Методы раннего обнаружения цунами по данным сети глубоководных станцийНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 апреля 2013 г.-31 декабря 2013 г. Методы раннего обнаружения цунами по данным сети глубоководных станций
Результаты этапа: Выполнен обзор современных представлений о волнах цунами сейсмического происхождения. В обзоре описаны принципы оперативного прогноза и способы регистрации цунами. Изложен традиционный подход к описанию генерации цунами землетрясением, проанализированы его недостатки. Выделены основные и вторичные эффекты, ответственные за формирование волн подводными землетрясениями. Описаны существующие численные модели динамики цунами. По данным DONET проанализированы вариации придонного давления и ускорения движения дна, зарегистрированные по время землетрясения Тохоку 11 марта 2011 г. Получено и проанализировано точное аналитическое решение задачи о расчете начального возвышения, образуемого мгновенной деформацией плоского наклонного дна. Создана комбинированная (3D+2D) численная модель, описывающая волновые движения в слое тяжелой сжимаемой жидкости, возбуждаемые малыми динамическими деформациями дна. По данным о распределении подвижки в очагах подводных землетрясений (Finite Fault Models) исследованы свойства очагов цунами (44 события за период 1994-2012 гг.). Найдены и исследованы аналитические решения задач об остаточных гидродинамических полях, сопутствующих генерации цунами землетрясением, во вращающемся однородном и стратифицированном океане. Проанализирована возможность использования остаточных полей в решении задачи прогноза цунами. По данным автономных донных станций и телеметрических регистраторов Службы предупреждения о цунами проанализированы сигналы двух сильных цунами – Чилийского 27.02.2010 и Тохоку 11.03.2011. Осуществлен визит российской группы в Японию (г. Токио, 25 февраля - 04 марта 2013 г.) для встреч с японской группой и координации плана работ, а также для участия в международной конференции (10-th CUEE, Tokyo Institute of Technology). Организован визит руководителя японской группы Yoshiyuki Kaneda в Россию (г. Южно-Сахалинск, 3-6 июля 2013 г.) для посещения Центра цунами ФГБУ «Сахалинского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», координации плана работ и обмена данными, проведения совместного семинара. Организован визит японской группы на физический факультет МГУ (г. Москва, 27 октября - 3 ноября 2013 г.) для проведения совместного семинара и обсуждения промежуточных результатов работ, выступления руководителя японской группы Yoshiyuki Kaneda с публичной лекцией на физическом факультете. Подписано рабочее соглашение между Физическим факультетом МГУ и JAMSTEC, необходимое для передачи данных DONET российской стороне (ноябрь 2013 г.).
2 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Методы раннего обнаружения цунами по данным сети глубоководных станций
Результаты этапа: 1. Теоретически проанализирован характер отклика водного слоя на сейсмические колебания дна в зависимости от частоты. Показано, что существуют три непересекающихся частотных диапазона: (1) “гравитационные волны”, (2) “вынужденные колебания” и (3) “гидроакустические волны”, разделяемые частотами fg=0.366Sqrt(g/H) и fac=c/4H, где g – ускорение свободного падения, H – глубина океана, c – скорость звука в воде. В диапазоне 1 возбуждаются гравитационные волны (цунами), а в диапазоне 3 – гидроакустические волны. В диапазоне 2 волны не возбуждаются, и водный слой совершает вынужденные колебания, следуя за движениями дна. При этом вариации придонного давления пропорциональны вертикальному ускорению колебаний дна. 2. По данным 10 станций DONET, которые успешно зарегистрировали землетрясение и цунами Тохоку 11 марта 2011 г., проанализированы синхронные измерения придонного давления и вертикального ускорения дна. Установлено, что для каждой станции существует частотный диапазон, в котором когерентность сигналов (давление и ускорение) близка к 1 при нулевом сдвиге фаз. Границы частотных диапазонов, определенные по данным измерений, совпадают с теоретическими оценками (частоты fg и fac). 3. По данным DONET во время землетрясения Тохоку 11 марта 2011 г. обнаружен эффект генерации свободных гравитационных волн в океане (предвестников цунами) длиннопериодными сейсмическими поверхностными волнами. Предложены механизмы генерации наблюдаемых гравитационных волн, выполнены оценки вклада вертикальных и горизонтальных компонент сейсмических движений дна в их амплитуду. 4. Предложен метод предвычисления колебаний уровня моря на побережье (приливы и цунами) по данным густой сети глубоководных станций. Метод применен к восстановлению волнового поля вблизи п-ва Кии (Япония) во время цунами Тохоку 11 марта 2011 г. по данным глубоководных станций DONET. Результаты расчетов сопоставлены с данными береговых мареографов JMA. Установлено, что метод позволяет воспроизводить приливы и начальную стадию волн цунами для береговых станций, расположенных вблизи системы DONET. Развитие волнового процесса на больших временах не восстанавливается. Выявлена основная причина рассогласования предвычисленных и измеренных колебаний уровня моря – нерациональное расположение станций DONET. Предложена схема расположения станций уровня моря, позволяющая оптимально решать задачу прогноза цунами без привлечения сейсмической информации. 5. По структуре подвижки, заимствованной из базы данных SRCMOD, с применением формул Окада рассчитаны векторные поля остаточных деформаций океанического дна для очагов 75 подводных землетрясений, произошедших в период с 1923 по 2013 г. Показано, что горизонтальные компоненты деформации наклонного дна, как правило, обеспечивают дополнительный и заметный вклад в вытесненный объем воды и в энергию цунами. Проанализированы связи амплитуды деформации дна, вытесненного объема и энергии цунами с моментной магнитудой землетрясения, построены соответствующие регрессионные зависимости. Показано, что доля энергии землетрясения, переходящая к волнам цунами, растет с увеличением моментной магнитуды, но даже при катастрофических землетрясениях она не превышает 0.1 %. 6. На основе оригинальных аналитических решений исследованы свойства остаточных гидродинамических полей (вихревого и потенциального), сопровождающих генерацию цунами землетрясением. Установлено, что потенциальное поле может быть выявлено в природных условиях и использовано в оперативном прогнозе цунами, а вихревое поле, как правило, является слишком слабым для обнаружения его in-situ. Показано, что вращение Земли слабо влияет на остаточное потенциальное поле вплоть до расстояний порядка баротропного радиуса деформации Россби, следовательно, для практических расчетов можно использовать упрощенную модель, пренебрегающую силой Кориолиса. Показано, что в стратифицированном океане над источником цунами должен формироваться долгоживущий след в стратификационной структуре, существование которого обязано вращению Земли. Установлено, что даже слабая стратификация способна сильно (в разы) изменять параметры остаточных полей в случае тонкого придонного слоя, следовательно, данные донных измерений следует интерпретировать с осторожностью. 7. С целью совершенствования задания начальных условий при численном моделировании цунами получено и проанализировано точное аналитическое решение задачи о расчете начального возвышения, образуемого мгновенной деформацией плоского наклонного дна.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".