Особенности шкал геокатастрофики

Ранее в работах по математике и смежным научным дисциплинам – анализу данных, вычислительной геологоразведке, геокибернетике [3, 5, 7, 8 и др.] – вводились различные определения термина «шкала» (применительно к эмпирическим исследованиям = ЭИ и к фиксации их результатов). Эти определения мало чем отличались одно от другого. Их слабые конструктивность и ясность не позволяли ни использовать их в ЭИ, ни развивать теорию шкал. Одной из попыток компенсации этих недостатков были работы [1, 6]. На их основе появилась возможность понять соотношения значений термина «шкала», присутствующее в математических работах по ЭИ (далее будем называть такую шкалу «ЭИ-шкала») и термином «шкала», используемым в геокатастрофике, более узко – в теории и практике исследований ОПП = опасных природных процессов [2, 4, 9 и др.], в частности – явлений цунами (далее будем называть такую шкалу «ОПП-шкала»).

В данной статье, опираясь на работу [6] и продолжая работу [2], нами осуществлён обзор ряда важнейших ОПП-шкал по единой системе параметров, введённых нами предварительно, а также определено, какими логико-математическими конструктами являются эти ОПП-шкалы.

В геокатастрофике [2, 4, 9 и др.] используются различные ОПП-шкалы. Геокатастрофами (ГК) будем считать процессы и явления на Земле, приводящие к "грандиозным" изменениям (глобальным или региональным) в неживой природе и\или в биоте Земли (во флоре и фауне), приводящие (либо нет) к "большим" человеческим жертвам и\или ущербу людям - материальному и\или моральному.

Классифицирование ГК можно производить [9] по следующим свойствам и их значениям. Типы ГК – по причине (происхождению, источнику энергии и воздействия): ТИП < П > – природные с подразделением на подтипы: < ПК > = природно-космические, < ПА > = природно-атмосферные, < ПЛ > = природно-литосферные, < ПГ > = природно-гидросферные, < ПБ > = природно-биологические; ТИП < С > - социальные с подразделением на подтипы: < СТ > = социально-техногенные, < СГ > = социально-гуманитарные, < СБ > = социально-биологические, < СМ > = социальные мистические (мифические, трансцендентные, религиозные). По скорости протекания ГК и нарастания её ущерба ГК могут быть скоротечными (от секунд до суток), средне быстрыми (от месяца до года) и «долгими» (многолетние). По протяжённости ГК различаться на 1, 2, 3, 4 порядка (в километрах). По ущербу – различия до 10 порядков. ГК могут быть периодическими либо нет, с нарастающей мощью либо нет. Противодействие ущербу от ГК – это противодействие: (а) источнику ГК, (б) носителю ГК, (в) уязвимости охраняемых от ГК объектов. Перечень видов ОПП, изучаемых геокатастрофикой, и их систематизацию задаёт также группа из 5 классификаций ОПП по их 1 свойству, приведённая в [4].

В каждой ОПП-шкале оцениваются ЯВЛЕНИЯ (объекты, процессы, их свойства) некоторого вида, принадлежащие к ТИПУ < П > или к ТИПУ < С > с их подтипами. ИХ ПРИМЕРЫ ТАКОВЫ. Явления подтипа < ПК > – это явления солнечной радиации, падающих на Землю космических тел (метеоритов, астероидов, ...). Явления подтипа < ПА > – это явления ураганов, осадков, молний, оледенений, туманов. Явления подтипа < ПЛ > – это явления землетрясений (как явления в очаге в земной коре или в мантии (энергия и др.), так и явления на поверхности Земли - сотрясаемость и её последствия), а также сели, оползни, лавины, карстовые провалы. Явления подтипа < ПГ > – это явления штормовых волн, цунами-волн, наводнений, схода лавин и отрыва ледников. Явления подтипа < ПБ > – это пандемии опасных вирусов и бактерий, взрывные росты популяций "вредных" насекомых, грызунов, хищников, сорных растений. Явления подтипа < СТ > – это взрывы ядерных бомб и реакторов, региональные и мировые войны, их земные последствия; провалы, взрывы и пожары в шахтах, в крупных цехах и хранилищах, на электростанциях, крушения поездов и самолётов, затопления крупных морских судов, разливы добытой нефти или химических жидкостей, загрязнения атмосферы с многократным ПДК, крупные пожары в городах. Явления подтипа < СГ > – это демографические кризисы и взрывы; массовые репрессии и геноцид (людьми одного социального слоя людей другого социального слоя; приход к власти в некой стране жестокой агрессивной тоталитарной своекорыстной хунты негодяев и\или придурков (как в Третьем Рейхе); подавление науки и мудрости мракобесием невежества с массовым распространением квази-знаний и анти-знаний, ложно возведённых в ранг 100%-ных истин (в частности, от какой-либо из религий, знахарства, гаданий, гороскопов, поверий, примет и т.п.); масштабная и вредная важная массовая политическая дезинформация через СМИ; переизбыток "мусорных" незначительных и неупорядоченных развлекательных и безнравственных контентов в интернете; потоки навязчивой отвлекающей и обманывающей рекламы в СМИ; резкое падение нравов в социуме (с ростом преступности, наркомании, алкоголизма, невежества, слабоумия, мошенничества, обмана). Явления подтипа < СБ > – это резкий рост генетических болезней и уродств, рост заболеваемости и смертности, резкое падение рождаемости (=депопуляция), масштабные загрязнения от свалок мусора, от канализации, от животноводства. Объекты подтипа < СМ > – это легенды о "всемирном потопе", о гибели Атлантиды, о "страшном суде" (=апокалипсис) и др.

