Горизонтальные движения водного слоя при прохождении цунами, восстановленные по данным густой сети глубоководных станцийтезисы доклада

Работа с тезисами доклада


[1] Нурисламова Г. Н., Носов М. А. Горизонтальные движения водного слоя при прохождении цунами, восстановленные по данным густой сети глубоководных станций // Тезисы докладов Международной научной школы молодых ученых Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах, Москва,ИПМех. — МАКС ПРЕСС Москва, 2015. — С. 157–159. В 2006-2011 гг. агентство JAMSTEC реализовало установку густой сети глубоководных станций DONET (Dense Oceanfloor Network System for Earthquakes and Tsunamis) [Kaneda, 2010, Matsumoto, Kaneda, 2013]. Сеть DONET включает в себя 20 донных станций, соединенных кабельными линиями с береговым центром обработки данных. Каждая станция оснащена сейсмометром (Ocean Bottom Seismometer – OBS) и датчиком давления (Pressure Gauge – PG), размещенными практически в одной точке – на удалении не более 10 м друг от друга. Частота дискретизации данных составляет 10 Гц для вариаций давления и 200 Гц для ускорений движения дна. Станции установлены на глубинах от 1900 до 4400 м. Важной особенностью сети DONET является то, что расстояние между станциями варьируется от 15 до 20 км, что существенно меньше, чем длина волны цунами. Следовательно, по данным такой сети может быть однозначно восстановлено волновое поле цунами. Этот факт, несомненно, открывает новые возможности прогнозирования катастрофических цунами. Прогноз цунами обычно опирается на магнитудно-географический критерий [Поплавский 2009, Operational Users Guide, 2009]. Но связь цунами с землетрясением сложна и неоднозначна [Gusiakov, 2011, Большакова и др., 2015]. Следовательно, прогноз, построенный таким образом, не может быть достаточно надежным. В этой связи всегда используют дополнительную гидрофизическую информацию о факте возникновения и параметрах волны цунами. При выявлении цунами в открытом океане обычно регистрируются вертикальные движения водного слоя, точнее, вариации уровня моря [Rabinovich, Eblé, 2015]. Горизонтальные движения водного слоя относительно редко становятся предметом внимания, несмотря на то, что их амплитуда в длинных волнах всегда заметно превосходит амплитуду вертикальных движений. Информация о горизонтальных движения может быть использована в качестве дополнительных данных для выявления цунами [Носов и др., 2011, Носов, Нурисламова, 2012, 2013]. Кроме того, горизонтальные движения, наряду с вертикальными, могут представлять ценность в качестве входных данных численных прогностических моделей. В работе [Носов, Григорьева, 2015] показано, что по данным густой сети глубоководных станций, расположенных определенным образом, возможен прямой прогностический расчет волн цунами без опоры на сейсмическую информацию. В упрощенном виде задача прогноза по данным измерения уровня моря сводится к решению волнового уравнения относительно смещения свободной поверхности. Т.е. никакой другой информации, кроме данных об уровне моря такая упрощенная модель не требует. Однако, более точный расчет требует использования нелинейных уравнений теории длинных волн, записанных с учетом донного трения. В этих уравнениях фигурирует не только смещение свободной поверхности, но и поле скорости горизонтального течения. Следовательно, в качестве входных данных необходимо иметь еще и данные о скорости течения. Одной из целей настоящей работы является выработка методики восстановления скорости течения по набору близко расположенных глубоководных станций уровня моря. Вторая цель – оценка амплитуд горизонтальных смещений частиц воды и амплитуд соответствующих горизонтальных скоростей по данным прямых измерений. Решение этой второй задачи важно для оценки возможности выявления цунами по горизонтальным движениям, измеренным спутниковыми методами, или с использованием дрифтеров. В настоящей работе в качестве натурного материала используются вариации придонного давления, зарегистрированные системой DONET во время катастрофического цунами 11 марта 2011 года у побережья Японии. Система DONET располагалась примерно в 800 км от эпицентра землетрясения у п-ова Кии. Амплитуда волн в этой области составляла порядка 0.5 м. Метод обработки данных заключался в следующем. Записи вариаций придонного давления подвергались численной фильтрации для удаления высокочастотных компонент сигнала, обязанных проявлениям сейсмических и гидроакустических волн. Затем, по фильтрованным записям восстанавливалась динамика изменения горизонтального распределения давления (положение поверхности океана) в частотном диапазоне цунами. По градиенту давления рассчитывалось горизонтальное ускорение движения водного слоя. Далее, путем численного интегрирования по времени рассчитывались горизонтальная скорость и горизонтальное смещение частиц воды.

Публикация в формате сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл скрыть