Диссертация (1102782), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Разложение поля скорости напотенциальную и вихревую компоненты позволит «автоматически» вычленить слабоевихревое поле, возникающее под действием силы Кориолиса. Именно такой подход мыбудем использовать в Главе 2 и Главе 3 при теоретическом анализе задачи о генерациицунами во вращающемся океане.1.3. Волны цунами: оперативный прогноз и способы регистрацииПервый прогноз цунами в дальней зоне, основанный на интерпретациисейсмических данных, по-видимому, относится к Камчатскому землетрясению 3 февраля1923 г [Okal, 2011]. Директор вулканологической обсерватории на Гавайях Томас Джаггер(ThomasJaggar),придяутромвлабораторию,обнаружил,чтосейсмометр,предназначенный для мониторинга вулканического тремора, зарегистрировал сильное идалекое землетрясение.
Определить положение эпицентра, обладая данными только содного сейсмометра, было невозможно. Но по разнице вступления P и S волн можно былооценить эпицентральное расстояние. Оценки показывали, что землетрясение большойсилы произошло где-то в бассейне Тихого океана. Несколькими месяцами ранее (11ноября 1922) Гавайские острова уже подвергались воздействию волн цунами с высотамизаплеска около 2 м, источник которых располагался у Чилийского побережья. Из анализаэтого события Томасу Джаггеру была известна скорость распространения цунами вокеане. По известному эпицентральному расстоянию он рассчитал время прибытияцунами, вызванного Камчатским землетрясением 3 февраля 1923 г. к Гавайским островами сообщил о своем прогнозе местным властям в Хило.
К сожалению, этот прогнозрасценили просто как фантазию ученого джентльмена. Тем временем волны цунамидостигли Гавайских островов, причинив ущерб в 1.5 миллиона USD (1923) и вызвав18гибель 1 человека. Через 10 лет, во время землетрясения 02 марта 1933 (Санрику), историяповторилась. На этот раз местные власти отнеслись к прогнозу с большим уважением иэвакуировали население из опасных областей. Цунами было разрушительным, но никто непогиб.К настоящему времени для своевременного прогнозирования волн цунами, созданынациональныеоперативныеслужбы,координируемыеприучастииМежправительственной океанографической комиссии ЮНЕСКО (IOC UNESCO).
Службыосуществляют непрерывный сбор сейсмической информации и при подводномземлетрясениизначительноймагнитуды,всоответствииспредустановленнымикритериями (например, магнитудно-географическим критерием) объявляется тревогацунами [Поплавский и др., 2009; Operational users guide for PTWS, 2009].В качестве количественной характеристики силы цунами используется величина,именуемая интенсивностью цунами по шкале Соловьева – Имамуры. Определяется этавеличина по средней высоте заплеска цунами на ближайшем к источнику побережье H в соответствии с формулой [Soloviev, 1970].I1 log 2 H .2Сведения об интенсивности собираются в каталогах и базах данных по цунами, например,в HTDB/WLD.
Наличие количественной характеристики силы цунами обеспечиваетвозможность поиска количественных связей между цунами и землетрясениями.Современной количественной характеристикой силы землетрясения являетсясейсмический момент [Kanamori, Brodsky, 2004]:M 0 DS [Н м] ,где - модуль жесткости среды, D – амплитуда смещения противоположных краевразрыва, S - площадь поверхности разрыва. По сейсмическому моменту рассчитывается,моментная магнитуда землетрясения:Mw log10 M 0 6.07 .1.5Итак, связь между силой землетрясения и силой цунами будем рассматривать каксвязь между моментной магнитудой и интенсивностью цунами по шкале СоловьеваИмамуры.
Изучив такую связь по событиям прошлого, можно, в принципе, делатьпредположения об интенсивности ожидаемого цунами, исходя из моментной магнитудыпроизошедшего землетрясения. Связь магнитуды и интенсивности, построенная поданным базы HTDB/WLD, представлена на Рис.1.3.1. Видно, что связь характеризуетсябольшим разбросом данных [Левин, Носов, 2005; Gusiakov, 2011].19Рис. 1.3.1. Зависимость интенсивности цунами по шкале Соловьева-Имамуры от магнитудыземлетрясения. Рисунок заимствован из [Gusiakov, 2011]Такой большой разброс связан с различиями в механизме очага землетрясения:глубине гипоцентра, форме и ориентации площадки разрыва, продолжительностивспарывания разрыва, глубине океана в области очага.
