Связь параметров очага цунами с характеристиками землетрясения

На правах рукописиБольшакова Анна ВладимировнаСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ОЧАГА ЦУНАМИС ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯСпециальность 25.00.29 – Физика атмосферы и гидросферыАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2013Работа выполнена на кафедре физики моря и вод суши физического факультетаФедерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшегопрофессионального образования «Московский государственный университет имениМ.В.

Ломоносова».Научный руководитель:доктор физико-математических наукпрофессор Носов Михаил АлександровичФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегопрофессионального образования «Московский государственный университетимени М.В. Ломоносова»Официальные оппоненты:доктор физико-математических наукпрофессор Жмур Владимир ВладимировичФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшегопрофессионального образования «Московский физико-технический институт(государственный университет)»,заведующий кафедрой термогидромеханики океана;кандидат физико-математических наукЧирков Евгений БорисовичФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физикиЗемли им.

О.Ю. Шмидта Российской академии наук,старший научный сотрудник.Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждениеокеанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук.наукиИнститутЗащита состоится 17 октября 2013 г. В 16 : 00 на заседании Диссертационного СоветаД.501.001.63 по геофизике при Московском государственном университете имениМ.В.

Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, дом 1, строение 2,МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет, аудитория ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки МГУимени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27).Автореферат разослан ____ сентября 2013 г.Ученый секретарь Диссертационного Советакандидат физико-математических наук, доцент2В.Б. СмирновОбщая характеристика работыАктуальность темы. За последнее десятилетие произошли 13 крупных цунами,которые унесли жизни около 250 000 человек. Несмотря на то, что к настоящему моментунакопились обширные знания о физической природе волн цунами, разработаныматематические модели явления и технологии прогноза, катастрофические последствияцунами последнего десятилетия, и особенно крупнейших событий в Индонезии 26.12.2004и в Японии 11.03.2011, показали, что проблема цунами все еще далека от разрешения.Изучение всего комплекса прикладных и фундаментальных задач, связанных с этимопасным природным явлением, в конечном счете, направлено на снижение рисковцунами, и, следовательно, является актуальным и практически значимым.Основной механизм генерации цунами связан с деформациями дна, которыесопровождают сильные подводные землетрясения.

Деформации дна в значительнойстепени зависят не только от магнитуды, но и от механизма очага землетрясения и егоглубины. Поэтому далеко на каждое, даже сильное, землетрясение способно вызватьразрушительные волны цунами. Следовательно, выявление связей характеристикземлетрясения с параметрами очага цунами является важным аспектом изучения этогоопасного природного явления.В настоящее время оперативный прогноз цунами базируется на магнитудногеографическом критерии. Тревога цунами объявляется в любом случае прификсировании факта возникновения землетрясения в заранее определенном районе океанаили моря (цунамигенная зона) с магнитудой выше принятой пороговой.

Так, например,для Курило-Камчатского региона России (Курило-Камчатская впадина, Охотское иЯпонское моря) величина пороговой магнитуды составляет Мw=7. Такой порядокпринятия решения об объявлении тревоги цунами позволяет получить достаточную длябольшинства регионов заблаговременность, но приводит к большому количеству ложныхтревог из-за недостаточно четкого критерия цунамигенности землетрясения. Примеромобъявления ложной тревоги может служить недавнее землетрясения в Охотском море(24.05.2013, Мw=8.3 USGS), когда, в соответствии с регламентом информационнообрабатывающего центра «Южно-Сахалинск» Сахалинского филиала геофизическойслужбы РАН, была объявлена тревога цунами по охотоморскому побережью Сахалина иКурильских островов [rtws.ru].

