Критически настроенные специалисты не устают вести счет неудачам, случающимся при прогнозе землетрясений. Однако перечислять ошибки — не самое трудное и не самое благодарное занятие. Гораздо труднее понять, правильно ли ведутся поиски новых способов прогноза, правильные ли критерии используются для оценки полученных результатов; существует ли реальное продвижение всего комплекса исследований к намеченной цели. Тем более, что ошибки ошибкам рознь! Могут быть ошибки, связанные с неполным, но постепенно увеличивающимся знанием законов, по которым развивается подготовка землетрясения. Но могут обнаружиться и такие ошибки, которые являются естественной расплатой за попытку «гадать на кофейной гуще». К сожалению, никто из критиков прогноза землетрясений этих ошибок не разграничивает. А сделать это необходимо и как можно скорее. Любой научный прогноз, в том числе и прогноз землетрясений, имеет свою собственную теорию, опирающуюся на прочную основу математических, физических и других естественнонаучных знаний. Разработка прогноза землетрясений включает выбор прогнозных признаков, нахождение зависимостей между ними и прогнозируемым явлением, статистическую проверку устойчивости этих зависимостей м их физическое обоснование. Каждая из этих фаз исследования одинаково ответственна, и обрыв в любом месте общей цепи сводит на нет всю работу.
Начнем с выбора прогнозных признаков. Когда вы слышите, что в качестве такого признака используется содержание в подземных водах какого-нибудь геохимического компонента (например, радона или гелия), у вас может сложиться представление о несомненной научности этого прогноза. Ничуть не бывало! Пока не сказано, почему используемые признаки выбраны из огромного числа других природных параметров, предсказание землетрясения по содержанию сульфата-иона в воде будет не более научным, чем гадание на картах. Или же, пока мы не убедились, что всплеск концентрации гелия устойчиво повторяется перед большинством землетрясений, использование в прогнозе газового хроматографа не делает такой прогнозный признак достовернее «счастливого» автобусного билета. Итак, выбор прогнозного признака неразрывно связан с выявлением таких его особенностей, которые несут информацию о предстоящем землетрясении. Причем мало установить эти особенности — необходимо статистически проверить их информативность, убедиться в физической обоснованности устойчивого повторения найденной закономерности. Только в этом случае можно говорить о надежном прогнозном сигнале. Поскольку мы занимаемся геохимическим прогнозом землетрясении, остановимся несколько подробнее на геохимических прогнозных признаках. Их отбор может производиться с помощью специальной статистической процедуры — корреляционного анализа, позволяющего рассчитать функцию взаимной корреляции (ФВК) между испытываемым признаком и рядом наблюдений за сейсмической активностью. По ФВК одновременно вычисляются несколько важных показателей информативности признака: время появления прогнозного сигнала, статистическая устойчивость этого времени, статистическая связь (корреляция) между прогнозным сигналом и интенсивностью последующего землетрясения. На каждом этапе исследования прогнозным признаком может считаться лишь тот, у которого эти оценки достаточно высоки. Причем представление о достаточности постоянно трансформируется. Так, для самых первых выделенных нами признаков мы считали достаточным, если прогнозный сигнал появлялся примерно за 3 месяца до землетрясения, а ошибка в определении его даты колебалась от нескольких дней до 1,5—2 недель. Достаточной тогда считалась и максимальная корреляция между величиной прогнозного сигнала и интенсивностью землетрясения, близкая к 0,6. Теперь эта точность нас уже не удовлетворяет, но, отталкиваясь от нее, мы можем проследить, какие методы математической обработки исходных данных вносят наибольший вклад в улучшение результатов прогноза и позволяют ближе подойти к пониманию физической природы прогнозных сигналов. Использование ФВК для выделения прогнозных признаков пока не очень распространенная процедура. Прогнозный сигнал, найденный таким способом, не похож на традиционные предвестники