ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
В 2011 г. завершился первый этап развертывания у побережья Японии новой уникальной системы донных станций DONET (Dense Oceanfloor Network System for Earthquakes and Tsunamis, JAMSTEC). Каждая из 20 станций оборудована широкополосными сейсмометрами и датчиками давления, информация от которых передается в береговой центр по кабельным линиям в режиме реального времени. Непрерывные наблюдения распределенной системой донных станций обеспечивают возможность получения новых данных о процессе подготовки подводного землетрясения, о генерации и распространении цунами, и позволяют вывести на качественно новый уровень прогноз цунами. В частности, появляется реальная возможность обнаружения предвестников землетрясений – слабых сейсмических событий, которые недоступны для береговых станций, и может быть создан алгоритм расчета цунами, опирающийся исключительно на данные прямых измерений волны – без использования сейсмической информации, являющейся недостаточно надежной на этапе оперативного прогноза. Сценарии развития цунами от исторических и потенциально возможных очагов Курило- Камчатской зоны будут анализироваться с применением численного моделирования и развитого ранее российской группой оптимального метода постановки начальных условий в очаге цунами. Будет исследоваться вклад в волну цунами горизонтальных движений подводных склонов, и оцениваться роль динамики деформации дна. Определенное внимание планируется уделить возможности выявления цунами по горизонтальным движениям воды. Здесь будут применены как теоретические методы, так и обработка данных измерений акустическими доплеровскими профилографами (ADCP) и измерителями скорости течения, имеющимися на ряде станций JAMSTEC. Главный объект исследований – очаги цунами, расположенные в районе Курило-Камчатского желоба, – одинаково интересен как российской, так и японской сторонам. Авторы этой заявки имеют успешный опыт работы с японскими коллегами в рамках совместного проекта РФФИ-JSPS (10-05-92102-ЯФ_а).
Выполнен обзор современных представлений о волнах цунами сейсмического происхождения. Теоретически проанализирован характер отклика водного слоя на сейсмические колебания дна в зависимости от частоты. По данным DONET исследованы вариации придонного давления и ускорения движения дна, зарегистрированные по время землетрясения Тохоку 11 марта 2011 г. Установлено, что для каждой станции существует частотный диапазон «вынужденных колебаний», в котором когерентность сигналов (давление и ускорение) близка к 1 при нулевом сдвиге фаз. По данным DONET во время землетрясения Тохоку 11 марта 2011 г. обнаружен эффект генерации свободных гравитационных волн в океане (предвестников цунами) длиннопериодными сейсмическими поверхностными волнами. Предложен метод предвычисления колебаний уровня моря на побережье (приливы и цунами) по данным густой сети глубоководных станций. Метод применен к восстановлению волнового поля вблизи п-ва Кии (Япония) во время цунами Тохоку 11 марта 2011 г. по данным глубоководных станций DONET. Предложена схема расположения станций уровня моря, позволяющая оптимально решать задачу прогноза цунами без привлечения сейсмической информации. Получено и проанализировано точное аналитическое решение задачи о расчете начального возвышения, образуемого мгновенной деформацией плоского наклонного дна. Создана комбинированная (3D+2D) численная модель, описывающая волновые движения в слое тяжелой сжимаемой жидкости, возбуждаемые малыми динамическими деформациями дна. По данным о распределении подвижки в очагах подводных землетрясений, заимствованным из базы SRCMOD исследованы свойства очагов цунами (75 событий за период с 1923 по 2013 г.). Показано, что горизонтальные компоненты деформации наклонного дна, как правило, обеспечивают дополнительный и заметный вклад в цунами. Найдены и исследованы аналитические решения задач об остаточных гидродинамических полях, сопутствующих генерации цунами землетрясением, во вращающемся однородном и стратифицированном океане. Проанализирована возможность использования остаточных полей в решении задачи прогноза цунами. По данным автономных донных станций и телеметрических регистраторов Службы предупреждения о цунами проанализированы сигналы двух сильных цунами – Чилийского 27.02.2010 и Тохоку 11.03.2011. Создана база данных проявлений цунами на дальневосточном побережье России с 1952 по 2011 гг. Подписано рабочее соглашение между Физическим факультетом МГУ и JAMSTEC, необходимое для передачи данных DONET российской стороне. Осуществлен многократный обмен визитами для обсуждения результатов совместных исследований, выступления с лекциями и т.п. По результатам проекта подготовлены 3 совместные статьи (2 — в реферируемых журналах, 1 — в трудах конференции) и 4 тезиса совместных докладов.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 апреля 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Методы раннего обнаружения цунами по данным сети глубоководных станций |
Результаты этапа: Выполнен обзор современных представлений о волнах цунами сейсмического происхождения. В обзоре описаны принципы оперативного прогноза и способы регистрации цунами. Изложен традиционный подход к описанию генерации цунами землетрясением, проанализированы его недостатки. Выделены основные и вторичные эффекты, ответственные за формирование волн подводными землетрясениями. Описаны существующие численные модели динамики цунами. По данным DONET проанализированы вариации придонного давления и ускорения движения дна, зарегистрированные по время землетрясения Тохоку 11 марта 2011 г. Получено и проанализировано точное аналитическое решение задачи о расчете начального возвышения, образуемого мгновенной деформацией плоского наклонного дна. Создана комбинированная (3D+2D) численная модель, описывающая волновые движения в слое тяжелой сжимаемой жидкости, возбуждаемые малыми динамическими деформациями дна. По данным о распределении подвижки в очагах подводных землетрясений (Finite Fault Models) исследованы свойства очагов цунами (44 события за период 1994-2012 гг.). Найдены и исследованы