Диссертация (1102782), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Обоснованность результатов подтверждаетсяпубликациями в реферируемых журналах, а также представлением их на всероссийских имеждународных конференциях.Практическая значимость. Полученные в работе результаты расширяют представленияо процессе генерации цунами землетрясением во вращающемся океане.

Аналитическиерешения задач об остаточных гидродинамических полях во вращающемся океане могутприменяться для тестирования численных моделей цунами. Метод восстановлениягоризонтальных движений водного слоя при прохождении волн цунами по данным густойсети глубоководных станций уровня моря может быть использован для оперативногопрогноза цунами.Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представленыавтором лично на следующих всероссийских и международных конференциях: 10-аяМеждународная конференция по городской инженерной сейсмологии, Токио, Япония,2013; конференция «Ломоносов-2013», Москва, 2013; 26-ой Международный симпозиумпо цунами, Гочек, Турция, 2013; Международная научная школа молодых ученых"Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах", Москва, 2015;XVII научная школа «Нелинейные Волны – 2016», Нижний Новгород, 2016; VIСахалинская молодёжная научная школа «Природные катастрофы: изучение, мониторинг,7прогноз», Южно-Сахалинск, 2016; 2-ая Международная научная школа молодых ученых"Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах", Москва, 2016.Результаты диссертации неоднократно докладывались автором на научных семинарах:лаборатории цунами ИО РАН им.

П.П. Ширшова и на кафедре математики Физическогофакультета МГУ.Результаты диссертационной работы использовались в следующих научноисследовательских проектах, выполненных при участии автора: «Методы раннегообнаружения цунами по данным сети глубоководных станций» (РФФИ 13-05-92100 яф_а),«Генерация цунами землетрясением: основные и вторичные эффекты» (РФФИ 13-0500337 а), «Эволюция цунами как задача динамики бароклинной вращающейся жидкости»(РФФИ 16-05-00053 а), «Прогноз цунами с использованием густой сети донных станций»(РФФИ 16-55-50018 яф_а); под руководством автора: «Горизонтальные движенияводного слоя, сопутствующие генерации и распространению цунами» (РФФИ 16-35-00231мол_а).Публикации.

По теме диссертации опубликовано 14 работ, в числе которых 4 статьи вреферируемых журналах из списка ВАК, 3 статьи в сборниках, 7 тезисов докладов. Еще 1статья в реферируемом журнале из списка ВАК находится в печати.Личный вклад автора. Результаты, представленные в диссертационной работе, полученылибо лично автором, либо при его непосредственном участии. Автор выполнилбольшинство численных расчетов, принимал участие в обработке и интерпретации всехполученных данных.Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из ведения, четырехглав, разделов «Основные результаты диссертационной работы» и «Защищаемыеположения», списка работ автора по теме диссертации, списка цитируемой литературы.Работа содержит 33 рисунка. Список цитируемой литературы включает 137 работ. Объемдиссертации составляет 105 страниц.8Глава 1. Обзор литературы1.1.Общие сведения о цунамиЦунами, что в переводе с японского означает «волна в гавани», представляет собойсерию низкочастотных волн, вызванных мощным воздействием на водный слой.

Такиеволныобычнонаносятколоссальныйущербприбрежнойинфраструктуреисопровождаются большим количеством жертв, так как данное явление практическиневозможно предотвратить. По крайней мере, как показал опят катастрофического цунами11 марта 2011 года в Японии, береговые дамбы далеко не всегда представляют собойнадежную защиту. Однако, в большинстве случаев волны цунами можно спрогнозировать,- именно в этом направлении развиваются исследования этой грозной природнойкатастрофы.Подробные сведения о географии, физике, гидродинамике, методах моделированияи прогноза волн цунами можно найти в монографиях [Мурти, 1981; Марчук и др., 1983;Пелиновский, 1996; Левин, Носов, 2005; Bryant, 2008; Levin, Nosov, 2016] и обзорах [Voit,1987; Okal, 2011; Носов, 2014; Рабинович, 2014; Гусяков, 2014].Фактическая информация о цунами-событиях ранее собиралась в каталогах[Соловьев, Го, 1974, 1975; Соловьев и др., 1986, 1997; Heck, 1947; Imamura, 1949; Takahasi,1951; Iida, 1956; Lander et al., 2002].

