П. Г. Дьяков исследовал периодичность сейсмического режима Байкальской рифтовой зоны за период с 1835 по 1992 гг. Автор отмечает, что для Байкальской рифтовой зоны характерна близкая к 11-летней периодичность, совпадающая (с задержкой в 1-2 года) с 11-летним циклом солнечной активности. Им обнаружено, что в периоды сейсмотектонических активизаций, сопровождающих максимумы солнечной активности, в центральной части Байкальской впадины сейсмический режим испытывает аномальные изменения, вызываемые сезонными изменениями уровня озера Байкал. При этом вызванная сейсмичность коррелирует не с абсолютными значениями водной нагрузки, а со скоростью её изменения [1].
Сопоставление скорости изменения анализируемого фактора и процесса наступления ЧС позволяет выявит механизм влияния скорости изменения анализируемого фактора и времени наступления ЧС. Данный метод сейчас развивается, как составная часть прогнозирования опасных природных явлений, основанная на локальном мониторинге геофизических параметров и имеет значительные возможности для совершенствования. Для этого необходимо при анализе изменения анализируемого фактора учитывать все возможные характеристики этого изменения, то есть целесообразно учитывать и ускорение изменения анализируемого фактора в сопоставлении с моментом наступления опасного природного явления или катастрофы.
Метод энергетической оценки сейсмического волнового поля используется при геодинамическом мониторинге природно-технических систем [91, с. 15-21]. Геодинамический мониторинг даёт оценку фона динамических воздействий на природно-техническую систему.
Анализ и интерпретация обнаруженных аномалий позволяет дать прогноз поведения системы при различных режимах внешних воздействий. В сейсморазведке энергетическая оценка предусматривает исследование соотношения энергии регулярной (постоянной) S и нерегулярной (переменной) N составляющих компонент волнового поля, измеренных при различных режимах динамического воздействия на одном и том же профиле в течение определённого времени. Вариации отношения S/N в безразмерном виде характеризует временные изменения нерегулярной части волнового поля и позволяет судить о состоянии контролируемой среды и прогнозировать развитие процессов в ней. При исследовании широкополосных частотных спектров, различных природных процессов и даже биометрических исследованиях часто используются преобразованные спектры мощности этих процессов, что даёт дополнительные сведения о характере этих процессов [92].
Комплексный подход в оценке влияния различных факторов используется в аналитических методах прогнозирования опасных явлений и ЧС. В настоящее время при исследовании природных и техногенных процессов сформированы общие методологические принципы комплексного подхода:
- каждый из методов, входящих в комплекс, должен обнаруживать объект исследования;
- каждый из методов должен давать новую информацию об объекте;
- увеличение количества методов, имеющих одну физическую основу, повышает их разрешающую способность при обнаружении объекта;
- привлечение методов с различной физической основой даёт более полную качественную информацию об объекте [75, с. 133-150].
Комплексный подход для прогнозирования опасных явлений предлагают В.А. Понько и др. в патенте «Способ прогнозирования аномалий экосферы на Земле или её части». Суть их метода состоит в следующем: проведение обобщения в течение предшествующего оценочного периода параметров экосферы. Дополнение этих сведений аналогичными параметрами за исторический период и параметрами мониторинга атмосферы со спутника. Нанесение этих параметров на карту Земли или её части в виде полей и точек аномалий. Сопоставление этих полей и точек аномалий с комплексом астрологических параметров, складывающихся в геокосмические резонансы путём наложения на карту Земли и её частей координат резонансов, рассчитываемых в геоцентрической, гелиоцентрической и галактической системах отсчета и индексирующих экстремальные возмущения отдельных сфер и компонентов экосферы - приливного, гравитационного и электромагнитного типа от Солнца, Луны и планет. При выборе сезонов-аналогов учитывается конфигурация космогеофизических резонансов на сфере Земли с разрешением до 4 минут по времени и экстраполируются на будущее выявленные в предшествующем оценочном периоде геокосмические связи. Далее определяется время и место прогнозируемой аномалии в виде поля экстремальной точки. Авторы патента считают, что с помощью данного метода будет обеспечена максимальная надёжность и достоверность долгосрочных и сверхдолгосрочных прогнозов различных аномалий в экосфере, включая экосоциосферные [93].