ВАЖНО уяснить, что множество ЯВЛЕНИЙ геокатастроф близко к бесконечности. И для всех перечисленных выше явлений разных типов и подтипов существует или может быть разработана своя ОПП-шкала.

В предыдущей статье [2] нами выявлялось принципиальное отличие ЭИ-шкал (шкал эмпирических исследований в работах по математике и анализу данных) от ОПП-шкал (опасных природных процессов), а также была введена единая система параметров описания ОПП-шкал. В статье [2] были рассмотрены следующие ОПП-шкалы >>> 

>>> Ш1. Туринская шкала (угрозы падающих на Землю космических тел)

>>> Ш2. Магнитудная шкала Рихтера - для выражения энергии очага землетрясения

>>> Ш3. Шкала интенсивности землетрясений (сотрясаемости) Меркалли

>>> Ш4. Шкала ураганов Саффира–Симпсона для измерения потенциального ущерба от ураганов

В данной статье в дополнение к ним рассмотрены следующие ОПП-шкалы >>> 

>>> Ш5. Шкала уровней солнечной радиации от "NOAA Space Weather"

>>> Ш6. Шкала интенсивности вулканических извержений

>>> Ш7. Шкала Бофорта - оценки скорости ветров в море и на суше

>>> Ш8. Шкала опасности гроз

>>> Ш9. Шкала Амбрейсиса интенсивности цунами-волн 

Для обзора важнейших ОПП-шкал Ш5, Ш6, Ш7, Ш8, Ш9 по единой системе нами введены следующие ПАРАМЕТРЫ для ОПП-шкалы.

ШN – порядковый номер N рассматриваемой нами ОПП-шкалы из [4].

ОЯ – оцениваемые ЯВЛЕНИЯ (реальные или гипотетические) как источники произошедших или потенциально возможных катастроф разных типов и подтипов, заданные прямыми свойствами этих явлений.

ПС – ПРЯМЫЕ (целевые) свойства оцениваемых ЯВЛЕНИЙ от ОПП (например, сотрясаемость от землетрясений и падений астероидов и метеоритов, параметры их кратеров, параметры оползней, ураганов и излучений и др.), вызванных оцениваемыми объектами. Эти ПС разделены на ППС и СПС; ППС – это причинные прямые свойства – такие ПС, которые характеризуют первичный источник (причину) возникшего явления; например, для волны цунами таким ППС может быть подводное землетрясение, а для штормовых волн – ураганный ветер, а для ураганного ветра – резкий перепад атмосферного давления; СПС – это следственные прямые свойства (например, для землетрясения – это подвижки в литосфере или в верхней мантии Земли).

КС – КОСВЕННЫЕ свойства ГК-явлений, посредством которых оцениваются значения ПС. Например, значения КС в баллах, присвоенные таким ОЯ, как землетрясению, шторму, цунами.

Заметим, что свойства ПС и КС могут меняться местами (когда ПС играют роль КС, а КС играют роль ПС); такое случается тогда, когда по известному последствию ОПП, описанному в грубой ЭИ-шкале, оцениваются свойства ОЯ. Аналог этому – постановка и решение (аналитическое или интуитивное) обратной задачи вместо прямой. Например, когда метеорологи оценили ураганный ветер в баллах авиаторы могут оценить скорость ветра в км\час.

