Актуальность. Работа выполнена в рамках фундаментальной проблемы цунами - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Настоящая работа посвящена решению фундаментальной научной проблемы... 1 190.3kb.
1. Тема «Наблюдение за синицами зимой». Введение. Актуальность проблемы 1 82.85kb.
Курильские вулканы – источники цунами в Северном Охотоморье Б. 1 102.62kb.
2. Неформалы как особая субкультура 1 181.22kb.
Отчет номинация №5 «Первые шаги в экологии» 1 65.53kb.
Цунами и их проявление в Тихом океане 1 127.25kb.
Эпигенетика эмбрионального развития человека 21 1327.77kb.
Социально-философский анализ эволюции проблемы языка: 1 313.1kb.
Общая характеристика работы актуальность проблемы 1 238.14kb.
Общая характеристика работы актуальность темы 1 331.63kb.
Внешнеполитический механизм сша: эволюция, реформирование, проблемы 3 824.48kb.
Цунами и их проявление в Тихом океане 1 127.25kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Актуальность. Работа выполнена в рамках фундаментальной проблемы цунами - страница №1/1

Введение

Введение
Актуальность. Работа выполнена в рамках фундаментальной проблемы цунами.


В целом проблема цунами как комплексная представляет собой совокупность трех основных составляющих: проблемы долгосрочного прогноза, проблемы механизма возбуждения цунами в очаге, проблемы краткосрочного (оперативного) прогноза.
Первая из перечисленных составляющих объединяет задачи долгосрочного прогноза и цунамирайонирования. Определяется вероятность, или частота, возникновения (проявления) цунами заданной интенсивности (высоты) в определенном пункте или на заданном участке побережья на длительный (100, 1000 лет) срок, а также дальность затопления в зависимости от рельефа. Результаты решения этих задач используются в официальных Строительных нормах и правилах, соблюдение которых обязательно при проектировании и строительстве жилья, объектов культурного, промышленного и хозяйственного назначения в прибрежной зоне.
Вторая составляющая в настоящее время носит скорее чисто научный характер. Вопрос о механизме передачи возмущений океанического дна возмущениям слоя морской воды, в том числе возмущениям свободной поверхности, не находит пока однозначного ответа. Имеют место различные точки зрения на причину цунами. Теоретические (численные) решения этих задач, к сожалению, не находят прямого фактического подтверждения из-за отсутствия наблюдений в очаге цунами.
При решении эта вторая проблема цунами (задача об источнике) могла бы способствовать решению третьей проблемы — проблемы
6
краткосрочного прогноза. Наличие данных о сейсмическом процессе в очаге землетрясения и знание механизма возбуждения поверхностных волн позволило бы выполнить прямой расчет цунами в любой заданной точке побережья. Для этого разработаны численные схемы и алгоритмы, реализованные в действующих комплексах программ, позволяющие выполнять расчет цунами от очага до наката волн на берег. Однако получение подробной сейсмологической информации о землетрясении в оперативном режиме затруднительно.
Поэтому в рамках третьей составляющей проблемы цунами ставится задача предупреждения о цунами, которая не опиралась бы на детальную информацию об очаге землетрясения.
Несмотря на редкую повторяемость цунами, представляющих опасность, (для Курильских островов - примерно один раз в 10 лет), в странах тихоокеанского побережья действуют круглосуточные службы предупреждения о цунами, объединенные в единую сеть, в задачи которых входит обмен информацией, оповещение о цунами, подача тревоги цунами в районах или пунктах, в которых возможно проявление цунами.
Как правило, отправной точкой для выработки предупреждения о цунами в настоящее время является получение информации от сейсмологической подсистемы службы цунами о подводном землетрясении в зоне ее ответственности с магнитудой, превышающей некоторое пороговое значение. Имеют место случаи ложных тревог, когда, несмотря на землетрясение с магнитудой выше пороговой, амплитуда волн цунами крайне незначительна.
При объявлении тревоги в населенных пунктах, в которых возможно цунами, прекращается работа предприятий, расположенных в
7
непосредственной близости от моря, стоящие у причалов или на рейде суда выходят в открытое море, население эвакуируется в безопасные места, зачастую глубокой ночью.
В разных случаях ущерб от события, сопровождающегося тревогой цунами, различен, как количественно, так и качественно.
В случаях оправдавшейся тревоги ущерб проявляется в виде неизбежных потерь: повреждений, разрушений зданий, сооружений, оборудования, находящихся в зоне воздействия цунами.
В редких случаях пропусков цунами к этим потерям могут добавиться потери в виде повреждений, затоплений судов, находящихся у причалов или на ближнем рейде, а также человеческие жертвы.