В следующем патенте на изобретение «Способ прогнозирования экологического состояния на Земле или её части» тот же авторский коллектив предлагает составление прогнозных сценариев ожидаемых аномалий осадков, температур, ареалов экстремального увлажнения, урожайности, речного стока, колебаний уровня воды замкнутых озер. Для составления прогнозных сценариев они используют вековые, годовые и сезонные ряды статистических данных по каждой аномалии и сопоставляют их с космогеофизическими факторами, затем экстраполируют эти результаты на будущее [94, 95]. Несмотря на оригинальность, достоверность этих двух методов едва ли превысит статистические методы прогнозирования, так как используемые статистические данные - это единственная обоснованная и реалистичная база предлагаемых методов прогноза.
Комплексный подход при исследовании временных вариаций частоты горных ударов осуществили Д. В. Яковлева, Б. Г. Тарасова и С. В. Цирель. Они использовали различные методы с учётом влияния природных, производственных и социальных факторов. Первоначально для обработки статистической информации частоты горных ударов был применён Фурье-анализ и метод «наложения эпох». Но такой подход давал большие погрешности и требовал большой объём вычислений. Поэтому полученные вариации периодичности и распределения горных ударов на обоих рудниках они совместили со среднегодовыми значениями солнечной активности, а далее исследовали распределение горных ударов в течение года, по дням календарного и синодического лунного месяцев, дням недели и в течение суток. В результате проведённого исследования Д.В. Яковлев и др. делают выводы о наличии цикличности во временных вариациях горных ударов, обусловленной естественными (цикл солнечной активности) и социальными причинами.
Кроме основных циклов (22 года, неделя, сутки, смена) на последовательность горных ударов некоторое влияние оказывают менее интенсивные циклы, связанные с лунными приливами, вариациями скорости вращения Земли и различными производственными причинами [94].
Комплексный подход позволяет исследовать процесс развития опасных природных явлений и ЧС с разных сторон и при этом учитывать совместный «вклад» различных факторов в инициирование ЧС. Комплексные подходы в исследовании опасных природных явлений и ЧС находятся ещё в начальной стадии развития. Как недостаток используемых методов можно отметить отсутствие строгой иерархии и системы при анализе, особенно если исследуется влияние нескольких факторов, имеющих различную природу и действующих одновременно. Не всегда они позволяют понять и учесть механизм процесса развития ЧС. Успешное развитие комплексных методов будет зависеть от степени изученности общих физических закономерностей, управляющих процессами возникновения опасных явлений и ЧС, а это в свою очередь требует комплексных исследований как внутренних, так и всех внешних факторов, действующих на всю экосистему Земли [94].
Метод критических уровней факторов, обусловливающих возникновение опасных явлений и ЧС. Критический уровень или иначе уровень критичности фактора - это характеристика или величина параметра, при котором возникает ЧС [93, с. 29-31]. Главным достоинством метода критических уровней является его простота и наглядность. Он может служить объективным показателем, отражающим момент наступления ЧС. По характеристике его роста можно прогнозировать, в некоторых случаях, время наступления ЧС.
К недостаткам метода можно отнести то, что он не всегда является определяющим для условия наступления ЧС, величина критического уровня может соответствовать только данному локальному месту и не может быть распространена на другие районы. По критическому уровню не всегда можно выявить причину, определяющую его рост. Совершенствование метода возможно при чётком обосновании и привязке к локальным характеристикам объекта или района, возможной ЧС и накопления базы данных изменения этих характеристик за прошедший период, а также при переходе к относительному уровню критичности.
Метод безразмерных относительных коэффициентов оценки факторов, обусловливающих возникновение ЧС. Данный метод является следствием предыдущего. Относительный коэффициент или уровень изменения фактора - это отношение величины текущего значения к его критической величине, максимальной зарегистрированной величине или назначенной условиями оценки экспертов [1, 94]. Необходимость его введения объясняется целесообразностью использования безразмерных показателей, так как результаты прогнозов при совместной статистической обработке факторов разной размерности часто могут быть искажены из-за несовместимости исследуемых факторов, имеющих различную физическую природу [95, с. 31].