В настоящее время основной источник фактическойинформации - исторические электронные базы данных по цунами. Отметим два наиболееизвестных источника. Первый источник Historical Tsunami Database for the World Ocean(HTDB/WLD) - база данных, которая создана и поддерживается В.К.Гусяковым(ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск). Второй источник NGDC/WDS Global HistoricalTsunami Database (NOAA).На настоящий момент в базах данных содержится информация о более чем 2500событиях в океанах и морях, которые привели к цунами.

Из них 1589 относится к Тихомуокеану, 470 к Средиземному морю, 181 к Атлантическому океану, 107 к Карибскому морюи 23 к Черному и Каспийскому морям.Опасность, которую несут с собой волны цунами, связана в первую очередь соследующими тремя факторами [Левин, Носов, 2005; UNESCO-IOC. Tsunami Glossary,2006]: внезапным затоплением части суши, волновым воздействием на сооружения иэрозией. Сильные потоки воды, достигающие скоростей в десятки метров в секунду,способны ломать и перемещать дома, подмывать фундаменты зданий, разрушать мосты,портовые конструкции.

Потоки воды часто несут в себе обломки зданий и прочих9сооружений, деревья, малые и большие суда, что не оставляет шансов на выживание учеловека, попавшего в такой поток. Ущерб, наносимый цунами, может быть также связанс пожарами, загрязнением окружающей среды, эпидемиями, возникшими в результатеразрушения береговой инфраструктуры.Несмотря на успехи в изучении цунами, разработанные методики прогноза ипредупреждения, оказалось невозможным предотвратить катастрофические событияпоследних лет. Волны, обрушившиеся на побережье Японии 11 марта 2011 г., в очереднойраз продемонстрировали, что даже такая высокотехнологичная страна, обладающаянаиболее богатым историческим опытом в практических исследованиях волн цунами,оказалась уязвимой перед лицом стихии.

Максимальная высота заплеска при этом цунамипревышала 50 метров, а горизонтальный заплеск достигал почти 8 км [HTDB/WLD].Количество жертв составило более 18 тыс. погибших. Материальный ущерб, нанесенныйЯпонии волнами цунами, оценивается в четверть триллиона долларов USD Тяжелыеэкологические последствия радиационной аварии на АЭС Фукусима-1 ещё долго будутнапоминать о себе. Удар цунами вывел из строя внешние средства электроснабжения ирезервные дизельные генераторы, что явилось причиной неработоспособности всехсистем нормального и аварийного охлаждения и привело к расплавлению активной зоныреакторов на энергоблоках в первые дни развития аварии.Другой яркий пример катастрофы XXI века — цунами в Индонезии 26 декабря2004 г. Отсутствие региональной системы предупреждения о цунами привело кбеспрецедентному количеству жертв более 227 тыс.

погибших [Levin, Nosov, 2016].В соответствии с исторической базой данных о цунами в Мировом океанеHTDB/WLDбольшинствособытий(73%)вызываютсясильнымиподводнымиземлетрясениями. В некоторых случаях образование цунами обязано оползням (3.4%),извержениям вулканов (4.7%) и метеорологическим причинам (3.6%). В некоторыхслучаях цунами было результатом комбинации событий: землетрясения и оползня (3.6%),извержения вулкана и землетрясения (0.5%) и извержения вулкана и оползня (0.4%). Дляоставшихся событий источник установить не удалось. Активно обсуждается возможностьгенерации цунами при падении в океан метеоритов [Crawford, Mader, 1998; Solem, 1999;Paine, 1999; Ward, Asphaug, 2000; Gisler et al., 2011; Kozelkov et al., 2015], но за все времясуществования нашей цивилизации таких событий зарегистрировано не было.Главной причиной разрушительных цунами являются резкие вертикальныесмещения участков дна при сильных подводных землетрясениях.

