Автореферат (1102892)
Текст из файла
На правах рукописиСеменцов Кирилл АлександровичДИНАМИЧЕСКАЯ И СТАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛИГЕНЕРАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ГРАВИТАЦИОННЫХВОЛН В ОКЕАНЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИСпециальность 25.00.29 – Физика атмосферы и гидросферыАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2017Работа выполнена на кафедре физики моря и вод суши физического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова».Научный руководитель:доктор физико-математических наукпрофессор РАН Носов Михаил АлександровичФизический факультет Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственныйуниверситет имени М.В. Ломоносова»Официальные оппоненты:доктор физико-математических наукзаведующий лабораторией Морозов Евгений ГеоргиевичФедеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Океанологии им.
П.П. Ширшова Российской Академии Науккандидат физико-математических наукначальник лаборатории Козелков Андрей СергеевичФедеральное Государственное Унитарное Предприятие «Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики»Ведущая организация:Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение «Федеральныйисследовательский центр Институт Прикладной Физики Российской АкадемииНаук», г. Нижний НовгородЗащита состоится 1 июня 2017 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 _____.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотекиМГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27).Автореферат разослан __________ 2017 г.Ученый секретарь Диссертационного Советакандидат физико-математических наук, доцент2В.Б.
СмирновОбщая характеристика работыАктуальность темы. Ежегодно на нашей планете происходят более сотни крупных ( M w 6 ) землетрясений. Большинство из них являются подводными и, следовательно, могут вызвать волны цунами той или иной разрушительной силы. Катастрофические последствия землетрясения и цунами Тохоку 11 марта 2011 г. (18480 погибших и пропавших без вести, материальный ущерб в размере 220 миллиардов USD(NOAA), авария на АЭС «Фукусима») свидетельствуют о том, что даже Япония, обладающая новейшими методиками прогноза цунами, остается уязвимой перед лицомстихии.
Для снижения ущерба, наносимого волнами цунами береговой инфраструктуре, необходимо комплексное изучение этого грозного природного явления: развитие инструментально-измерительной базы, углубление теоретических представлений,повышение эффективности методик прогноза и систем предупреждения. В связи сэтим изучение прикладных и фундаментальных задач в рамках проблемы цунами попрежнему является актуальным и практически значимым.Во время подводных землетрясений остаточные (косейсмические) деформациидна вытесняют гигантский объем воды. Возникновение остаточных деформаций —вообще говоря, динамический процесс, его продолжительность при крупных землетрясениях может достигать 10 мин и более (например, катастрофическое землетрясение у берегов острова Суматра 26 декабря 2004 г.). Однако при описании процессагенерации цунами землетрясениями возникновение остаточных деформаций днаможно считать мгновенным.
Это связано с тем, что приближение мгновенных деформаций дна (статическая модель генерации цунами) позволяет учесть основной фактор, отвечающий за формирование волн, — вытеснение объема воды в области очага.В рамках статической модели, как правило, вертикальную компоненту деформациидна переносят на поверхность воды, а начальное поле скоростей в водной толще полагают нулевым. Несмотря на то что статические модели генерации цунами получилинаиболее широкое распространение, они обладают и рядом недостатков [Levin,Nosov, 2016].
В частности, приравнивание начального возвышения поверхности водык вертикальной компоненте остаточных деформаций дна не позволяет учесть сглаживающий эффект водного слоя и вклад горизонтальных компонент вектора деформаций неровного дна. Пренебрежение этими факторами может привести к значительным ошибкам в оценке амплитуды цунами. Например, для Курильского цунами 13января 2007 г., очаг которого находился в области узкого и глубокого подводного желоба, такая ошибка составляет около 40% [Файн, Куликов, 2011; Levin, Nosov, 2016].Совершенствование существующей статической модели генерации цунами являетсяодной из целей настоящей работы.Динамические модели генерации цунами распространены значительно меньше,чем статические. В первую очередь это связано с тем, что статические модели позволяют учесть основной фактор, формирующий цунами, — вытеснение объема водыостаточными деформациями дна, в то время как на долю динамических моделейостаются эффекты, важность которых еще предстоит установить.
