Диссертация (1102893), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Например, на скачке глубин между глубоководной областью иобластью постановки станций DONET (с H 1  3000 м до H 2  2000 м ) при такомзначении  V возникнут свободные гравитационные волны с двойной амплитудой ~0.1 см.На скачке глубин между областью постановки станций DONET и прибрежной зоной (сH 1  2000 мдоH 2  100 м )притакомзначенииVвозникнутсвободныегравитационные волны с двойной амплитудой ~0.3 см. Полученные в результатепроведенных оценок амплитуды свободных гравитационных волн существенно меньшенаблюдаемых значений (~3.5 см). Это показывает, что механизм генерации,связанный только с прохождением волной Рэлея скачка глубин, не можетполностью объяснить наблюдаемые амплитуды гравитационных волн.70Рис.

3.2.10. Схематичное изображение горизонтальных колебаний подводного склона,вызванных прохождением волн Лява и Рэлея. На поверхности воды изображено начальноевозвышение, возникающее вследствие этого колебания.Теперь рассмотрим другой возможный механизм генерации наблюдаемыхпредшественников цунами, связанный с горизонтальными колебаниями дна припрохождении по нему поверхностных сейсмических волн. Вклад горизонтальныхколебаний дна в функцию источника (   H / x D x  H / y D y ) отличается от вкладавертикальных компонент тем, что он проявляться только в узких ( L   ) областяхкрутых подводных склонов.

Поэтому, несмотря на то, что горизонтальные колебанияподводных склонов возникают в результате прохождения по дну волн Лява и Рэлея,функция источника в этом случае уже не имеет характер бегущего возмущения, а скореенапоминает отдельные колеблющиеся участки дна (рис. 3.2.10). Амплитуда волн,образуемых такими источниками, будет совпадать по порядку величины с амплитудойгоризонтальных смещений дна, помноженной на величину градиента глубины (  AH gradH ). В случае плоского склонагоризонтальныхдвиженийдна,оцененнаяgradH  tgпо(рис. 3.2.10).

Амплитудадваждыпроинтегрированнымгоризонтальным компонентам ускорения, составляет  H  22 см (раздел 3.2.2), типичноезначение градиента глубин вблизи области станций DONET – 0,1. В итоге получаемоценку двойной амплитуды свободных гравитационных волн   2,2 см .

Полученноезначение неплохо согласуется с наблюдаемыми значениями (~3,5 см).71На основании приведенных в этом разделе теоретических оценок можно выдвинутьгипотезу о том, что ключевую роль в генерации предшественников цунами играютгоризонтальные колебания подводных склонов, вызванные прохождением по дну океанаволн Лява и Рэлея. Для проверки этой гипотезы необходимо выполнить численноемоделированиенаблюдаемогоэффектаипровестичисленныеэксперименты,направленные на независимое выявление роли вертикальных и горизонтальныхкомпонент движения дна (глава 4).Важно отметить, что предлагаемый механизм генерации предшественников цунамиимеет динамическую природу. Иными словами амплитуда предшественников цунамиопределяется не значением косейсмической деформации дна, оставшейся послепрохождения сейсмической волны, а максимальной амплитудой колебаний подводныхсклонов во время прохождения сейсмической волны. Действительно, если умножитьхарактерное значение остаточной косейсмической деформации дна  HRESID  3,6 см натипичное значение градиента глубин 0,1, то получим оценку для амплитудыпредшественников цунами   0,36 см , что на порядок меньше наблюдаемых значений(  3,6 см ).Известно, что величина косейсмической деформации дна быстро убывает приудалении от источника (обратнопропорционально квадрату расстояния) [Okada, 1995;Levin, Nosov, 2016].

В этой связи статический механизм должен иметь ограниченнуюобластьдействия.Впротивоположностьстатическимдеформациямамплитудаповерхностных сейсмических волн убывает с расстоянием по существенно более слабомузакону (обратнопропорционально корню квадратному из расстояния) [Аки, Ричардс,1983].

