Автореферат (1102892), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Таким образом, подтверждается высказанное в разделе 3.2 предположение о том, что механизм генерации предшественников цунами имеет динамическую природу. Также из рис. 10 видно, что горизонтальные компоненты движений дна возбуждают гравитационные волны с периодом около170 с, а вертикальные компоненты движений дна «добавляют» к этим волнам относительно короткопериодные колебания (с периодом около 30 с). Следовательно, механизм возникновения гравитационных волн с периодом около 170 с, предложенныйв разделе 3.2, подтверждается, а факт возникновения короткопериодных колебанийнуждается в дополнительном объяснении.На рис.
11 приведены результаты моделирования поверхности океана, полученные в двух различных численных экспериментах – с учетом только вертикальных итолько горизонтальных движений дна. Видно, что возмущения на поверхности воды вобоих случаях локализованы вблизи неоднородностей дна (для сравнения см. врезкуна рис. 4). Рассмотрим на качественном уровне прохождение волной Рэлея локальнойнеоднородности дна (рис. 12). Когда волна Рэлея распространяется по плоскому дну,над ней по поверхности воды бежит вынужденное возмущение, в точности повторяющее профиль самой волны Рэлея. Когда волна Рэлея проходит локальную неоднородность дна, профиль вынужденного возмущения на поверхности воды временноизменяется за счет малой добавки, обусловленной изменением глубины, на которойпроисходит деформация дна. После того как волна Рэлея прошла локальную неоднородность, профиль вынужденного возмущения на поверхности воды вновь начинаетповторять профиль волны Рэлея, а малая добавка, возникшая непосредственно наднеоднородностью дна, не увлекается за вынужденным возмущением, а становится источником свободных гравитационных волн.
Амплитуда этих гравитационных волнобусловлена разностью между возвышением свободной поверхности, вызванным деформацией дна на глубине H, и возвышением свободной поверхности, вызваннымдеформацией дна на глубине H - h , где h – вертикальный размер локальной неоднородности дна.
Оценим количественно амплитуду этих гравитационных волн для типичных размеров характерных неоднородностей дна (см. врезку на рис. 4).19Рис. 10. Результаты численного моделирования предшественников цунами. Чернымцветом показаны вариации придонного давления, записанные станциями DONET, синим - результаты численного воспроизведения придонного давления в тех же точках, красным – результаты численного эксперимента, при котором учитывалисьтолько горизонтальные движения дна, зеленым – расчеты для «квазидинамическогоисточника». Результаты представлены для станций «А4» (сверху) и «В8» (снизу). Влевом столбце приведены результаты моделирования для первых 30 минут послеземлетрясения, в правом столбце – детально показан промежуток времени, в котором наблюдались предшественники цунами.Рис.
11. Результаты моделирования поверхности океана для двух экспериментов:слева – с учетом только вертикальных компонент движения дна, справа - с учетомтолько горизонтальных компонент движения дна. Красными треугольниками показано расположение станций DONET. На обоих рисунках представлен один и тот жемомент времени вскоре после прохождения поверхностной сейсмической волны.20Пусть локальная неоднородность дна расположена на глубине H 2000 м , имеетпротяженность a 2 км и среднюю высоту h 300 м .
Волна Рэлея имеет амплитудуV 10 см . Согласно формуле (7) прямоугольная деформация дна на глубинеH=2000 м с горизонтальной протяженностью a 2 км и амплитудой V 10 см вызовет на поверхности воды начальное возвышение с амплитудой 1 7.4 см . Прямоугольная деформация дна на глубине H - h 1700 м с той же горизонтальной протяженностью и той же амплитудой вызовет на поверхности воды начальное возвышение с амплитудой 2 8 см . Таким образом, в результате прохождения волны Рэлеячерез локальную неоднородность дна указанных размеров на поверхности воды возникнут свободные гравитационные волны с амплитудой около 1 2 0.6 см ,что по порядку величины совпадает с наблюдаемыми значениями.Отметим, что в соответствии с выводами из главы 2 настоящего исследования врамках данного механизма не имеет значения, расположена ли локальная неоднородность дна на ровном дне или на склоне.
Оценка амплитуды будет практически одинаковой в том и в другом случае.Рис. 12. Прохождение волной Рэлея локальной неоднородности дна. Изображенытри последовательных момента времени. Черным цветом закрашена локальная неоднородность дна. Серым цветом показан источник свободных гравитационных волн– возвышение водной поверхности, не увлекающееся вслед за вынужденным возмущением.В разделе 4.2. описывается моделирование предшественников цунами в заливеСагами.
