Автореферат (1102781), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В итоге обработки исходных рядов данных мы имелианалитическое по пространству и дискретное во времени представление для18смещения свободной поверхности ( Lon, Lat,ti ) p(Lon, Lat,ti ) / g , где Lon — долгота,Lat — широта, ti — дискретные моменты времени. Для численных расчетовиспользовались следующие значения плотности воды и ускорения силы тяжести: 1030 кг / м3 , g 9.8 м / с 2 .Раздел 4.3 посвящен описанию метода восстановления горизонтальныхдвижений и полученным при этом результатам. На Рис. 10а показана динамикауровня моря, рассчитанная с использованием интерполяционной функции(Lon, Lat, t i ) для точки, которая расположена приблизительно в центре областипостановки DONET (Lon=136.65o в.д., Lat=33.45o с.ш.). Местоположение точкипоказано на Рис.
9 красным кружком.Рис.10. Уровень моря (а), долготная и широтная компоненты скорости течения (б),долготная и широтная компоненты смещения частиц воды (в) при прохождении волнцунами Тохоку 2011, восстановленные по данным станций DONET в точке с координатамиLon=136.65o в.д., Lat=33.45o с.ш. Масштабы величин («1 м», «0.01 м/с», «10 м») показанывертикальными отрезками. Вертикальной линией отмечен момент начала основногоземлетрясения (Mw9.0).Из Рис. 10а видно, что в колебаниях уровня моря проявляются как приливныеволны, так и волны цунами. Амплитуда колебаний уровня (~1 м) существенноуступает глубине океана в рассматриваемой области (H ≈ 2000 м), что обеспечиваетвозможность использования линейной теории длинных волн [Пелиновский, 1996;Levin, Nosov, 2016]. Наблюдаемый период волн цунами (~1 ч) заметно меньшепериода вращения Земли вокруг своей оси.
Это дает основание пренебречь вуравнениях силой Кориолиса, а также и приливообразующими силами.С учетом всех высказанных выше предположений динамическое уравнениетеории длинных волн приобретает простой видU g .(47)tгде U ( U Lon ,U Lat ) — вектор горизонтальной скорости течения и его долготная иширотная компоненты, — дифференциальный оператор, действующий погоризонтали. Компоненты вектора рассчитывались с использованием введеннойвыше функции (Lon, Lat, t i ) .19По известной правой части уравнения (47) путем прямого интегрированияуравнения по времени рассчитывалось поле горизонтальной скорости.Интегрирование по времени функции, которая известна приближенно (из натурныхизмерений), обычно приводит к ошибкам, возрастающим во времени.
Дляисключения таких эффектов временные ряды, представляющие собой компонентывектора , подвергались дополнительной обработке с целью подавлениядлиннопериодных сигналов (>1 ч.).На Рис. 10б представлен результат восстановления долготной и широтнойкомпонент скорости течения в точке с координатами Lon=136.65o в.д., Lat=33.45o с.ш.за 11 марта 2011 г. с 00:00 до 24:00 UTC. Компоненты скорости имеют небольшуюамплитуду (~ 0.01 м/c).Рис. 11. Горизонтальные движения частиц воды (треки) при прохождении волн цунамиТохоку 2011, восстановленные по данным станций DONET в точке с координатамиLon=136.65o в.д., Lat=33.45o с.ш. (а) — с 00:00 до 24:00 UTC, (б) — с 05:00 по 08:40 UTC.Известно, что в бегущей синусоидальной длинной волне амплитуды скороститечения u и смещения поверхности воды связаны простой формулой[Пелиновский, 1996]: u g / H .
В рассматриваемом случае только лидирующуюволну можно считать бегущей, на последующих стадиях волновое возмущениепредставляет собой суперпозицию бегущих, отраженных и захваченных шельфомволн. Т.о. приведенная формула позволяет получить независимую оценку скороститечения только для лидирующей волны цунами. Подставляя в формулу амплитудулидирующей волны 0.3 м и глубину места H 2048 м , получаем u 0.02 м / с .Эта величина хорошо соответствует полученному нашим методом значению:22U Lon U Lat 0.017 м / с .Выявление скоростей порядка сантиметров в секунду на фоне иныхокеанических процессов in-situ, очевидно, представляет непростую задачу.
Однако,следует заметить, что при прохождении волны цунами вся водная толща движется погоризонтали одинаковым образом. Возможно, что использование именно этогосвойства позволит достоверно обнаруживать слабые течения, ассоциирующиеся с20цунами в открытом океане, например, с использованием системы дрифтеров,расположенных на различных глубинах.Интегрирование скорости течения по времени позволяет восстановитьгоризонтальные смещения частиц воды. Методика обработки сигнала здесь былааналогична той, которая применялась для восстановления скорости течения. НаРис.