Поэтому, динамический механизм генерации предшественников цунами долженбыть работоспособен и на значительном удалении от источника.Численные эксперименты, позволяющие сравнить статический и динамическиймеханизмы генерации предшественников цунами, описываются в разделе 4.2. Примерырегистрации предшественников цунами на значительном удалении от эпицентраземлетрясения, подтверждающие динамический механизм их генерации, приводятся вглаве 5.72Основные результаты главы 31.На основе совместного анализа записей донных сейсмометров и донных датчиковдавления глубоководных станций DONET обнаружен эффект генерации свободныхгравитационныхволнвокеанепакетомнизкочастотныхповерхностныхсейсмических волн.2.На основе записей акселерометров глубоководных станций DONET и наземныхGPS-станций, расположенных на полуострове Кии, восстановлена динамикадвижения океанического дна вблизи области постановки станций DONET прикатастрофическом землетрясении 11 марта 2011 г.3.Выполнены теоретические оценки, показывающие, что свободные гравитационныеволны в океане могут возбуждаться поверхностными сейсмическими волнамитолько при прохождении последних через локальные неоднородности дна.

Приэтом определяющую роль играет динамика движения дна, а не остаточныесмещения.4.Предложен механизм генерации свободных гравитационных волн, связанный сперестройкойвынужденноговозмущениянаскачкеглубин.Полученыаналитические выражения для амплитуд гравитационных волн, возникающих врамках этого механизма. Анализ полученных выражений показывает, что этогомеханизма недостаточно, для того чтобы объяснить наблюдаемые значенияамплитуд.5.Предложен механизм генерации свободных гравитационных волн, связанный сгоризонтальными колебаниями подводных склонов. Значения амплитуд свободныхгравитационных волн, оцененные в рамках данного механизма, совпадают попорядку величины с наблюдаемыми значениями.73Глава 4. Численное моделирование поверхностных гравитационныхволн, возбуждаемых в океане волнами Лява и Рэлея, в рамкахдинамической моделиВ настоящей главе методами численного моделирования исследуются свободныегравитационные волны, возбуждаемые в океане пробегающими по дну поверхностнымисейсмическимиволами.Вразделе4.1приводятсярезультатымоделированиягравитационных волн в области постановки станций DONET.

Динамика движения днавосстановлена на основе записей донных акселерометров DONET и записей наземныхGPS-станций, расположенных вблизи области постановки станций DONET. Результатымоделирования находятся в хорошем согласии с наблюдаемыми значениями. Численныеэкспериментыпоказывают,чтовоспроизвестинаблюдаемые значения амплитудгравитационных волн можно только в рамках динамического механизма. В разделе 4.2приводятся результаты численного моделирования гравитационных волн в заливе Сагами.Динамика движения дна восстановлена на основе записей наземных GPS-станций.Результаты данной главы опубликованы в работе [Семенцов и др., 2017]4.1.

Моделирование предшественников цунами 11 марта 2011 г. вблизиполуострова Кии на основе записей донных станций DONETДля моделирования эффекта генерации предшественников цунами и последующихчисленных экспериментов мы использовали комбинированную 2D/3D численную модель,основанную на линейной потенциальной теории.

Подробное описание модели приведенов разделе 1.4. При восстановлении динамики движения дна вблизи полуострова Кии мыпользовались приближением плоской волны (см. рис. 4.1.1). На этом же рисунке отмеченарасчетная область. Методика восстановления динамики движения дна в рамкахприближения плоской волны подробно описана в разделе 3.2.2.Помимо непосредственно моделирования предшественников цунами был такжепроведен численный эксперимент, направленный на выявление роли горизонтальныхкомпонент движений дна в генерации предшественников цунами. В рамках экспериментав качестве входных данных в модель вводились только горизонтальные компонентыдвижения дна, а вертикальные не вводились.74Рис.

4.1.1. Расположение эпицентра землетрясения 11 марта 2011 г. (большаязвездочка), главного афтершока (маленькая звездочка) и области моделированияпредшественников цунами (красный прямоугольник). Треугольниками показанорасположение станций DONET, стрелочкой – направление распространениясейсмических волн (в рамках приближения плоской волны)75Рис. 4.1.2. 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 учитывались толькогоризонтальные движения дна.

Характеристики

Список файлов диссертации