Вертикальноразрешающие модели генерации цунами (1102458)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯМОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М.В. ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиУДК 551.466.62Колесов Сергей ВладимировичВЕРТИКАЛЬНОРАЗРЕШАЮЩИЕ МОДЕЛИГЕНЕРАЦИИ ЦУНАМИСпециальность 25.00.29 – Физика атмосферы и гидросферыАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2011Работа выполнена на кафедре физики моря и вод суши физическогофакультета Федерального государственного образовательного учреждениявысшего профессионального образования Московский государственныйуниверситет имени М.В.
Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наукпрофессор Носов Михаил АлександровичФизический факультет Федерального государственного образовательногоучреждениявысшегопрофессиональногообразованияМосковскийгосударственный университет имени М.В. ЛомоносоваОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наукзаведующий лабораторией Куликов Евгений АркадьевичУчреждение Российской академии наук Институт океанологииим.
П.П. Ширшова РАНдоктор физико-математических наук, профессорглавный научный сотрудник Елизарова Татьяна ГеннадьевнаУчреждение Российской академии наук Институт прикладной математикиим. М.В. Келдыша РАНВедущая организация:Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физикиРАН, г. Нижний НовгородЗащита состоится __ октября 2011 г в 16:00 на заседании ДиссертационногоСовета Д.501.001.63 по геофизике при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу:119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, Дом 1,строение 2, Физический факультет, аудитория ЦФА.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического факультетаМГУ им.
М.В. Ломоносова.Автореферат разослан __ сентября 2011 г.Ученый секретарь Диссертационного советакандидат физико-математических наук, доцент2В.Б. СмирновОбщая характеристика работыАктуальность темы. Волны цунами — опасное природное явление,нередко сопровождающееся человеческими жертвами и материальнымущербом. Стремительный рост населения прибрежной зоны, развитиебереговой инфраструктуры, интенсификация хозяйственной деятельности нашельфе (добыча углеводородов, прокладка трубопроводов, линий связи), всеэто ведет к повышению уязвимости берегов к морским природнымкатастрофам, среди которых волны цунами играют не последнюю роль.Исследования волн цунами активно ведутся во многих странах начиная ссередины 20-го века.
Несмотря на обширные накопленные знания,разработанные методики и технологии прогноза и предупреждения, оказалосьневозможным предотвратить тяжелые последствия катастроф последнегодесятилетия. Так, например, цунами, произошедшее в Японии в марте 2011 г, вочередной раз продемонстрировало, что даже такая высокотехнологичнаястрана, обладающая наиболее богатым историческим опытом в практическихисследованиях волн цунами, оказалась уязвимой перед лицом стихии. Тяжелыеэкологическиепоследствия,связанныесповреждениематомныхэлектростанций, еще долго будут напоминать о себе. Другой яркий примерпоследних лет — цунами в Индонезии 26 декабря 2004 г.
Отсутствиерегиональной системы предупреждения о цунами привело к беспрецедентномуколичеству жертв.Подвержено воздействию цунами и побережье России. Берега Курил иКамчатки еще хранят воспоминания о страшной катастрофе 1952 года, когдаволнами цунами был полностью уничтожен город Северо-Курильск. Во времяцунами на Центральных Курилах в 2006 и 2007 гг высоты заплеска достигали20 м.
Только по счастливой случайности, это событие не сопровождалосьчеловеческими жертвами.Современное состояние знаний все еще не позволяет достовернопрогнозировать и эффективно предотвращать негативные последствиякатастрофических волн цунами, что определяет актуальность исследованияэтого опасного природного явления.Основным, но не единственным, механизмом генерации цунами являютсясильные подводные землетрясения.
На их долю приходится около 80% всехизвестных событий. Настоящая работа посвящена изучению механизмовгенерациицунамиподводнымиземлетрясениямиврамкахвертикальноразрешающихмоделей.Большинствонынесуществующихподходов к моделированию цунами используют теорию длинных волн, котораяне учитывает вертикальную структуру потока жидкости, пренебрегаяявлениями, физическая сущность которых обязана зависимости волновых полейот вертикальной координаты. К таким явлениям, в частности, следует отнестигидроакустические и нелинейные эффекты, существование минимальновозможной длины волны, образуемой движениями дна.
Согласнотрадиционному подходу, полагается, что на поверхности несжимаемого водного3слоя мгновенно формируется начальное возвышение, форма которогоэквивалентна вертикальной остаточной деформации дна. Такое упрощенноепредставление может приводить к значительным ошибкам в расчетах цунами.Вплоть до начала XXI века, стадия генерации цунами оставалась одной изнаименее изученных, что, в частности, было связано с отсутствием каких-либопрямых измерений в очаге цунами. Установка серии донных обсерваторийвблизи Японских островов (JAMSTEC, Japan Agency for Marine-Earth Scienceand Technology) и последующая первая в истории успешная регистрациявариаций придонного давления и ускорений движения дна в очаге цунамиТокачи-оки 2003 г.
