Сейсмогенные возмущения температуры в верхней тропосфере и нижней стратосфере

Верхняя тропосфера / нижняя стратосфера (UTLS) является очень динамичным регионом, подверженным влиянию различных возмущений, пространственную и временную эволюцию которых можно проследить по изменениям температуры. В настоящем исследовании решалась задача выделения аномальных изменений температуры, которые могут быть связаны с крупными сейсмическими событиями. Были проанализированы данные спутниковых измерений в периоды подготовки четырех крупных землетрясений с магнитудами M> 7.5, произошедших в зоне Альпийско-Гималайского сейсмического пояса: в Китае (2008 г.), Иране, Пакистане (2013 г.) и Непале (2015 г.) (Свердлик, 2022).
Для идентификации предсейсмических возмущений предложен новый подход к анализу пространственно-временных вариаций температуры в UTLS, основанный на использовании модифицированного критерия STA/LTA, статистического и спектрального анализа (Свердлик, 2021). Разработанный алгоритм построен на последовательном вычислении межсуточной изменчивости температуры T, отношения скользящих дисперсий (VARSTA/VARLTA) и интегральных параметров аномальных вариаций TC (T). Изменения параметров аномальности, которые сопоставлялись с сейсмической активностью, определялись особенностями короткопериодных вариаций температуры, а, соответственно, позволяли оценить интенсивность температурных возмущений. Применение разработанного алгоритма позволило установить, что аномалии сейсмогенного происхождения характеризовались высокими значениями параметра TC (≥2.0) и проявлялись в виде хорошо выраженных мезомасштабных (300800 км), относительно долгоживущих (от 18 до 36 часов) возмущенных областей. Аномалии температуры наблюдались за 15 суток до сильных землетрясений и были локализованы в пределах нескольких сотен километров от их эпицентров (Свердлик, 2022).
Показано, что также на температурный режим в UTLS оказывают влияние эпизоды сильной геомагнитной активности. Характер этого воздействия не одинаков и проявляется в локальных особенностях вертикальной структуры температуры. Поскольку все рассматриваемые события произошли на фоне спокойных геомагнитных условий, пространственные-временные распределения аномалий температуры дают основание предполагать вероятную связь с процессами подготовки землетрясений. Эта связь была подтверждена на примерах рассматриваемых событий.
Установлено, что проявление аномалий температуры существенно зависит от глубины гипоцентра землетрясения. Этот параметр определяет интенсивность динамического воздействия на атмосферу и особенности вертикального распределения возмущений температуры, а, соответственно, играет важную роль в обнаружении атмосферных эффектов, связанных с сейсмической активностью.
Предполагая, что наиболее вероятным механизмом переноса возмущений в системе литосфера-атмосфера-ионосфера являются атмосферные гравитационные волны (АГВ) (Yang, Hayakawa, 2020), очевидным является влияние инверсионного слоя тропопаузы (Tropopause inversion layer, TIL) на их вертикальное распространение. Рассеяние энергии, локальный нагрев и турбулентность, вызванные АГВ, могут прямо или косвенно изменять тепловую и динамическую структуру области тропопаузы (Zhang et al., 2015). Эти процессы влияют на непрерывные изменения спектра распространяющихся волн (Hines, 1960) и могут также способствовать формированию возмущений в UTLS (Yu et al., 2019), а, соответственно, предоставляют возможность выделить и идентифицировать возмущения, связанные с процессом подготовки крупных сейсмических событий (Yang et al., 2019).
Таким образом, результаты данного исследования, полученные с использованием новой методологии, показали, что выделенные возмущения температуры можно рассматривать в качестве предсейсмических атмосферных эффектов. Результаты, полученные при анализе крупнейших событий Альпийско-Гималайского сейсмического пояса, вполне согласуются с выводами, сделанными в ранее опубликованных работах.