землетрясений. Главное качественное различие состоит в том, что именуется «долгосрочностью» прогноза. При работе с предвестником начало периода прогнозируемой сейсмической опасности совпадает с моментом его появления. Предвестники при этом могут быть долгосрочными — время ожидания измеряется годами, среднесрочными — месяцами, краткосрочными — днями, оперативными — часами или минутами. Следовательно, если удается найти предвестник, определяющий время землетрясений с точностью до дней, на размышление остаются считанные дни, с точностью до часов — часы и т. д. При работе же с прогнозным сигналом, найденным по ФВК, продолжительность периода сейсмической опасности не зависит от времени появления сигнала. Прогнозный сигнал может быть долгосрочным по времени его появления и краткосрочным по продолжительности прогнозируемого периода опасности. В настоящее время мы располагаем методами выделения прогнозных сигналов, появляющихся за несколько сот дней до землетрясения и дающих ошибку в прогнозе не превышающую даты события, 5 дней. Различия между прогнозным сигналом и традиционным предвестником порождают совершенно разные подходы к оценке результатов прогноза. В первом случае безошибочным считается только такой прогноз, при котором землетрясение интенсивностью выше некоего, заранее определенного, критического уровня произошло в течение небольшого отрезка времени. Здесь не может быть оправданий типа «предвестник опоздал». Во втором случае подобные объяснения можно услышать даже тогда, когда речь идет о «предвестниках», появившихся через несколько месяцев после землетрясения. Принципиально различается и подход к планированию дальнейших исследований. Стремление к повышению точности прогноза ориентирует исследователей на поиски краткосрочных и оперативных предвестников, т. е. таких предвестников, которые появляются за дни или даже часы до события. Поиски же прогнозных сигналов с помощью ФВК идут в противоположном направлении: поначалу мы пытались выделить сигналы, опережающие землетрясение на 3—4 месяца, затем на 1 год, а теперь этот промежуток времени превышает 2 года. Характерно, что по мере такого «отступления» ошибка в прогнозе даты события становится все меньше. Происходит это потому, что раньше начав расчет графика подготовки землетрясения, мы можем включить в расчеты большее количество информации и раньше получить необходимую точность. Сейчас расчет может быть закончен примерно за 150 дней до события. Таким образом, формализованный статистический отбор прогнозных признаков позволяет обойти некоторые подводные камни субъективности и предвзятого мнения. Но главная трудность состоит в том, что разрабатывая прогноз, мы наперед знали, в какой момент землетрясение произошло, и пытались установить, какие яркие явления природы ему предшествовали. Однако далеко не все они, пусть даже самые бросающиеся в глаза, могут служить прогнозными сигналами. Так, взъерошенный субъект, промчавшийся мимо вас по улице, мог бы впоследствии оказаться «предвестником» того, что за углом горит дом. Но едва ли, встретив его, вы бросились бы вызывать пожарных. Занимаясь поисками прогнозных сигналов, прежде всего необходимо проверить, насколько часто заинтересовавшее нас природное явление совпадает с прогнозируемым событием. Сделать такую проверку следует, не прибегая к тем событиям, на которых это совпадение выявлено. Такая проверка называется «внешним экзаменом», и только она может дать действительно надежную оценку вероятности правильного прогноза. При разработке прогноза землетрясений проверка осуществляется следующим образом: серию уже произошедших землетрясений, на которых ла за определенное время до землетрясения. Оставалось признать, что либо мы допустили просчет в каких-то исходных посылках, либо неверно определили меру связи, либо содержание гелия вообще не может быть прогнозным признаком. Чтобы разобраться в ситуации, обсудим выводы, которые мы сделали бы в том случае, если бы график ФВК обладал всеми особенностями прогнозного признака. В этом случае мы, конечно, сказали бы, что процесс подготовки землетрясения вызывает дополнительный приток гелия, и чем сильнее предстоящее землетрясение, тем