Расчетная область имеет координаты 138°-140° в.д., 34°-35.5° с.ш. Динамикадвижений дна в данном случае восстанавливалась на основе записей 79-ти наземныхGPS-станций (частота дискретизации данных 1 Гц). Прямая «математическая» экстраполяция записей береговых GPS-станций на прибрежную область океана невполне корректна. В связи с этим в качестве области моделирования был выбран залив, так чтобы станции GPS частично окружали область моделирования. Восстановление динамики движений дна производилось в рамках приближения плоской волны.Результаты численного моделирования предшественников цунами в заливе Сагами качественно повторяют картину, полученную при моделировании вблизи полуострова Кии. Полученные параметры предшественников цунами (двойная амплитуда – 57 см, период – 50-100 с) по порядку величины совпадают со значениями, измеренными станциями DONET ( 3.5 см , 70 с T 200 c ).
Тот факт, что амплитуда синтезированных гравитационных волн на 2-3 см превосходит амплитуду наблюдаемых, повидимому, связан с тем, что область моделирования расположена существенно ближе21к эпицентру землетрясения, чем область постановки станций DONET.
А так как амплитуда поверхностных сейсмических волн убывает по мере удаления от эпицентра,то убывает и амплитуда гравитационных волн в океане, порожденных этими сейсмическими волнами.В пятой главе на материале записей глубоководных станций DART (2003–2015 гг.), исследуется, насколько распространен эффект генерации свободных гравитационных волн поверхностными сейсмическими волнами. Мы проанализировали всезаписи станций DART, выполненные в период с 2003 по 2015 гг. Анализ показал, чтоза 13 лет вынужденные колебания водного слоя, вызванные прохождением через точку постановки станции DART волн Рэлея, наблюдались на 465 записях (при 202 землетрясениях).
На 89 записях из этих 465 (около 20%) помимо вынужденных колебаний водного слоя наблюдались также и свободные гравитационные волны. В сейсмических каталогах (CMT, USGS) были найдены землетрясения, соответствующие рассмотренным записям станций DART. Выяснилось, что предшественники цунами возникают при землетрясениях, имеющих параметры Mw>6.8 и Thd 6 с , где Thd - половина продолжительности процесса в очаге. Кроме того, анализ показал, что генерация гравитационных волн в океане поверхностными сейсмическими волнами возможна как в ближней зоне (на расстоянии 300-400 км от эпицентра землетрясения),так и в дальней зоне (на расстоянии более 7000 км от эпицентра). Обнаружениепредшественников цунами в дальней зоне указывает на динамический механизм ихгенерации.1.2.3.4.5.6.Основные результаты диссертацииНайдено аналитическое решение задачи о расчете начального возвышения в очагецунами над плоским наклонным дном.Проведено сравнение начальных возвышений, рассчитанных с использованиеммоделей плоского наклонного и плоского горизонтального дна.
Показано, что притипичных уклонах дна (до 0.3) разница между этими начальными возвышениями(в терминах потенциальной энергии) не превышает 2%.На основе совместного анализа записей донных сейсмометров и датчиков давления глубоководных станций DONET, выполненных во время катастрофическогоземлетрясения Тохоку 11 марта 2011 г., обнаружен эффект генерации свободныхгравитационных волн в океане пакетом низкочастотных поверхностных сейсмических волн.По записям наземных GPS станций и акселерограммам глубоководных станцийDONET восстановлена динамика движения океанического дна в области заливаСагами и вблизи полуострова Кии во время катастрофического землетрясения Тохоку 11 марта 2011 г.
На основе восстановленной динамики движения дна выполнено трехмерное численное моделирование процесса генерации свободных гравитационных волн в океане низкочастотными поверхностными сейсмическими волнами. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с записямидатчиков давления глубоководных станций DONET.На основе теоретических оценок и сопоставления результатов численных экспериментов, проведенных с учетом и без учета горизонтальных компонент движения дна, выявлена роль горизонтальных и вертикальных колебаний неоднородностей дна в генерации свободных гравитационных волн. Показано, что механизм ихгенерации имеет динамическую природуНа основе анализа записей глубоководных станций DART установлено, что свободные гравитационные волны в океане, возбуждаемые пакетом низкочастотных22поверхностных сейсмических волн, наблюдались при многих (более 42) крупныхземлетрясениях XXI века.Работы автора по теме диссертацииСтатьи в реферируемых журналах:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