дали возможность пересмотреть представления о процессах,протекающих в источнике на основе прямых инструментальных измерений.Цели диссертации.1.По данным прямых измерений в очаге цунами (JAMSTEC) подтвердитьсуществование теоретически предсказанного эффекта — упругих колебанийводного слоя, инициированных землетрясением и оценить параметрыдеформации дна.2.Разработать численную модель, описывающую динамику сжимаемоговодного слоя, ограниченного свободной поверхностью и абсолютно жесткимдном, в бассейне с произвольным распределением глубин при деформацияхдна, происходящих по произвольному пространственно-временному закону.3.С помощью разработанной модели воспроизвести вариации давления,зарегистрированные в очаге цугами Токачи-оки 2003 г.4.Оценить вклад нелинейных гидроакустических эффектов в амплитуду иэнергию гравитационной волны цунами, сопоставить эффективностьпоршневого и нелинейного механизмов.5.Разработать метод постановки начальных условий в задаче ораспространении сейсмотектонических цунами, учитывающий не тольковертикальную, но и горизонтальные компоненты деформации дна исглаживающее влияние водного слоя.Научная новизна и положения, выносимые на защиту.Научная новизна работы определяется следующими оригинальнымирезультатами, полученными в диссертационной работе:1.Впервые по данным прямых инструментальных измерений в очагецунами Токачи-оки 2003 выявлена низшая мода упругих колебаний водногослоя и выполнены оценки параметров деформации дна.2.Создана трехмерная численная модель, которая описывает акустические игравитационные волны, возбуждаемые в океане малыми динамическимидеформациями дна.
Модель способна количественно воспроизводить динамикуводного слоя в очаге цунами.3.Гидроакустические эффекты могут обеспечить вклад в амплитуду цунамина побережье только посредством нелинейной передачи энергии от упругихколебаний к гравитационным волнам. Вклад нелинейных гидроакустическихэффектов в амплитуду цунами в большинстве случаев не превышает 10%.44.Разработан метод расчета начального возвышения в очаге цунами,который позволяет корректно и максимально точно – в рамках классическойконцепции мгновенной подвижки – рассчитывать волны цунами.Разработанный метод способствует повышению оперативности расчетов иэкономии вычислительных ресурсов.Достоверность и обоснованность результатов диссертацииопределяется использованием в основе моделирования фундаментальныхзаконов физики, корректным применением численных методов решенияуравнений в частных производных, тестированием численной модели на ранееполученном аналитическом решении, использованием натурных данных изизвестных источников (JAMSTEC, NEIC, GEBCO, JODC) и традиционныхметодов спектрального анализа.
Обоснованность основных результатовподтверждается также публикациями в известных отечественных и зарубежныхреферируемых журналах и представлением их на всероссийских имеждународных конференциях.Практическая значимость.Разработанная трехмерная численная модель может быть использованадля описании акустических и диспергирующих гравитационных волн в океане,вызванных сейсмическими движениями дна.Методика оценки параметров деформации дна по данным о вариацияхпридонного давления в очаге цунами, разработанная для землетрясения Токачиоки 2003 г., может быть применена для анализа других цунамигенных событий.Предложенный метод расчета начального возвышения в очаге цунами,который учитывает вклад не только вертикальной, но и горизонтальнойдеформации дна и сглаживающее влияние водного слоя, обеспечиваеткорректность и повышает точность численного моделирования волн цунами.Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы былипредставлены автором лично на следующих всероссийских и международныхконференциях: 3-ая Всероссийская научная конференция «Физическиепроблемы экологии (Экологическая физика)», Москва, 2001; Конференция«Ломоносов-2001», Москва, 2001; Международная рабочая группа«Предупреждениеисмягчениепоследствийлокальныхцунами»,Петропавловск-Камчатский, 2002; Юбилейная Всероссийская научнаяконференция «Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана иатмосферы», Москва, 2002; 4-ая Всероссийская научная конференция«Физические проблемы экологии (Экологическая физика)», Москва, 2004;Десятый Международный симпозиум «Природные и техногенные опасности»,Хайдарабад, Индия, 2004; Международный научный симпозиум «Актуальныепроблемы островной и береговой сейсмологии», Южно-Сахалинск, 2005; 2-аяим. Александра фон Гумбольдта конференция о роли геофизики впредотвращении природных катастроф, Лима, Перу, 2007; IV Сахалинскаямолодежная научная школа, Южно-Сахалинск, 2009; 7-ая Международнаяконференция по городской инженерной сейсмологии и 5-ая Международная5конференция по инженерной сейсмологии, Япония, Токио, 2010; 8-аяМеждународная конференция по городской инженерной сейсмологии, Токио,Япония, 2011.Публикации.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