Случаи ложных тревог также сопровождаются ущербом. Неизбежные потери при этом отсутствуют, но возникают косвенные потери, связанные с остановкой производства прибрежных предприятий, экстренным выходом судов в открытое море, и нематериальные потери, обусловленные созданием неоправданной стрессовой ситуации для населения [34].
Ущерб от ложной тревоги значительно меньше ущерба от состоявшегося цунами. Однако ввиду большого числа ложных тревог итоговые потери от них сравнимы с ущербом от цунами.
Сахалинская система предупреждения о цунами состоит из двух подсистем. Сейсмологическая подсистема, сейсмостанция Южно-Сахалинск, находится в подчинении Геофизической службы РАН, в ее задачи входит получение информации о землетрясении: координат эпицентра, глубины гипоцентра, магнитуды, механизма. На основании этого принимается решение об объявлении тревоги цунами, сообщение рассылается в штаб ГО и ЧС, Центральный телеграф, Центр цунами, другие службы в соответствии с регламентом.
Гидрофизическая подсистема объединяется Сахалинским Центром цунами, входящим в состав Сахалинского управления по
8
гидрометеорологии и контролю природной среды. В задачи гидрофизической подсистемы входит подтверждение тревоги или объявление тревоги цунами в случаях, когда сейсмологическая подсистема не в состоянии объявить эту тревогу. В состав гидрофизической подсистемы входят стационарные измерители уровня (традиционные мареографы с самописцами и гидрофизические комплексы, передающие информацию по спутниковым каналам связи), посты визуальных наблюдений за уровнем на прибрежных гидрометеорологических станциях, в портах.
Принятие решения о тревоге опирается на принципы, выработанные в середине прошлого века. При регистрации землетрясения с магнитудой, превышающей некоторое пороговое значение, произошедшего под морским (океаническим) дном, объявляется тревога по близлежащим районам. Например, во время Шикотанского землетрясения (магнитуда М=8.1) и цунами 1994 г. была объявлена тревога цунами в Южно-Курильском и Курильском районах. Охваченная тревогой область имела протяженность около 500-600 км. При этом тревога цунами не сопровождалась никакой другой информацией: ни об ожидаемом времени прихода цунами, ни о характере или величине волн, ни об ожидаемом времени окончания цунами (отбое тревоги). Фактически в результате землетрясения 1994 г. воздействию цунами подверглось побережья островов Кунашир, Шикотан, Итуруп, Хоккайдо. Так, в пос. Южно-Курильск произошло затопление территории на расстоянии до 800 м вглубь суши, сопровождавшееся разрушениями, затоплением и выбросом судов на берег. Другие места побережья России, подвергшегося воздействию этого цунами, не населены, поэтому подробные данные о проявлении цунами собирались позднее при проведении обследования. На побережье Курильского района (о. Итуруп) цунами было менее значительным (высоты затопления не превосходили 2.4 м при глубине
9
проникновения до 70 м, лишь в пос. Сентябрьский эти высоты достигли Зм)[42,48].
Аналогичная по тревоге ситуация имела место 26 сентября 2003 г. во время Хоккайдского землетрясения (М=8) и цунами. Была объявлена тревога цунами в Южно-Курильском и Курильском районах, несколько позднее - в Северо-Курильском районе, а также на Камчатке. Протяженность территории, охваченной тревогой цунами, составляла около 1500 км. Тревога была объявлена по магнитудному критерию. Основанием для объявления тревоги было превышение порогового значения магнитуды землетрясения. Фактически в бухте Южно-Курильская (на юге, вблизи Горячего Пляжа) зафиксирована высота цунами около 0.5 м, а в Южно-Курильске (на севере бухты, на расстоянии около 6 км от Горячего Пляжа) мареограф показал высоту волны 0.13 м. На Шикотане колебания уровня, продолжавшиеся около 12 часов, имели амплитуду 50 - 70 сантиметров. В Курильском и Северо-Курильском районах и на Камчатке цунами не наблюдалось.
Для оценки качества работы службы предупреждения о цунами в целом и отдельно по подсистемам, сейсмологической и гидрофизической, можно применить критерии, принятые в Гидрометслужбе для предупреждения о стихийном бедствии. Ими являются: оправдываемость стихийного бедствия, т.е. отношение числа оправдавшихся предупреждений к общему количеству предупреждений, и степень предупрежденности - отношение количества предусмотренных предупреждений к общему количеству наблюдавшихся бедствий. Чем выше эти показатели, тем эффективнее работает служба.