ТШ – тип МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ШКАЛЫ (ЭИ-шкалы) в которой заданы значения ПС и КС: Н – наименований, П – порядка, А – арифметическая (с разновидностями: абсолютная, отношений, разностей или интервалов), Д – дискурсивная (словесная) - из типизации ЭИ-шкал, описанных в работе [6]; РА – размерность свойства ПС или КС: РС – размерное свойство (с указанием единицы измерения), БС – безразмерное свойство; ДГ – диапазон градаций (или значений) для КС (от мин до макс); ЧГ – число возможных градаций (участков диапазона значений) ПС и КС; ШГ – величина равномерного шага градации (или значений) для ПС и КС; ТИ – возможны следующие типы изменчивости (ТИ) ПРЯМОГО (ПС) или КОСВЕННОГО (КС) свойства (переменной) в ОПП-шкале: тип МВ – значения ПС или КС монотонно возрастают, тип МУ – они монотонно убывают, тип ВУ – они возрастают, затем убывают; тип УВ – они убывают, затем возрастают; тип КГ – они изменяются квазигармонически.

ТЗ – тип зависимости (отображения) свойств ПС на КС: ПЗ – прямая зависимость (с ростом значения КС растёт значение ПС): ∂(ПС)\∂(КС)>0, НЗ – нулевая зависимость ПС (КС), т.е. ПС= const с ростом значения КС и ∂(ПС)\∂(КС)=0; ОЗ – обратная зависимость (с ростом значения КС уменьшается значение ПС): ∂(ПС)\∂(КС)<0; ОВ – оцениваемый вред человечеству от ОЯ: ОВФ – оцениваемый вред формально (по некой методике оценки), ОВН – оцениваемый вред неформально (интуитивно и визуально).

Осуществим далее обзор 5 важнейших известных ОПП-шкал Ш5, Ш6, Ш7, Ш8, Ш9 по единой системе введённых выше параметров.

Ш5. Шкала уровней солнечной радиации от "NOAA Space Weather" [4, с. 19-24].

Характеристика этой ОПП-шкалы по единой системе параметров:

ОЯ – всплески солнечной радиации (связанной с пятнами на солнце или с его протуберанцами); ПС1 – интенсивность корпускулярных потоков (протонов, электронов) = "солнечный ветер" со скоростями 300 - 1500 км\сек; показатель: число частиц за 5 минут в 1 секунду на 1 кв. см в пределах телесного угла в 1 стерадиан; ТШ(ПС1) = арифметическая (А); РА = РС; ДГ: 10⁵ - 10¹; ЧГ = 5; ШГ = lg (ПС1), т.е. "на порядок"; ТИ = МУ; ТЗ = ПЗ; ОВ = ОВФ и ОВН.

ПС2 – уровень помех в радиосвязи и навигации, в работе электронных приборов; ТШ(ПС2) = Д; РА, ДГ, ЧГ, ШГ - не определены; ТИ = МУ; ТЗ = ПЗ; ОВ не определён.

ПС3 – негатив от облучения биологических объектов; ТШ(ПС3) = П; РА = БС; ЧГ(ПС3), ШГ(ПС3), ДГ(ПС3) – не определены; ТИ = МУ; ТЗ = ПЗ; ОВ = ОВН.

КС – балл; ТШ (КС) – порядковая (П); ДГ(КС): от 1 до 5; ЧГ (КС) = 5, ШГ(КС) = 1, ТИ(КС) = МУ; ТЗ(КС) = ПЗ; ОВ не определён.

Ш6. Шкала интенсивности вулканических извержений [4, с. 36].

ПС1 – высота плюма (в км); ТШ(ПС1) = А; РА = РС; ДГ: от 0.1 до 25; ЧГ = 8; ШГ = неравномерный; ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ - отсутствует.

ПС2 – объём изверженного материала (в км³); ТШ(ПС2) = А; РА = РС; ДГ: от 10^-5 до 1000; ЧГ = 8; ШГ = lg (ПС2); ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ – отсутствует.

ПС3 – длительность извержения (в годах); ТШ(ПС3) = А; РА = РС; ДГ: от 10^-2 до 10 000; ЧГ = 8; ШГ – неравномерный; ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ не определён.

КС – балл; ТШ (КС) – порядковая (П); ДГ(КС): от 1 до 8; ЧГ (КС) = 8; ШГ(КС) = 1; ТИ(КС) = МВ; ТЗ(КС) = ПЗ; ОВ = ОВН.

Ш7. Шкала Бофорта - оценки скорости ветров над морем и над сушей [4, с. 43].

ПС1 – скорость ветра (в м\сек); ТШ(ПС1) = А; РА = РС; ДГ: от 0 до >33; ЧГ = 12; ШГ: от 1 до 4; ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ = ОВН.

ПС2 – последствия ветра над сушей; Ш(ПС2) = Д; РА, ДГ, ЧГ, ШГ – не определены; ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ = ОВН.

ПС3 – последствия ветра на поверхности моря; ТШ(ПС3) = Д; РА, ДГ, ЧГ, ШГ – не определены; ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ = ОВН.