И, конечно, высоты заплескацунами на побережье сильно зависят от распределения глубин в рассматриваемом регионеи топографии берега [Куликов, Гусяков, 2016]. Поэтому при одной и той же моментноймагнитуде могут возникать цунами различной интенсивности (высоты заплеска прификсированной магнитуде могут различаться в десятки раз). Важно еще отметить, чтооперативное определение магнитуды землетрясения, как правило, оказывается неверным.Более того, для очень сильных событий изначальная оценка магнитуды часто оказываетсязаниженной. Что касается более точного расчета деформации дна в очаге цунами, то егопроведение возможно только после восстановления структуры подвижки в очагеземлетрясения [Ji et al., 2002; Xu et al., 2010; Shao et al., 2011].
Не исключено, что вближайшем будущем эта процедура (за счет увеличения вычислительных мощностей)будет производиться достаточно быстро для ее применения в оперативном прогнозе. Носуществуют случаи, когда применение этих расчетов в оперативном прогнозе не можетбыть реализовано в принципе. Например, волна цунами может подойти к побережью20прежде, чем закончится разрыв в очаге землетрясения. Это проблема тесно связана спроблемой локальных цунами, когда из-за малого времени добегания волны до побережьяпрогноз цунами оказывается невозможным.В силу большого разброса данных в зависимости интенсивности цунами отмоментной магнитуды землетрясения в прогнозе цунами особую ценность имеет нетолько (и не столько!) быстрая и точная оценка моментной магнитуды землетрясения,определение механизма очага и его глубины, но и фактическая информация о вариацияхуровня моря, возникших в результате сейсмического события.
Ранее такая информациямогла поступать только с береговых станций уровня моря, но с конца 20-го века впрактику океанологических измерений стали активно внедряться глубоководныеизмерители уровня моря. Можно сказать, что основной прогресс последнего десятилетия вслужбе предупреждения о цунами связан именно со стремительным развитием сетиглубоководных регистраторов уровня моря. Действительно, реальные данные о фактевозникновения и параметрах волны цунами позволяют с достаточно высокой степеньюнадежности, недоступной сейсмическим методам, оценивать степень угрозы цунами, иобосновано принимать решение об объявлении тревоги или ее отмене.Самаидеяглубоководнойрегистрацииволнцунамивдалиотберега(«гидрофизический прогноз») была высказана в начале 70-х годов прошлого векаС.Л.Соловьевым[Соловьев,1968].Чутьпозжебылаинициированаразработкасоответствующих систем измерения [Жак, Соловьев, 1971].
С.Л. Соловьев и С.С. Лапповозглавили широкое международное сотрудничество по проблеме цунами, начавшееся сорганизации двух Советско-американских экспедиций по цунами (1975 и 1978 гг.), вкоторых была отработана методика непрерывного слежения за уровнем открытого океанас помощью датчиков придонного гидростатического давления (уровня) [Рабинович, 2014].Сегодня эти наработки реализованы в системах регистрации цунами DART (США),JAMSTEC (Япония), NEPTUNE, EMSO и др. [Hirata et al., 2002; Thomson et al., 2011;Favali, Beranzoli, 2009]. Из перечисленных систем наиболее популярна система станцийDART, преимущественно благодаря свободному доступу к данным в режиме онлайн.В настоящее время (март 2017 г.) действуют 59 глубоководных станций DART: 9 вИндийском океане, 7 в Атлантическом океане и 43 в Тихом океане (Рис.1.3.2.).Станции DART были разработаны в 1990-х годах, в лаборатории PMEL NOAA(Сиэтл, США).
Каждая станция DART состоит из установленного на дне датчика давленияи поверхностного буя, закрепленного около станции тяжелым якорем. Данные о давлениипередаются посредством акустического сигнала на буй, который, в свою очередь,сообщает информацию по спутниковому каналу связи в центры оповещения цунами.21Использование этих данных позволяет уточнить прогноз и сделать выводы о силе волныили вообще отменить тревогу цунами.Рис.1.3.2. Расположение станций DART в Мировом океане по состоянию на 2017 г. Рисунки заимствованы ссайта http://www.ndbc.noaa.gov/dart.shtml.Японские станции JAMSTEC не уступают американским DART и даже обладаютрядом преимуществ.
В настоящее время вблизи Японии установлено значительное числокабельных линий с системами глубоководных донных станций или обсерваторий. Новначале (в конце 20-го века) были развернуты только три глубоководных обсерваторииJAMSTEC: “Hatsushima”, “Muroto Cape”, “Kushiro-Tokachi”. По сравнению со станциямиDART или NEPTUNE станции JAMSTEC обладают более широким набором датчиков,включающим сейсмометры, датчики давления, гидрофоны, акустические доплеровскиепрофилографы(ADCP),измерителискороститечения,блокизмерителейCTD(проводимость, температура, давление) и даже видеокамеры.Среди разработок агентства JAMSTEC особенно следует выделить уникальныесистемы глубоководных станций DONET-1 и DONET-2 (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