выше этот приток. Но, рассуждая таким образом, мы не должны забывать, что точки наблюдения находятся на разных расстояниях от очага землетрясения. Следовательно, время возникновения того или иного предвестника должно зависеть от расстояния до очага, а совсем далекие очаги могут вообще не давать предвестников, так как гелий будет приходить в точку наблюдения с опозданием. Получается, что пик ФВК неминуемо должен «размываться», если не исчезать совсем. Теперь прибавим сюда причины, которые могут приводит к колебанию содержаний разных компонентов природных вод, в том числе гелия. Помимо нежелательных, но неизбежных ошибок при отборе проб, их транспортировке и анализе сюда следует отнести множество климатических природных явлений, а также явлений, связанных с фоновой сейсмичностью, солнечными и лунными циклами и т. д. Короче говоря, полученных результатов и следовало ожидать, исходя из реальных фактов. Непонятно скорее другое: как некоторые исследователи с упорством, достойным лучшего применения, пытаются найти надежные предвестники землетрясений, ориентируясь на всплески концентраций разных химических компонентов в точках наблюдении, отстоящих на сотни километров от очага землетрясения. Попробуем теперь подойти к проблеме геохимического прогноза землетрясений с другой стороны. Хорошо известно, что среднемесячная температура воздуха более устойчива и информативна для оценки местного климата, чем суточные колебания этого параметра. Такой же подход используется и в оценке содержаний химических компонентов природных вод. Основная трудность здесь состоит в том, чтобы решить, какой интервал усреднения (декада, месяц и т. д.) наиболее информативен для прогноза землетрясений. Можно было пойти по этому пути и нам. Но мы приняли во внимание, что среднее значение — далеко не единственная характеристика случайной величины. Не менее важную оценку дает средняя амплитуда ее колебаний. Первое же сравнение этих характеристик, измеренных в 10—15-дневных интервалах усреднения, показало значительно большую информативность средней амплитуды колебаний содержания гелия в природных водах по сравнению со средними значениями этого параметра. Так, прогнозный сигнал, выражающийся в резком, возрастании средней амплитуды колебаний, устойчиво проявлялся примерно за 3 месяца до землетрясения средней интенсивности. Итак, в качестве прогнозного признака нами была выбрана средняя амплитуда колебаний содержания гелия в природных водах. Но, чтобы считать прогнозный признак надежным, недостаточно проанализировать его ФВК, недостаточно также и провести «внешний экзамен» (такая проверка была сделана и дала неплохие результаты). Нужно найти физическое объяснение наблюдаемому явлению и только после этого пытаться улучшить прогноз.
Начнем с выбора прогнозных признаков. Когда вы слышите, что в качестве такого признака используется содержание в подземных водах какого-нибудь геохимического компонента (например, радона или гелия), у вас может сложиться представление о несомненной научности этого прогноза. Ничуть не бывало! Пока не сказано, почему используемые признаки выбраны из огромного числа других природных параметров, предсказание землетрясения по содержанию сульфата-иона в воде будет не более научным, чем гадание на картах. Или же, пока мы не убедились, что всплеск концентрации гелия устойчиво повторяется перед большинством землетрясений, использование в прогнозе газового хроматографа не делает такой прогнозный признак достовернее «счастливого» автобусного билета. Итак, выбор прогнозного признака неразрывно связан с выявлением таких его особенностей, которые несут информацию о предстоящем землетрясении. Причем мало установить эти особенности — необходимо статистически проверить их информативность, убедиться в физической обоснованности устойчивого повторения найденной закономерности. Только в этом случае можно говорить о надежном прогнозном сигнале. Поскольку мы занимаемся геохимическим прогнозом землетрясении, остановимся несколько подробнее на геохимических прогнозных признаках. Их отбор может производиться с помощью специальной статистической процедуры — корреляционного анализа, позволяющего