В.Г. Гитис, А.Б. Дерендяев, К.Н. Петров

Подход к систематическому прогнозу землетрясений

Систематический прогноз землетрясений производится регулярно с шагом Δt в заранее выбранной зоне анализа. На каждом шаге дополняется выборка эпицентров целевых землетрясений и загружаются новые данные о сейсмическом процессе. Данные обрабатываются, преобразуются в сеточные поля и производится машинное обучение по всем данным, имеющимся от начала обучения до момента прогноза t*. Результатом является карта зоны тревоги, в которой на интервале (t*, t*+Δt] ожидается эпицентр целевого землетрясения. На следующем шаге интервал обучения увеличивается на величину Δt. Обучение базируется на методе минимальной области тревоги. Математическая модель метода позволяет выбирать в сеточных полях предшествующие целевым землетрясениям аномалии, которые могут являться предвестниками землетрясений, сравнивать эти аномалии между собой и затем использовать аналогичные аномалии при прогнозе. Модель вводит ограничения на класс решающих правил прогноза. Это помогает компенсировать малое количество сильных землетрясений, используемых для обучения. В наших предыдущих работах качество прогноза оценивалось долей обнаруженных целевых событий при заданной средней величине зоны тревоги. Здесь мы рассматриваем обобщение метода минимальной области тревоги, предназначенное для улучшения другой характеристики качества прогноза: вероятности появления хотя бы одного целевого события в ожидаемой зоне тревоги. Отличие метода состоит в том, что в момент прогноза t* принимаются два решения: прогноз по времени и по пространству. Первое решение определяет возможность появления эпицентра землетрясения с целевой магнитудой на интервале прогноза. Если принято решение о том, что целевое событие возможно, то вычисляется карта с зоной тревоги. Целевое землетрясение предсказано, если его эпицентр попадает в вычисленную зону тревоги. Моделирование прогноза выполнено для регионов Камчатки и Калифорнии. Исходные данные Камчатки состоят из каталога землетрясений. Для региона Калифорнии использовались данные каталога землетрясений и временные ряды GPS. Результаты показали достаточно высокие оценки вероятности обнаружения целевых событий и весьма малые значения оценок вероятности прогноза появления эпицентра целевого события в зоне тревоги. При этом оценки вероятности систематического прогноза намного превышают аналогичные вероятности прогноза по случайным полям.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: прогноз землетрясений, машинное обучение, метод минимальной области тревоги, качество прогноза, пространственно-временные процессы