Основной механизмгенерации цунами землетрясением связан с вытеснением некоторого объема водыостаточной деформацией дна [Левин, Носов, 2005]. Вытесненный объем воды при10цунамигенных землетрясениях варьируется от единиц до десятков кубических километров[Bolshakova, Nosov, 2011]. При очень сильных событиях, таких как Япония 2011вытесненный объем может достигать ста кубических километров [Носов и др., 2011]. Помере распространения волны из области источника, вытесненный объем распределяется(растекается) по близлежащей области под действием силы тяжести. Этот процесссопровождается заметными остаточными перемещениями частиц воды в горизонтальномнаправлении. На подобное движение воды влияет вращение Земли, что сказывается нахарактере её движения, которое приобретает вихревую составляющую из-за силКориолиса.

Причем интенсивность движения (скорость) напрямую зависит от мощностиземлетрясения, а направление вращения - от направления движения дна (поднятие илиопускание) во время землетрясения. Настоящая диссертационная работа во многопосвящена анализу деталей этого процесса.Волны цунами отличаются от других природных катастроф тем, что способнысохранять свою разрушительную силу при распространении на многие тысячи километров[Гусяков, 2014, Levin, Nosov, 2016]. Так, например, Гавайские острова периодическиподвергаются воздействию волн цунами, которые вызываются удаленными источниками –землетрясениями, происходящими по периметру Тихого океана в так называемомогненном кольце.

Специалистам хорошо известны катастрофические проявленияЧилийского цунами 1960 г. на противоположном берегу Тихого океана (на расстоянииоколо 17 тыс. км!) в Японии (138 погибших и $50 миллионов ущерб – по данным USGS,Historic Earthquakes) и на дальневосточном побережье России (ущерб 30 млн. руб.

СССР).Впечатляющий пример разрушительного дальнодействия цунами связан также с волной,вызванной землетрясением 1946 г. у Алеутских островов. Преодолев расстояние около 16тыс. км, волна повредила хижину английской экспедиции на острове Винтер вблизи ЗемлиГрэхема в Антарктиде [Fuchs, 1982; Гусяков, 2014]. Есть свой пример трансокеанскогоцунами и в Атлантическом океане: землетрясение в Лиссабоне 1755 г. сопровождалосьволнами с амплитудой более 3 м на островах Карибского моря (расстояние от источникасвыше 5 тыс км).Период волн цунами варьируется в диапазоне от 102 с до 104 с . Длинагравитационных волн означенного периода, как правило, существенно превосходитглубину океана, следовательно, цунами можно отнести к классу длинных волн. Длинныеволны описываются в рамках гидростатического приближения.

Соответствующая теорияименуется теория длинных волн или теория мелкой воды. Большинство современных11моделей цунами построены именно на основе теории длинных волн, поэтому следующийраздел мы посвятим изложению основ этой теории.1.2.Теория длинных волнДинамика движения несжимаемой жидкости в поле силы тяжести во вращающейсясистеме отсчета описывается уравнениями Навье-Стокса [Ламб, 1947; Ландау, Лифшиц,2001]:div V  0 , Vp (V)V   V  2[V  ]  g ,tгде V  u , v, w – вектор скорости течения жидкости, p – давление в жидкости,  –плотность жидкости,  – кинематическая вязкость, g – ускорение силы тяжести,  –вектор угловой скорости вращения Земли. Абсолютная величина вектора угловойскорости вращения Земли составляет   2 / T  7.2921  10 5 c 1 , где T — сидерическийпериод вращения Земли вокруг оси, равный одним звёздным суткам (23 часа 56 минут,4,0905 секунды).Введем декартову систему координат следующим образом.

Характеристики

Список файлов диссертации