Проблема больших данных в геофизике: иерархически агрегированные сигналы и обобщенная когерентность шумов

С развитием технических средств геофизических наблюдений объем доступной информации о мониторинге природных объектов резко возрастает. В настоящее время возникает проблема совместного анализа нескольких тысяч временных рядов, например, данных глобальной сети 3-компонентных GPS наблюдений, насчитывающей в настоящее время 10590 станций по всему миру. Важно отметить, что с 2013 года эти данные становятся свободно доступными в сети интернет не только в традиционном ежесуточном формате, но и с шагом по времени 5 минут. Совместно с данными нескольких сотен широкополосных сейсмических сетей эти наблюдения формируют базу данных о глобальной «дрожи» и «дыхании» Земли очень большого объема, анализ которых требует разработки специальных методов. Наличие потока «больших данных» от современных систем мониторинга природных процессов позволяет выделять статистически значимые эффекты глобальной когерентности случайных флуктуаций геофизических полей, в том числе предваряющих крупные геологические катастрофы.
В докладе представлена техника совместного анализа большого числа временных рядов, основанная на использовании иерархических Фурье-агрегированных сигналов. Этот метод анализа позволяет, в частности, выделить эффекты синхронизации шумов в сигналах GPS на огромных территориях, таких как США и Европа, а также между континентами, с указанием временных интервалов и частотных полос, когда наблюдается их повышенная когерентность. Картирование свойств шума временных рядов GPS позволяет выделять области подготовки сильных землетрясений и регионы интенсивных медленных движений земной коры. Обсуждается возможность использования обобщенной когерентности шумов для поиска предвестников сильных землетрясений на примере анализа данных перед Охотоморским мантийным землетрясением 24 мая 2013 года. Представлены результаты оценки тренда сейсмической опасности на Японских островах по данным мониторинга сейсмических шумов.