рассчитать функцию взаимной корреляции (ФВК) между испытываемым признаком и рядом наблюдений за сейсмической активностью. По ФВК одновременно вычисляются несколько важных показателей информативности признака: время появления прогнозного сигнала, статистическая устойчивость этого времени, статистическая связь (корреляция) между прогнозным сигналом и интенсивностью последующего землетрясения. На каждом этапе исследования прогнозным признаком может считаться лишь тот, у которого эти оценки достаточно высоки. Причем представление о достаточности постоянно трансформируется. Так, для самых первых выделенных нами признаков мы считали достаточным, если прогнозный сигнал появлялся примерно за 3 месяца до землетрясения, а ошибка в определении его даты колебалась от нескольких дней до 1,5—2 недель. Достаточной тогда считалась и максимальная корреляция между величиной прогнозного сигнала и интенсивностью землетрясения, близкая к 0,6. Теперь эта точность нас уже не удовлетворяет, но, отталкиваясь от нее, мы можем проследить, какие методы математической обработки исходных данных вносят наибольший вклад в улучшение результатов прогноза и позволяют ближе подойти к пониманию физической природы прогнозных сигналов. Использование ФВК для выделения прогнозных признаков пока не очень распространенная процедура. Прогнозный сигнал, найденный таким способом, не похож на традиционные предвестники землетрясений. Главное качественное различие состоит в том, что именуется «долгосрочностью» прогноза. При работе с предвестником начало периода прогнозируемой сейсмической опасности совпадает с моментом его появления. Предвестники при этом могут быть долгосрочными — время ожидания измеряется годами, среднесрочными — месяцами, краткосрочными — днями, оперативными — часами или минутами. Следовательно, если удается найти предвестник, определяющий время землетрясений с точностью до дней, на размышление остаются считанные дни, с точностью до часов — часы и т. д. При работе же с прогнозным сигналом, найденным по ФВК, продолжительность периода сейсмической опасности не зависит от времени появления сигнала. Прогнозный сигнал может быть долгосрочным по времени его появления и краткосрочным по продолжительности прогнозируемого периода опасности. В настоящее время мы располагаем методами выделения прогнозных сигналов, появляющихся за несколько сот дней до землетрясения и дающих ошибку в прогнозе не превышающую даты события, 5 дней. Различия между прогнозным сигналом и традиционным предвестником порождают совершенно разные подходы к оценке результатов прогноза. В первом случае безошибочным считается только такой прогноз, при котором землетрясение интенсивностью выше некоего, заранее определенного, критического уровня произошло в течение небольшого отрезка времени. Здесь не может быть оправданий типа «предвестник опоздал». Во втором случае подобные объяснения можно услышать даже тогда, когда речь идет о «предвестниках», появившихся через несколько месяцев после землетрясения. Принципиально различается и подход к планированию дальнейших исследований. Стремление к повышению точности прогноза ориентирует исследователей на поиски краткосрочных и оперативных предвестников, т. е. таких предвестников, которые появляются за дни или даже часы до события. Поиски же прогнозных сигналов с помощью ФВК идут в противоположном направлении: поначалу мы пытались выделить сигналы, опережающие землетрясение на 3—4 месяца, затем на 1 год, а теперь этот промежуток времени превышает 2 года. Характерно, что по мере такого «отступления» ошибка в прогнозе даты события становится все меньше. Происходит это потому, что раньше начав расчет графика подготовки землетрясения, мы можем включить в расчеты большее количество информации и раньше получить необходимую точность. Сейчас расчет может быть закончен примерно за 150 дней до события. Таким образом, формализованный статистический отбор прогнозных признаков позволяет обойти некоторые подводные камни субъективности и предвзятого мнения. Но главная трудность состоит в том, что разрабатывая прогноз, мы наперед знали, в какой момент землетрясение произошло, и пытались установить, какие