аналитические решения задач об остаточных гидродинамических полях, сопутствующих генерации цунами землетрясением, во вращающемся однородном и стратифицированном океане. Проанализирована возможность использования остаточных полей в решении задачи прогноза цунами. По данным автономных донных станций и телеметрических регистраторов Службы предупреждения о цунами проанализированы сигналы двух сильных цунами – Чилийского 27.02.2010 и Тохоку 11.03.2011. Осуществлен визит российской группы в Японию (г. Токио, 25 февраля - 04 марта 2013 г.) для встреч с японской группой и координации плана работ, а также для участия в международной конференции (10-th CUEE, Tokyo Institute of Technology). Организован визит руководителя японской группы Yoshiyuki Kaneda в Россию (г. Южно-Сахалинск, 3-6 июля 2013 г.) для посещения Центра цунами ФГБУ «Сахалинского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», координации плана работ и обмена данными, проведения совместного семинара. Организован визит японской группы на физический факультет МГУ (г. Москва, 27 октября - 3 ноября 2013 г.) для проведения совместного семинара и обсуждения промежуточных результатов работ, выступления руководителя японской группы Yoshiyuki Kaneda с публичной лекцией на физическом факультете. Подписано рабочее соглашение между Физическим факультетом МГУ и JAMSTEC, необходимое для передачи данных DONET российской стороне (ноябрь 2013 г.). | ||
2 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Методы раннего обнаружения цунами по данным сети глубоководных станций |
Результаты этапа: 1. Теоретически проанализирован характер отклика водного слоя на сейсмические колебания дна в зависимости от частоты. Показано, что существуют три непересекающихся частотных диапазона: (1) “гравитационные волны”, (2) “вынужденные колебания” и (3) “гидроакустические волны”, разделяемые частотами fg=0.366Sqrt(g/H) и fac=c/4H, где g – ускорение свободного падения, H – глубина океана, c – скорость звука в воде. В диапазоне 1 возбуждаются гравитационные волны (цунами), а в диапазоне 3 – гидроакустические волны. В диапазоне 2 волны не возбуждаются, и водный слой совершает вынужденные колебания, следуя за движениями дна. При этом вариации придонного давления пропорциональны вертикальному ускорению колебаний дна. 2. По данным 10 станций DONET, которые успешно зарегистрировали землетрясение и цунами Тохоку 11 марта 2011 г., проанализированы синхронные измерения придонного давления и вертикального ускорения дна. Установлено, что для каждой станции существует частотный диапазон, в котором когерентность сигналов (давление и ускорение) близка к 1 при нулевом сдвиге фаз. Границы частотных диапазонов, определенные по данным измерений, совпадают с теоретическими оценками (частоты fg и fac). 3. По данным DONET во время землетрясения Тохоку 11 марта 2011 г. обнаружен эффект генерации свободных гравитационных волн в океане (предвестников цунами) длиннопериодными сейсмическими поверхностными волнами. Предложены механизмы генерации наблюдаемых гравитационных волн, выполнены оценки вклада вертикальных и горизонтальных компонент сейсмических движений дна в их амплитуду. 4. Предложен метод предвычисления колебаний уровня моря на побережье (приливы и цунами) по данным густой сети глубоководных станций. Метод применен к восстановлению волнового поля вблизи п-ва Кии (Япония) во время цунами Тохоку 11 марта 2011 г. по данным глубоководных станций DONET. Результаты расчетов сопоставлены с данными береговых мареографов JMA. Установлено, что метод позволяет воспроизводить приливы и начальную стадию волн цунами для береговых станций, расположенных вблизи системы DONET. Развитие волнового процесса на больших временах не восстанавливается. Выявлена основная причина рассогласования предвычисленных и измеренных колебаний уровня моря – нерациональное расположение станций DONET. Предложена схема расположения станций уровня моря, позволяющая оптимально решать задачу прогноза цунами без привлечения сейсмической информации. 5. По структуре подвижки, заимствованной из базы данных SRCMOD, с применением формул Окада рассчитаны векторные поля остаточных деформаций океанического дна для очагов 75 подводных землетрясений, произошедших в период с 1923 по 2013 г. Показано, что горизонтальные компоненты деформации наклонного дна, как правило, обеспечивают дополнительный и заметный вклад в вытесненный объем воды и в энергию цунами. Проанализированы связи амплитуды деформации дна, вытесненного объема и энергии цунами с моментной магнитудой землетрясения, построены соответствующие регрессионные зависимости. Показано, что доля энергии землетрясения, переходящая к волнам цунами, растет с увеличением моментной магнитуды, но даже при катастрофических землетрясениях она не превышает 0.1 %. 6. На основе оригинальных аналитических решений исследованы свойства остаточных гидродинамических полей (вихревого и потенциального), сопровождающих генерацию цунами землетрясением. Установлено, что потенциальное поле может быть выявлено в природных условиях и использовано в оперативном прогнозе цунами, а вихревое поле, как правило, является слишком слабым для обнаружения его in-situ. Показано, что вращение Земли слабо влияет на остаточное потенциальное поле вплоть до расстояний порядка баротропного радиуса деформации Россби, следовательно, для практических расчетов можно использовать упрощенную модель, пренебрегающую силой Кориолиса. Показано, что в стратифицированном океане над источником цунами должен формироваться долгоживущий след в стратификационной структуре, существование которого обязано вращению Земли. Установлено, что даже слабая стратификация способна сильно (в разы) изменять параметры остаточных полей в случае тонкого придонного слоя, следовательно, данные донных измерений следует интерпретировать с осторожностью. 7. С целью совершенствования задания начальных условий при численном моделировании цунами получено и проанализировано точное аналитическое решение задачи о расчете начального возвышения, образуемого мгновенной деформацией плоского наклонного дна. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".