За период действия службы предупреждения о цунами с 1958 по 1994 гг. показатели работы подсистем и службы в целом приведены в таблице 1.
10 Таблица 1
Оправдываемость предупреждений о цунами Степень предупрежденности о цунами
Составлено предупр. Оправдалось % Ложные тревоги % Наблю далось цунами Предусмотрено % Про-пуще но цуна ми
Гидрофизическая подсистема 13 8 62 38% 9 8 89 11%
Сейсмологическая подсистема 51 19 37 63% 31 19 61 39%
Служба цунами в целом 64 27 42 58% 40 27 68 32%
Данные в таблице приведены без подразделения цунами на сильные, умеренные и слабые.
В следующей таблице приведены данные за последнее десятилетие того же периода, которые показывают ухудшение качества работы службы предупреждения о цунами.
Таблица 2
Оправдываемость предупреждений о цунами Степень предупрежденности о цунами
Составлено предупр. Оправдалось %¦ Ложные тревоги Наблю далось цунами Предусмотрено % Пропу щено цунам и
Гидрофизическая подсистема 1 0 0 100% 1 0 0 100%
Сейсмология, подсистема 22 5 23 77% 6 5 83 17%
Служба цунами в целом 23 5 22 78% 7 5 71 29%
11
Причины ухудшения эффективности работы службы предупреждения о цунами, а также предложения по улучшению работы, основанные на традиционном подходе, подробно изложены в [34]
Получаемая информация о землетрясении в настоящее время не позволяет в оперативном режиме выполнить достаточно точный и подробный прогноз. Поэтому совершенствование оперативного прогноза является актуальной задачей для всех действующих служб.
Цунами относится к стихийным бедствиям, для которых возможно заблаговременное получение информации о степени опасности и объявление тревоги (оперативный, или краткосрочный, прогноз).
Улучшить прогноз цунами могло бы использование информации о сформировавшемся цунами, полученной в результате измерения уровня моря в некоторых удаленных от побережья точках, по возможности приближенных к зоне потенциальных очагов цунами. Эта идея высказана C.JL Соловьевым в 1968 г. [43], но до сих пор остается не реализованной в России.
Отчасти причиной этого является постоянная нехватка средств. Но в большей степени, по мнению автора, невостребованность уровенных измерений обусловлена дефицитом идей по использованию этой информации. Интерес к уровенным данным в России и других странах вновь проявился, начиная с середины 90-х годов, с появлением новых идей. Первые работы, в которых описываются различные способы применения данных об уровне моря в удаленных точках, опубликованы авторами: Chung J.Y., Kim S.D., Ivanov V.V. (1995) [52], Korolyov Yu., Poplavsky A. (1995) [55], Whitmore P.M., Sokolowsky TJ. (1996) [69], Храмушин В.Н., Поплавский А.А. (1997) [47], Voronina T.A., Tcheverda V.A. (1998) [65], Авдеев А.В., Горюнов Э.В., Лаврентьев М.М.-мл., (2001) [1], Chubarov, L.B., Shokin, Yu.I., Simonov, K.V., (2001) [51], Gonzalez F.I, Titov V.V., Avdeev A.V., Bezhaev A.Yu., Lavrentiev M.M.-jr, Marchuk An.G., (2003) [53].
12
Результаты этих работ в различной степени востребованы и применяются в работе служб цунами США, России, Японии, Республики Корея. Подробно способы, опубликованные в этих работах, рассмотрены в главе 1 «Обзор способов оперативного прогноза цунами ».
Современное состояние оперативного прогноза показывает, что эта задача еще не полностью решена и является актуальной как для России, так и для других стран Тихоокеанского региона.
Приведенные ниже требования являются ориентиром для решения задачи оперативного прогноза цунами.
Проблема оперативного прогноза цунами заключается в том, чтобы служба предупреждения объявляла не только обоснованные общие тревоги, но и дифференцированные по степени опасности для конкретных участков побережий. Идеально объявление тревоги цунами, как и для любого стихийного бедствия, должно сопровождаться информацией в каждый населенный пункт (любой пункт на побережье, где находятся люди) о времени прихода первой волны, о высотах волн, их количестве и интервалах времени между ними и об ожидаемом времени окончания цунами (отбой тревоги цунами).
Известное время прихода цунами позволит населению без паники покинуть жилища и эвакуироваться в безопасные места, предприятиям организованно прекратить работу и эвакуировать персонал, судам без излишней спешки выйти в открытое море.
Информация о высотах волн и интервала времени между ними позволит аварийно-спасательным службам при необходимости выполнить экстренные спасательные, аварийные работы.
