Методические подходы к прогнозированию тенденций угроз природного характера на долгосрочную перспективу Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 338.24

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ТЕНДЕНЦИЙ УГРОЗ ПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРА НА ДОЛГОСРОЧНУЮ ПЕРСПЕКТИВУ

С.В. Горбунов, Е.С. Ермакова

Представлены и проанализированы методические подходы к прогнозированию тенденций угроз природного характера на долгосрочную перспективу, описаны методы прогнозирования угроз возникновения чрезвычайных ситуаций природного характера.

Ключевые слова: подходы к прогнозированию, чрезвычайные ситуации, риск, прогноз

1. Анализ методических подходов к прогнозированию тенденций угроз природного характера на долгосрочную перспективу.

Теоретической основой стратегического прогнозирования тенденций основных угроз и опасностей является методология анализа и управления риском. Прогнозирование риска чрезвычайных ситуаций на долгосрочную перспективу осуществляется в два этапа.

Задача первого этапа - анализ риска, включающий идентификацию опасностей, оценку воздействия и их последствий, характеристику риска и сравнение его с другими рисками с целью определения возможных вариантов преодоления чрезвычайных ситуаций и выработки приоритетных направлений снижения риска.

Задача второго этапа - управление риском (разработка программ (планов) действий по снижению и контролю риска, оценка их эффективности и выработка рекомендаций по дальнейшему снижению риска). В зависимости от характера основных угроз и опасностей применяются разные методологические схемы, описывающие взаимодействие между процедурами оценки, анализа и управления риском. При подготовке прогнозов рассматриваются все возможные источники (факторы риска) ЧС. На этапе составления долгосрочных прогнозов предусматривается выявление (выбор) и моделирование различных вариантов (сценариев) возникновения и развития ЧС [1].

Основными методами исследования на этом этапе являются: системный анализ, математическое и физическое моделирование, использование геоинформационных систем, вероятностный анализ, экспертные оценки и др.

К настоящему времени создан обширный арсенал методов прогноза (оценки на определенный момент или интервал времени в будущем) рисков ЧС природного характера. По назначению они делятся на два вида:

- методы прогнозирования возможности возникновения ЧС;

- методы прогнозирования последствий ЧС.

В зависимости от используемых исходных

данных различают вероятностно-статистический и

вероятностно-детерминированный подходы к прогнозированию возникновения чрезвычайной ситуации (инициирующих событий для чрезвычайной ситуации).

Вероятностно-статистический подход основан на представлении природных явлений на рассматриваемой территории, проходящих потоком случайных событий. Данный подход используется для оценивания частот опасных природных явлений, а также их распределений по силе на основе данных многолетних наблюдений.

Вероятностно-детерминированный подход основан на установлении законов и закономерностей развития природных процессов во времени и пространстве, цикличности природных явлений, что можно использовать для целей их долго- и среднесрочного прогнозирования. Исходной информацией для расчета долгосрочных прогнозов являются данные многолетних наблюдений, а для расчета среднесрочных прогнозов - данные мониторинга.

Прогноз возникновения ЧС основывается на прогнозе возможности возникновения инициирующих их событий. Инициирующими событиями для возникновения ЧС являются проявления характерных для рассматриваемой территории источников опасности (опасные явления).

1.2. Опасные явления, инициирующие возникновение чрезвычайных ситуаций.

Источниками (носителями) природных опасностей являются части литосферы, гидросферы, атмосферы и космического пространства, в которых протекают различные неблагоприятные природные процессы и возможно возникновение опасных природных явлений.

Опасные природные явления, являющиеся источниками природных чрезвычайных ситуаций можно разделить на:

- опасные геофизические явления (землетрясения, извержения вулканов);

- опасные геологические явления (оползни, карст, абразия, эрозия, склоновый смыв, курумы);

- опасные гидрометеорологические явления, в том числе метеорологические (ураганы, шквалы, смерчи, очень сильный снег, дождь, ливень, силь-

ные бури, туманы, морозы, жара), агрометеорологические (заморозки, суховей, засуха почвенная и атмосферная), гидрологические (половодье, зажоры, заторы, наводнения, паводки, сели), морские гидрологические и гелиогеофизические опасные явления (сильные магнитные бури, сильное возмущение радиационной обстановки в ОКП и ионосферы с нарушением КВ-связи) и астероидно-кометная опасность;

- природные пожары [2].