яркие явления природы ему предшествовали. Однако далеко не все они, пусть даже самые бросающиеся в глаза, могут служить прогнозными сигналами. Так, взъерошенный субъект, промчавшийся мимо вас по улице, мог бы впоследствии оказаться «предвестником» того, что за углом горит дом. Но едва ли, встретив его, вы бросились бы вызывать пожарных. Занимаясь поисками прогнозных сигналов, прежде всего необходимо проверить, насколько часто заинтересовавшее нас природное явление совпадает с прогнозируемым событием. Сделать такую проверку следует, не прибегая к тем событиям, на которых это совпадение выявлено. Такая проверка называется «внешним экзаменом», и только она может дать действительно надежную оценку вероятности правильного прогноза. При разработке прогноза землетрясений проверка осуществляется следующим образом: серию уже произошедших землетрясений, на которых ла за определенное время до землетрясения. Оставалось признать, что либо мы допустили просчет в каких-то исходных посылках, либо неверно определили меру связи, либо содержание гелия вообще не может быть прогнозным признаком. Чтобы разобраться в ситуации, обсудим выводы, которые мы сделали бы в том случае, если бы график ФВК обладал всеми особенностями прогнозного признака. В этом случае мы, конечно, сказали бы, что процесс подготовки землетрясения вызывает дополнительный приток гелия, и чем сильнее предстоящее землетрясение, тем выше этот приток. Но, рассуждая таким образом, мы не должны забывать, что точки наблюдения находятся на разных расстояниях от очага землетрясения. Следовательно, время возникновения того или иного предвестника должно зависеть от расстояния до очага, а совсем далекие очаги могут вообще не давать предвестников, так как гелий будет приходить в точку наблюдения с опозданием. Получается, что пик ФВК неминуемо должен «размываться», если не исчезать совсем. Теперь прибавим сюда причины, которые могут приводит к колебанию содержаний разных компонентов природных вод, в том числе гелия. Помимо нежелательных, но неизбежных ошибок при отборе проб, их транспортировке и анализе сюда следует отнести множество климатических природных явлений, а также явлений, связанных с фоновой сейсмичностью, солнечными и лунными циклами и т. д. Короче говоря, полученных результатов и следовало ожидать, исходя из реальных фактов. Непонятно скорее другое: как некоторые исследователи с упорством, достойным лучшего применения, пытаются найти надежные предвестники землетрясений, ориентируясь на всплески концентраций разных химических компонентов в точках наблюдении, отстоящих на сотни километров от очага землетрясения. Попробуем теперь подойти к проблеме геохимического прогноза землетрясений с другой стороны. Хорошо известно, что среднемесячная температура воздуха более устойчива и информативна для оценки местного климата, чем суточные колебания этого параметра. Такой же подход используется и в оценке содержаний химических компонентов природных вод. Основная трудность здесь состоит в том, чтобы решить, какой интервал усреднения (декада, месяц и т. д.) наиболее информативен для прогноза землетрясений. Можно было пойти по этому пути и нам. Но мы приняли во внимание, что среднее значение — далеко не единственная характеристика случайной величины. Не менее важную оценку дает средняя амплитуда ее колебаний. Первое же сравнение этих характеристик, измеренных в 10—15-дневных интервалах усреднения, показало значительно большую информативность средней амплитуды колебаний содержания гелия в природных водах по сравнению со средними значениями этого параметра. Так, прогнозный сигнал, выражающийся в резком, возрастании средней амплитуды колебаний, устойчиво проявлялся примерно за 3 месяца до землетрясения средней интенсивности. Итак, в качестве прогнозного признака нами была выбрана средняя амплитуда колебаний содержания гелия в природных водах. Но, чтобы считать прогнозный признак надежным, недостаточно проанализировать его ФВК, недостаточно также и провести «внешний экзамен» (такая проверка была сделана и дала неплохие результаты). Нужно найти физическое объяснение наблюдаемому явлению и только после этого пытаться улучшить прогноз.