Позднее был объявлен отбой тревоги цунами в связи сглубоким расположением гипоцентра. Второй яркий пример – землетрясение вблизи о-ваСуматра 11.04.2012, Мw=8.6 (USGS). Несмотря на значительную магнитудунезначительную глубину (22.9 км), это землетрясение вызвало волны цунами неопаснойамплитуды. Эти события ещѐ раз убедительно демонстрируют, что одной из важнейшихпроблем в системах предупреждения о цунами является четкое и достоверноеопределение цунамигенности подводного землетрясения.В последнее время наметился существенный прогресс в изучении цунами. Этотпрогресс обязан, во-первых, развитию существующих и установке новых измерительныхсистем (DART, JAMSTEC/DONET, NEPTUNE и др.), которые позволяют регистрироватьволны с высокой точностью не только на побережье, но и в открытом океане, в том численепосредственно в очаге цунами.

Во-вторых, в последние годы появилась возможностьдостаточно точно восстанавливать пространственную структуру очага землетрясения(USGS − Геологическая служба США, Caltech − Калифорнийский институт технологий,3UCSB − Университет Санта-Барбары и др.), по которой можно рассчитать остаточную(косейсмическую) деформацию дна в очаге цунами [Okada, 1985], являющуюся основнойпричиной формирования волн. Сопоставление измеренных в открытом океане ирасчетных волновых форм, полученных на основе структуры очага землетрясения,показывает, что очаг цунами восстанавливается достаточно достоверно. К настоящемувремени информация о структуре подвижки доступна по нескольким десяткам подводныхземлетрясений, что обеспечивает возможность анализа особенностей реальных очаговцунами на достаточно представительном массиве данных.Основной количественной характеристикой силы проявления цунами на побережьеявляется его интенсивность.

В мировой практике наибольшее распространение получилашкала интенсивности Соловьева-Имамуры (HTDB/WLD-Historical Tsunami Database forthe World Ocean, NOAA/WDC Tsunami Event Database). Связь между интенсивностьюцунами и магнитудой землетрясения, представляющая первостепенный интерес длясистемы предупреждения о цунами, исследовалась многими авторами. Главнойособенностью этой связи является колоссальный разброс данных.

При одной и той жемагнитуде амплитуда волн может отличаться в десятки раз. Этот факт еще разподтверждает сложность и неоднозначность связи между цунами и землетрясением. Всвязи с этим, для точного прогноза цунами, недостаточно основываться на магнитудногеографическом критерии. Необходимо выявление иных надежных и независимыхкритериев цунамигенности произошедшего подводного землетрясения.Цели и задачи диссертации. Основными целями диссертационной работы былоизучение связей между параметрами очага цунами и характеристиками землетрясения, атакже выявление такого параметра очага цунами, который наилучшим образом можетхарактеризовать степень цунамигенности землетрясения.

Исходя из основных целей,поставлены следующие задачи:1. Проанализировать гидродинамическую задачу о генерации цунами землетрясением ина основе данных прямых измерений в очаге оценить вклад гидроакустических инелинейных эффектов в волну цунами.2. Для модели равномерного распределения подвижки вдоль прямоугольной площадкиразрыва выявить связи параметров очага цунами с моментной магнитудой и глубинойземлетрясения.

На основе полученных связей оценить экстремальные характеристикиволн цунами и сопутствующих гидродинамических явлений.3. На основе данных о структуре подвижки в очагах реальных подводных землетрясенийи о топографии дна Мирового океана рассчитать параметры очагов цунами исопоставить их с теоретическими значениями, полученными для модели равномерногораспределения подвижки вдоль прямоугольной площадки разрыва.4. Проанализировать связь параметров реальных очагов цунами с моментной магнитудойземлетрясения.

Оценить относительный вклад горизонтальных и вертикальныхкомпонент деформации дна в генерацию цунами.5. Проанализировать зависимости между интенсивностью цунами по шкале СоловьеваИмамуры и параметрами реальных очагов цунами. Выявить параметр очага цунами,который наилучшим образом характеризует цунамигенность землетрясения.4Научная новизна1. Впервые по данным прямых измерений в очаге цунами показано, что процессгенерации цунами землетрясением может быть описан в рамках модели несжимаемойжидкости, а гидроакустические эффекты, сопровождающие генерацию цунами,существуют независимо от гравитационных волн и не оказывают влияния на высотузаплеска на побережье.2.