2. Методы прогнозирования угроз возникновения чрезвычайной ситуации природного характера

Для своевременного прогнозирования и обнаружения опасного природного явления на стадии его зарождения необходима хорошо отлаженная общегосударственная система мониторинга за

Подходы к прогнозированию

предвестниками стихийных бедствий и катастроф. По информации, полученной от этой системы, территориальные органы власти принимают заблаговременные либо оперативные решения на осуществление мер защиты с целью предупреждения и/или смягчения последствий чрезвычайных ситуаций.

Методы прогнозирования угроз возникновения ЧС природного характера по прогнозируемым параметрам делятся на методы прогноза места, силы, времени наступления и частоты (повторяемости). Применительно к различным опасным природным явлениям эта задача решается в различной степени.

Различают ряд подходов к прогнозированию инициирующих событий для чрезвычайных ситуаций (табл.).

Таблица

инициирующих событий

Подход Интервал упреждения, исходная информация Аппроксимация Модели Прогнозируемый показатель Меры по снижению рисков и смягчению последствий ЧС

Вероятностно-статистический Оценка частоты по данным многолетних наблюдений Пуассоновский поток, роя(и) аоя(Лг/поя ¿и0) на рассматриваемой территории Меры по ограничению антропогенной деятельности (налоги на выбросы в атмосферу) для строительства сооружений инженерной защиты; повышение устойчивости (сейсмостойкое строительство); ужесточение строительных нормативов; перенос потенциально опасных объектов, переселение

Вероятностно-детерминированный Долгосрочный прогноз времени наступления по данным многолетних наблюдений Цикличность, унимодальные распределения роя® 1оя(иоя^ин), q.oя(Дt/t) на рассматриваемой территории

Среднесрочный прогноз места и времени наступления по данным мониторинга Модели возникновения и развития опасных природных явлений, погрешности методик toя (хоя, иоя^иа) Повышение защищенности территорий (укрепление сооружений инженерной защиты); обучение населения и аварийно-спасательных формирований действиям в условиях ЧС

Конечно, экономически более выгодно предвидеть опасные природные явления и готовиться к ним в месте их проявления. А те мероприятия, которые не могут быть проведены за имеющееся время упреждения об опасном природном явлении, осуществляются на всей территории возможного их проявления заблаговременно (превентивные меры защиты) на основе прогноза их частоты (повторяемости).

Возможность использования того или иного подходов зависит от соотношения случайности и предсказуемости опасных явлений. Когда о механизме формирования (возникновения, распространения) сопровождающих некоторый природный процесс опасных явлений ничего неизвестно, оно рассматривается как случайное явление. Случайность или неопределенность времени, места и силы опасных явлений обусловлена двумя основными причинами:

- отсутствием или недостаточностью наших знаний о закономерностях формирования в опреде-

ленных месте и времени опасного природного явления;

- стохастическим характером влияющих на развитие процесса факторов.

Напомним, что по определению неопределенность - это понятие, отражающее отсутствие однозначности. Неопределенность обусловлена внутренними свойствами объектов и неполнотой сведений об объектах. Различают неопределенность стохастическую и детерминированную.

Чем больше на развитие природного процесса непредсказуемо (случайным образом) влияет факторов, тем меньше теоретически возможное

время упреждения Тупр развития опасного природного явления. В предельном случае это время равно нулю.

От этих же факторов зависит и точность прогноза. Чем меньше случайных факторов и глубже изучены физические процессы, приводящие к опасным явлениям, тем выше точность прогноза, а время упреждения ^пр, определяемое с достаточной

точностью, больше может быть приближено к

,теор

упр .

Изучение механизмов возникновения и развития опасных природных явлений сопровождается повышением точности прогноза их времени, силы и места, т.е. переходом от их описания как случайного явления к описанию как закономерного явления.

Вероятностно-статистический подход основан на представлении природных явлений на рассматриваемой территории на совокупности однотипных объектов пуассоновским потоком случайных событий. Он используется для оценивания частот опасных явлений АОЯ с силой не менее заданной (иОЯ>и0). В предположении стационарности, ординарности и отсутствия последействия, поток инициирующих событий характеризуется параметром аОЯ(А) = A0At - средним числом событий за ин-

QoiI {At /t") = p{t' < Тоя < t' +At /Тоя > t') =

где ТОЯ - случайная величина продолжительности интервала между событиями, t* - момент начала рассматриваемого интервала времени At после реализации последнего инициирующего события.