10в представлена динамика горизонтального смещения частиц воды (долготнаяи широтная компоненты) за 11 марта 2011 г в окрестности точки с координатамиLon=136.65o в.д., Lat=33.45o с.ш. Соответствующие треки, которые описываличастицы воды, представлены на Рис. 11. Из рисунка хорошо видно, что наиболееинтенсивные движения сопровождают прохождение лидирующей волны цунами.Затем движения медленно затухают. Видимая хаотичность и продолжительностьгоризонтальных движений, ассоциирующихся с волнами цунами, обязана влияниюзахваченных волн. Амплитуда горизонтальных движений частиц воды составляет ~10 м, что превышает амплитуду вертикальных движений (смещение поверхностиводы ~0.3 м) более, чем на порядок.
Такие значительные горизонтальные смещения,безусловно, могут быть обнаружены с использованием дрифтеров, оснащенныхсистемой спутниковой навигации.1.2.3.4.5.6.7.Основные результаты диссертационной работыВ рамках линейной теории длинных волн получены и проанализированыаналитическиерешенияосесимметричныхзадачобостаточныхгидродинамических полях, возникающих в однородном и стратифицированномокеане фиксированной глубины в результате деформаций дна. Выявлены связихарактеристик остаточных полей с безразмерными параметрами задачи.Показано, что в типичных природных условиях форма очага и особенностипространственного распределения деформаций дна в нем слабо сказываются наструктуре остаточных полей в однородном океане, оставляя ее близкой косесимметричной.Установлено, что объем воды, вытесненный в источнике цунами, нерастекается по всей акватории, а остается связанным в геострофическом вихре,размер которого ограничен баротропным радиусом деформации Россби.Для типичных природных условий выполнены оценки амплитуды остаточногогоризонтального смещения (~100 м), скорости в геострофическом вихре (~0.01м/с), смещения свободной поверхности (~1% от амплитуды деформации дна),энергии геострофического вихря (~1% от энергии цунами).Установлено, что в типичных природных условиях наличие или отсутствиестратификации слабо влияет на остаточные поля.
Только в случае тонкогонижнего слоя амплитуды горизонтальных движений в нижнем слое могутсущественно возрастать по сравнению с однородным океаном.Установлено, что остаточные поля проявляются сразу после того, какгравитационная волна покинет прилежащую к источнику цунами область,размер которой ограничен баротропным радиусом деформации Россби.Формирование остаточных полей сопровождается затухающими колебаниямина инерционной частоте.Вращение Земли приводит к незначительному ослаблению волн цунами за счетчастичного связывания энергии источника в геострофическом вихре идисперсии длинных волн, проявляющейся во вращающейся системе отсчета.218.
Разработан метод восстановления горизонтальных движений водного слоя вволне цунами по данным густой сети глубоководных станций уровня моря.Работоспособность метода продемонстрирована на примере цунами 11 марта2011 г., зарегистрированного сетью глубоководных станций DONET/JAMSTEC.Установлено, что амплитуда горизонтальной скорости течения в волнахцунами составляла ~0.01 м/с, а горизонтальные смещения (~10 м) более чем напорядок превышали вертикальные колебания поверхности воды (~0.3 м).Публикации автора по теме диссертационной работыСтатьи в реферируемых журналах из списка ВАК1. Носов М. А., Нурисламова Г.
Н. Потенциальный и вихревой следыцунамигенного землетрясения в океане // Вестник Московского университета.Серия 3: Физика, астрономия. — 2012. — № 5. — С. 44–48.2. Носов М. А., Нурисламова Г. Н. Следы цунамигенного землетрясения вовращающемся стратифицированном океане // Вестник Московскогоуниверситета. Серия 3: Физика, астрономия.
— 2013. — № 6. — С. 54–59.3. Носов М. А., Нурисламова Г. Н., Мошенцева А. В., Колесов С. В. Остаточныегидродинамические поля при генерации цунами землетрясением // ИзвестияРоссийской академии наук. Физика атмосферы и океана. — 2014. — Т. 50, № 5.— С. 591–603.4. Нурисламова Г. Н., Носов М. А. Горизонтальные движения водного слоя припрохождении волн цунами по данным густой сети глубоководных станцийуровня моря // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика,астрономия.
— 2016г. — № 5. — С. 50–55.5. Нурисламова Г. Н., Носов М. А. Генерация цунами во вращающемся океане //Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле — 2017. — .№ 1. Вып. 33 (в печати)1.2.3.1.Статьи в сборникахНурисламова Г. Н., Большакова А. В., Носов М.А. Параметры остаточныхгидродинамических полей в очаге цунами в зависимости от момент-магнитудыземлетрясения. Физические проблемы экологии (экологическая физика):Сборник научных трудов / под ред. В.И. Трухина, Ю.А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