КС – балл; ТШ (КС) – порядковая (П); ДГ(КС): от 1 до 12; ЧГ (КС) = 12; ШГ(КС) = 1; ТИ(КС) = МВ; ТЗ(КС) = ПЗ; ОВ не определён.

Ш8. Шкала опасности гроз [4, с. 41].

ПС1 – интенсивность и длительность ливня в мм осадков);

ТШ(ПС1) = А; РА = РС; ДГ, ЧГ, ШГ - не определены; ТИ = МВ; ТЗ = МВ; ОВ – не определён.

ПС2 - сила (=скорость) порывов ветра (в м\сек); ТШ(ПС2) = А; ДГ, ЧГ, ШГ – не определены; ТИ = МВ; ТЗ = МВ; ОВ - не определён.

ПС3 – размеры градин (в см); ТШ(ПС3) = А; ДГ, ЧГ, ШГ – не определены; ТИ = МВ; ТЗ = МВ; ОВ - не определён.

ПС4 – частота грозовых разрядов (шт\мин); ТШ(ПС4) = А; ДГ, ЧГ, ШГ – не определены; ТИ = МВ; ТЗ = МВ; ОВ – не определён.

ПС5 – тип и число молний (одиночных, в ячейках, в кластерах); ТШ(ПС5) = Д; РА, ДГ, ЧГ, ШГ – не определены; ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ не определён.

КС – балл; ТШ (КС) – порядковая (П); ДГ(КС): от 1 до 4; ЧГ (КС) = 4; ШГ(КС) = 1; ТИ(КС) = МВ; ТЗ(КС) = ПЗ; ОВ не определён.

Ш9. Шкала Амбрейсиса интенсивности цунами-волн [4, с. 52].

ПС1 – амплитуда цунами-волны в открытом море (в м по вертикали); ТШ(ПС1) = А; РА = РС; ДГ, ЧГ, ШГ - не определены; ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ = ОВН.

ПС2 – величина заплеска цунами-волны на берег (в м по горизонтали);

ТШ(ПС2) = А; РА = РС; ДГ, ЧГ, ШГ – не определены; ТИ = МВ; ТЗ = ПЗ; ОВ = ОВН.

КС – балл; ТШ (КС) – порядковая (П); ДГ(КС): от 1 до 6; ЧГ (КС) = 6; ШГ(КС) = 1; ТИ(КС) = МВ; ТЗ(КС) = ПЗ; ОВ = ОВН.

Следующие наши ВЫВОДЫ (1) - (6) являются общими для статьи [2] и для данной статьи:

1. Каждая ОПП-шкала построена для следующих двух целей. Цель 1 – для прогноза места и\или временнόй вероятности и\или энергии и масштаба ОПП на основе районирования местности - по данным подробных, точных, сложных данных в тонких ЭИ-шкалах по густой сети наблюдений – с переходом к простым данным в грубой ЭИ-шкале порядка (П). Цель 2 – для быстрой оценки происшедшего ОПП и принятия немедленных мер на основе простых данных в грубой ЭИ-шкале порядка (П).
2. С логико-математической точки зрения ОПП-шкалы и ЭИ-шкалы принципиально различны. ЭИ-шкалы задают ТИП ДАННЫХ, а ОПП-шкалы являются ГОМОМОРФНЫМИ ОТОБРАЖЕНИЯМИ множества данных прямых свойств (ПС), характеризующих ОПП и заданных в разных ЭИ-шкалах, на одно косвенное свойство (КС) в шкале порядка (в баллах). Как известно [8], гомоморфным отображениям соответствуют функции, задаваемые либо формульно, либо графически, либо таблично. Все рассмотренные выше ОПП-шкалы являются ТАБЛИЧНЫМИ ФУНКЦИЯМИ.
3. Почти во всех ОПП-шкалах количество ПС>1, а количество КС=1, причём ПС задаются в «тонких» ЭИ-шкалах (А,И,Р,О,Д), а КС задаётся в «грубой» ЭИ-шкале порядка (П) – в баллах.
4. Среди рассмотренных ОПП-шкал нет шкал наводнений на суше, для осадков, селей.
5. Многие из рассмотренных ОПП-шкал требуют доработки за счёт их детализации.
6. Для цунами-волн требуется разработка новой шкалы, существенно более совершенной, чем шкала Амбрейсиса.

С учётом выводов данной статьи планируется написание и публикация следующих статей: В.К. Гусяков, В.А. Сергеев "Развитие шкал геокатастрофики" и В.К. Гусяков, В.А. Сергеев "Геокатастрофическая шкала Гусякова – Сергеева для волн цунами".