Если инициирующее событие не произошло до момента времени t*, то его вероятность за последующий интервал времени рассчитывается по условному (усеченному) распределению. Для пуас-соновского потока время между событиями подчиняется экспоненциальному закону [3]. С учетом свойства отсутствия последействия

тервал времени Лt (обычно за год). Частота (интенсивность) инициирующих событий рассчитывается по их статистике:

^ОЯ = dna /AT.

(1)

где йОЯ - число инициирующих событий (опасных явлений) за интервал времени ЛТ>>Л1.

Повторяемость инициирующих событий (средний интервал времени между ними) определяется по формуле tср = 1/ЯОЯ, лет.

При оценивании возможности наступления сравнительно редких событий (при аОЯЛ)<1) интерес представляет вероятность QОЯ(Лt) хотя бы одного инициирующего события за предстоящий интервал времени Лt. В общем случае

Р(Тпя < t * +At) - Р(Тпя < t*) .

(2)

QnH(At/t) = QnH(At) = 1 -exp(-AmAt).

(3)

Р(Тоя < '*)

пространстве, цикличности природных явлений, что можно использовать для целей их долго- и среднесрочного прогнозирования. Если имеется циклически действующий фактор, то свойство отсутствия последействия нарушается, и поток природных явлений не подчиняется закону Пуассона. Например, если выявлена цикличность землетрясений, то время до очередного землетрясения подчиняется некоторому унимодальному распределению. При повторяемости (в отличие от пуассоновского потока здесь можно применять более узкий термин

- периодичности) землетрясений tсрс дисперсией

2

а, т.е. при нормальном распределении времени между землетрясениями ТОЯеМ^ср, а?)

Для редких событий, когда аОЯ(Л^<0,1,

Qoя(Лt) ваоЛ (4)

По многолетним наблюдениям за природными явлениями на определенной территории определяется также их распределение по силе РОЯ(и)= Р(П<и), где и - случайная по совокупности произошедших природных явлений величина уровней, создаваемых ими поражающих факторов для объектов техносферы.

Вероятностно-детерминированный подход основан на установлении законов и закономерностей развития природных процессов во времени и

QOÄ (At /1 ) = -

It + At -1 Ф1-^ I-Ф

It -1

фJ

(5)

где Ф() - функция Лапласа [3]. С помощью методик прогнозирования, базирующихся на знании закономерностей формирования инициирующих событий, прогнозируется время tОЯ и место хОЯ природных явлений с силой, превышающей заданную величину ин.

t -1

а

<7

а

Библиографический список

1. Быков А.А. Статистические методы прогнозирования риска чрезвычайных ситуаций / А.А. Быков - М.: Анкил, 2014. - 156 с.

2. Природные опасности России. Природные опасности и общество. - М.: КРУК, 2002.

3. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов / Н.Ш. Кремер - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 543 с.

References

1. Bykov A.A. Statisticheskie metody prognozirovanija riska chrezvychajnyh situacij / A.A. Bykov - M.: Ankil, 2014. - 156 s.

2. Prirodnye opasnosti Rossii. Prirodnye opasnosti i obshhestvo. - M.: KRUK, 2002.

3. Kremer N.Sh. Teorija verojatnostej i matematicheskaja statistika: Uchebnik dlja vuzov / N.Sh. Kremer - M.: JuNITI-DANA, 2000. - 543 s.

APPROACHES TO FORECASTING TRENDS OF NATURAL CHARACTER THREATS TO THE LONG-TERM PERIOD

This article presents and analyzes the methodological approaches to the prediction of natural character of the threats to the long-term period, describes methods of forecasting risks of emergences of natural character.

Keywords: approach to forecasting, emergency, risk, forecast.

Горбунов Сергей Валентинович,

главный специалист, д.т.н., доц,

ФКУ ЦСИ ГЗ МЧС России, Россия, г. Москва Gorbunov S. V.,

Chief Specialist,

Doc. of Tech. Sci., Assoc. Prof.,

Center for Strategic Studies of Civil Protection,

Russia Moscow.

Ермакова Екатерина Сергеевна,

ведущий специалист ГО,

ФКУ ЦСИ ГЗ МЧС России,

Россия, г. Москва.

Ermakova E.S.,

civil defense leading specialist,

Center for Strategic Studies of Civil Protection,

Russia Moscow.