрагменты матрицы информативностей моделей M160(L,Р365) и M160(L,R). Из представленных на рис. 3 данных следует, что существует влияние солнечных пятен на сейсмические события через посредство комплексов Р3 Урана и Нептуна, и что это влияние подобно влиянию индукции магнитного поля и долготы Сатруна.

Рис. 3 Зависимость частоты категорий однократных (А), двукратных (В) и трехкратных (С) сейсмических событий с магнитудой от параметра P3 вычисленного для Урана и Нептуна при Q0i =365, долготы Сатурна и вариаций вертикальной компоненты индукции магнитного поля Земли на станции SOD в 1963-2006 гг по данным /10/ в модели М160

Можно предположить, что основную роль во влиянии на сейсмические события играет возбуждение магнитосферы небесных тел солнечным ветром. Однако, как было установлено, влияние Юпитера, обладающего самой большой по объему магнитосферой среди планет, не подобно влиянию Урана и Нептуна. На рис. 4. представлены фрагменты матрицы информативностей моделей M160(L,Р365) и M160(L,R). Из представленных на рис. 4 данных следует, что существует влияние солнечных пятен на сейсмические события через посредство комплекса Р3 Юпитера, но оно не подобно влиянию магнтного поля земли, Уран, Нептуна и Сатурна.

Рис. 4 Зависимость частоты категорий однократных (А), двукратных (В) и трехкратных (С) сейсмических событий с магнитудой от параметра P3 вычисленного для Юпитера при Q=1; Q0 =68 и Q0 =365, и долготы Юпитера

В рамках семантических информационных моделей можно решить вопрос о влиянии взаимных аспектов небесных тел, которые определяются как разность долготы двух небесных тел. Исследовалось влияние на сейсмические события разности долготы Солнца и четырех небесных тел - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. В результате установлено, что заметного влияния аспектов Солнца с Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном на сесмические события нет, хотя система «Эйдос-астра» позволяет отфильтровать несколько пиков для каждого из аспектов - см. рис. 5.

Исследовалось влияния разности долготы четырех небесных тел - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна между собой. Наиболее значимы оказались взаимные аспекты (в порядки значимости):

1) Уран/Нептун - влияние на общее число землетрясений, на суммарную магнитуду, на среднюю энергию и на средний объем;

2) Сатурн/Нептун - влияние на общее число землетрясений, на суммарную магнитуду, на среднюю магнитуду;

3) Сатурн/Уран - влияние на среднюю магнитуду;

4) Юпитер/Сатурн - влияние на общее число землетрясений и на суммарную магнитуду.

У перечисленных аспектов ярко выраженное влияние, похожее на влияние магнитного поля Земли - см. рис. 5 и 2.

Рис. 5 Зависимость частоты категорий однократных (А), двукратных (В) и трехкратных (С) сейсмических событий с магнитудой от взаимных аспектов Солнца, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна

На данных для аспектов Юпитера на рис. 5 хорошо просматриваются всплески, соответствующие некоторым аспектам Юпитер/Уран и Юпитер/Нептун. Полосы, обнаруженные на данных для долготы Юпитера на рис. 4, видимо, соответствуют этим аспектам.

Влияние солнечных пятен на магнитное поле Земли

Как известно, число солнечных пятен связано с изменением полярности солнечного магнитного диполя /1, 6/. Поэтому, можно ожидать, что есть прямая связь между параметром RADAILY и вариациями индукции магнитного поля земли. На рис. 6. приведены коэффициенты корреляции параметра RADAILY с вертикальной компонентой индукции магнитного поля на протяжении 16032 дней по измерениям на 23 станциях, перечисленных выше. Средний коэффициент корреляции по всем станциям составляет около -0,00409, что, на первый взгляд, свидетельствует об отсутствии связи между числом пятен на Солнце и вариациями магнитного поля Земли. С другой стороны, данные /2-5/ и другие указывают на наличие такой связи. Для объяснения этого парадокса была разработана специальная методика вычисления геомагнитных индексов, которые изменяются подобно параметру RADAILY или числу Вольфа /21/. Такие индексы составляются на основе часового, трехчасового, суточного, месячного или годового изменения энергии магнитного поля. В частности, в монографии /21/ были построены месячные и годичные средние комбинации вариаций магнитного поля, которые имеют коэфиициент корреляции с числом пятен на Солнце 0,654 и 0,884 соответственно.

Начиная с 1 января 1964 года IAGA было рекомендовано не использовать вертикальную компоненту индукции магнитного поля при вычислении индексов геомагнитной активности, поскольку влияние местных аномалий может быть весьма велико для вертикальной компоненты поля. Это представляется несколько странным, так как в средних и высоких широтах вертикальная компонента поля превосходит горизонтальную составляющую.

Рис. 6

Можно предположить, что некоторые выборки их рядов данных RADAILY будут иметь более высокий коэффициент корреляции с вертикальной компонентой индукции магнитного поля, нежели весь ряд. Таким образом, были образованы новые ряды данных, удовлетворяющие условию RADAILY>C, а также годичный ряд и ряд 74 дня - таблица 2. Укороченные ряды действительно имеют более высокий коэффициент корреляции на некоторых станциях, однако средний по всем 23 станциям коэффициент корреляции имеет максимум 0,06 для годичного ряда, что значительно меньше величины 0,884, полученной авторами /21/ для корреляции среднегодичных величин геомагнитного индекса и числа солнечных пятен.

Полученные результаты означают, что влияние солнечных пятен на магнитное поле Земли является опосредованным. Согласно /21-22/ в механизм этого влияния включены такие сложные системы, как земная магнитосфера и ионосфера, а также солнечная корона.

С другой стороны, в работах /13, 16/ и других было показано, что на магнитное поле Земли существенное влияние оказывают небесные тела Солнечной системы. Особая роль в этом влиянии принадлежит Урану и Нептуну. Гипотеза опосредованного влияния солнечных пятен на земную магнитосферу находит свое подтверждение в рамках модели /18/, в которой параметры (5) вычисляются с учетом влияния числа солнечных пятен. Физический смысл выражений (5) довольно очевиден: опосредованное влияние солнечных пятен включает медленный интегральный процесс и быстрый процесс, который распространяется со скоростью света. При этом предполагается, что солнечные пятна индуцируют дипольное излучение путем воздействия на магнитосферу небесного тела.

Таблица 2 Изменение коэффициента корреляции параметра RADAILY с вариацией вертикальной компоненты индукции магнитного поля на шести станциях и среднее значение по 23 станциям для различной выборки данных.

На рис. 7 представлены абсолютные значения коэффициентов корреляции комплексов (5) в случае Урана и Нептуна с вертикальной компонентой индукции магнитного поля Земли. Отметим, что в отличие от параметра RADAILY - см. рис. 6, комплексы (5) имеют высокий, вплоть до 0,98, коэффициент корреляции с вертикальной компонентой индукции. Интегральный параметр, фигурирующий в выражениях (5), принят постоянным и равным H0i =365. Это значение не было оптимизировано для указанных небесных тел.