Кроме того, в рамках динамического подхода в численную модель необходимо вводить данные о динамике движений дна во всей расчетной области, что приводит к большому объему вводимых данных, особенно при расчетах в области океанического масштаба. Однаконекоторые эффекты, такие как, например, генерация свободных гравитационных волнв океане пробегающими по дну поверхностными сейсмическими волнами, невозможно объяснить в рамках статической модели.В последнее время открылись новые возможности для исследования динамической генерации волн в океане сейсмическими движениями дна.
В первую очередь это3связано с развитием систем глубоководных обсерваторий. Так во время катастрофического события Тохоку 2011 на расстоянии 800 км от эпицентра землетрясенияфункционировала сеть глубоководных станций DONET, развернутая ЯпонскимАгентством по Морским и Наземным Исследованиям и Технологиям (JAMSTEC)[Kaneda, 2010].
Уникальность сети DONET заключается, во-первых, в густоте расположения станций (расстояние между соседними станциями составляет 15-20 км), а вовторых, в том, что каждая станция оснащена трехкомпонентным донным акселерометром и донным датчиком давления, находящимися практически в одной точке. Помимо развития систем глубоководных обсерваторий наметился существенный прогресс в определении пространственной структуры и восстановлении динамики деформации дна в очаге цунами по сейсмическим данным [Ji et al., 2002; Wang et al.,2006; Yagi, Fukahata, 2011].
Научные группы из Геологической службы США (USGS),Калифорнийского технологического университета (Caltech), Университета СантаБарбара (UCSB) практически на регулярной основе дают информацию не только оструктуре подвижки в очаге землетрясения FFM (Finite Fault Model), но и о развитииподвижки во времени для многих сильных сейсмических событий.
Все вышеперечисленные факторы позволяют расширить представления о динамической генерации гравитационных волн в океане.Целью диссертационной работы является совершенствование статической модели генерации гравитационных волн в океане на основе точных аналитических решений и развитие представлений о динамической генерации гравитационных волн вокеане сейсмическими движениями дна.Задачи диссертации:1. Получить аналитическое решение задачи о расчете начального возвышении в очаге цунами над плоским наклонным дном в рамках статической модели генерациицунами.2. Провести количественное сравнение (в терминах потенциальной энергии) полученного аналитического решения с решением аналогичной задачи для плоскогогоризонтального дна при глубинах и уклонах дна, характерных для реальных очагов цунами.
Оценить, насколько корректно применять решение на плоском горизонтальном дне в аналитико-численном алгоритме расчета начального возвышения в реальных очагах цунами.3. Используя записи глубоководных станций DART, выяснить, насколько распространен эффект генерации свободных гравитационных волн в океане пробегающими по дну поверхностными сейсмическими волнами, обнаруженный для события Тохоку 11 марта 2011 г.4. Предложить механизмы генерации указанных гравитационных волн и оценитьамплитуду волн, возбуждаемых различными механизмами.5.
Разработать методики восстановления динамики движения дна по записям донныхсейсмометров DONET и по записям береговых GPS станций. Используя восстановленную динамику движений дна, выполнить численное моделирование процесса генерации свободных гравитационных волн в океане бегущими по дну поверхностными сейсмическими волнами во время катастрофического события Тохоку 2011. Сопоставить результаты моделирования с данными наблюдений.6.
Провести численные эксперименты, направленные на выявление роли вертикальных и горизонтальных компонент движений дна в генерации свободных гравитационных волн в океане бегущими по дну поверхностными сейсмическими волнами. Методом численного моделирования показать, что наблюдаемый эффект имеет динамическую природу.4Научная новизна:1.
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}
