Складні системи в геофізиці: методи дослідження та прогнозування їх поведінки

Abstract

Велику кількість природних і створених людиною штучних систем останнім часом розглядають і вивчають з точки зору теорії складних систем. Складні системи — це системи, утворені великою кількістю компонент, що взаємодіють між собою, як правило, нелінійно. У процесі еволюції та формування складні системи можуть самоорганізовуватися та набувати принципово нових властивостей, не характерних для складових частин самої системи. У цій оглядовій статті сконцентровано увагу на геосистемах, які є природними складними системами. Висвітлено властивості таких складних геосистем, як сейсмоактивні області. Обговорено критерії, за якими системи можна віднести до категорії складних систем, основні властивості та можливі методи вивчення і прогнозування їх поведінки. Проаналізовано моделі, за допомогою яких здійснюються кліматичні прогнози з позиції поведінки складної системи, а також моделі, які описують сейсмічні процеси, що є проявом складної поведінки підсистем літосфери — сейсмоактивних зон. Більшість феноменологічних закономірностей, які відображають статистичні властивості землетрусів, мають скейлинговий характер, і це є свідченням складності даної системи. Прогнозування землетрусів є найважливішим завданням для сейсмологічних досліджень, незважаючи на доволі скромні досягнення у цій сфері, інтенсивність досліджень у даному напрямку не зменшується, оскільки наслідки від землетрусів для людства є суттєвими. Розглянуто види прогнозів і моделі, що застосовуються для прогнозування. Особливу увагу приділено сучасним методам прогнозування, в яких використовується штучний інтелект. Описано різні підходи до прогнозування сейсмічних подій, переваги та недоліки різних методів, а також труднощі, що виникають у задачах з прогнозування. Отже, наука про складні системи набуває стрімкого розвитку і має величезні перспективи для здобуття одного з найважливіших інструментів пізнання як навколишнього природного середовища, так і створених людиною штучних систем.

Keywords

• складна система
• землетруси
• прогнозування
• штучний інтелект
• нейронні мережі