В настоящее время относительные коэффициенты (уровни) различных факторов используются довольно редко и в основном для их сравнительной оценки и практически не используются для аналитических исследований. Для применения безразмерных относительных коэффициентов в аналитических исследованиях необходимо перейти к безразмерным единичным дифференцируемым функциям изменения исследуемого фактора, что позволит использовать их не только для оценки по величине, но и для анализа характера их изменения, в том числе и в различном сочетании.
Инструментальный метод прогнозирования опасных природных явлений и ЧС - это прогноз, основанный на комплексном, многоуровневом мониторинге геофизических, геохимических и биологических параметров среды, по изменению которых можно судить о возможности проявления опасного явления или ЧС [95, 96].
В качестве примера можно привести комплексный инструментальный подход при прогнозировании землетрясений, который предлагает группа английских сейсмологов [97], запатентовавшая метод предсказания и выявления землетрясений. Они предлагают производить комплексные инструментальные измерения практически всех параметров окружающей среды (геодезические, геоэлектрические, геомагнетические, гравиметрические, геофизические, гелиофизические, геологические, биологические, микробиологические, физические, химические) на нескольких уровнях (надземный, наземный, подземный--в шахте и скважине на различных глубинах) и всех видов излучения (инфракрасное, радиоактивное и др.). По полученным результатам строятся базы данных, пространственно-временное распределение исследуемых параметров, по характеру изменения и по крутизне изменения параметра и его критическим значениям делается прогноз землетрясения.
Инструментальные методы - это эффективный способ прогноза и предупреждения об опасном явлении или ЧС, но его недостатком является то, что область такого прогноза ограничена локальным расположением станции мониторинга только вокруг защищаемого объекта. Совершенствование метода будет возможно, если в системы инструментального мониторинга будут вводить анализ отзвука локальных контролируемых параметров на изменение внешних факторов воздействия при глобальной оценке мониторинговой информации.
Оценка рисков проявления опасных природных явлений и ЧС является в какой-то степени частным случаем прогнозирования всех возможных случаев опасности для конкретного географического места и на конкретный период времени. Поэтому для повышения достоверности оценки рисков используются практически все существующие инструментальные методы мониторинга и аналитические методы прогнозирования. Естественно, что точность этих оценок полностью зависит от полноты учёта факторов, так или иначе влияющих на проявление ЧС. Отличительная особенность методов оценки рисков от прогнозирования ЧС состоит в том, что в рисках необходимо учитывать все взаимовлияния и связи природной, техногенной и социальной составляющих [85].
Методический аппарат анализа риска в основном базируется на статистических исследованиях [94] и используется для оценки безопасности территорий [96].
Сейчас в прогнозировании опасных природных явлений и ЧС сложились следующие основные подходы:
- вероятностно-статистических подход - долгосрочный прогноз по оценке частоты опасных природных явлений и ЧС по многолетним наблюдениям;
- вероятностно-детерминированный - среднесрочный прогноз времени наступления ЧС по многолетним наблюдениям и установлении пространственно-временных закономерностей развития природных процессов, цикличности природных явлений;
- детерминированно-вероятностный - краткосрочный прогноз времени, места и силы опасного природного явления по предвестникам [62, с. 67-70].
Ввиду того, что анализ рисков основан на статистических методах и повторяемости опасных природных явлений, он получил и все те недостатки, которые присущи этим методам.
Дальнейшее развитие теории риска будет определяться решением новой научной и технической задачи прогнозирования и предупреждения природных катастроф и управления природными рисками. Для её решения необходима смена парадигмы научного поиска и переход на новый уровень исследований, опирающийся на современные информационные технологии, моделирование и междисциплинарный комплекс знаний о динамике сложных нелинейно развивающихся систем и теории катастроф [98, с. 292].