Знание предполагаемого времени окончания цунами позволит понизить уровень стресса у населения, который повышается в условиях неопределенности.
13
Ниже под расчетом цунами понимается расчет формы цунами -основных характеристик и параметров: высот волн, их количества, интервалов времени между ними и общей продолжительности цунами.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы являлся поиск путей использования информации об уровне в некоторых точках для решения задачи расчета цунами в заданных точках побережья, исходя из представлений о прогнозе стихийных бедствий и с позиций служб предупреждения о цунами. При этом предполагается использование минимальной сейсмологической информации и данных об измерении уровня моря в удаленных точках, получаемых в оперативном режиме, с учетом заблаговременности объявления тревоги. Результаты таких расчетов должны быть основанием для объявления (подтверждения) тревоги цунами, дифференцированной по отдельным участкам (пунктам) побережья, и ее отмены. Расчеты должны по возможности давать дополнительную информацию о количественном проявлении цунами: высотах волн, их количестве и интервалах между ними, а также об ожидаемом времени окончания цунами (отбое тревоги).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
обоснование применимости принципа взаимности для нестационарных волн - цунами;
- разработка способа расчета цунами на основе полученного соотношения взаимности для нестационарных волн с использованием информации об уровне моря в удаленных точках, который может быть применен службой предупреждения о цунами в оперативных условиях;
- разработка эмпирического способа обратного преобразования Лапласа;
- численное моделирование для проверки решений поставленных задач в широком диапазоне изменения параметров очага цунами,
14
моделирование алгоритма функционирования службы предупреждения о цунами;
- анализ качества прогноза цунами предлагаемым способом в зависимости от ошибок определения координат эпицентра землетрясения;
- обоснование применимости предлагаемого способа для прогноза цунами в реальном времени.
Объект и предмет исследований. Объектом исследований является стихийное бедствие - цунами.
Исследуется возможность расчета формы цунами вблизи побережья по данным о форме этой волны, получаемым в точке, достаточно удаленной от берегов.
В круг рассмотрения входят не все цунами. Исследуются цунами, распространяющиеся вблизи побережий, для которых возможна выработка заблаговременного предупреждения с наиболее полной информацией об ожидаемом цунами. Случаи близких землетрясений, времена пробега цунами от которых составляют несколько минут, не рассматриваются. За объявление тревоги в этих случаях отвечает сейсмологическая подсистема службы предупреждения о цунами. Не рассматриваются также случаи дальних (трансокеанических) цунами. Принятие решения об объявлении тревоги в этих случаях основывается на информации служб предупреждения о цунами других стран, расположенных ближе к очагу.
Методы исследования. В задачах настоящей работы применяется модель длинных волн на мелкой воде, хорошо описывающая распространение и трансформацию волн типа цунами.
Применены аналитические методы функций Грина решения задач математической физики.
15
Применен аналитический вывод соотношения для расчета цунами с использованием данных наблюдений за уровнем моря и аналитический анализ особенностей источников цунами и соотношений.
Аналитически (асимптотически) решена задача распространения длинных волн в акватории с простой батиметрией — пример, показывающий справедливость как соотношения взаимности, так и расчетного соотношения, - и установлены границы применимости предложенного способа расчета цунами.
Применены численные методы обратного преобразования Лапласа. Предложен эмпирический быстродействующий способ обратного преобразования Лапласа. Метод решения плохо обусловленной системы линейных уравнений адаптирован к численному обратному преобразованию Лапласа применительно к поставленной задаче.
Численное моделирование применено для проверки предложенного способа в различных условиях и режимах.
Защищаемые положения.
- Принцип и соотношение взаимности для нестационарных волн справедливы не только для точечных, но и для протяженных источников, а также при расстояниях между источниками и приемниками, сравнимых с характерными размерами источников.
- Предложен способ расчета цунами вблизи заданного участка побережья по данным об уровне моря в удаленной точке на основе принципа взаимности для нестационарных волн, который может рассматриваться как составная часть оперативного прогноза.
- Разработан эмпирический, простой в практическом применении, способ численного обратного преобразования Лапласа (Фурье).
16
- Предложенный способ прогноза цунами, проверенный в численных экспериментах, применим к расчету цунами от возмущений достаточно произвольных форм в реальном времени, т.е. по мере поступления информации от удаленного мареографа.
- Способ оперативного прогноза цунами, предложенный в работе, позволяет не просто оценивать степень опасности цунами, но и давать более детальную информацию о цунами: время прихода, количество волн, интервал времени между ними и время отбоя тревоги. Способ может быть применен в работе как региональных, так и локальных служб предупреждения о цунами, для прогноза цунами в Курило-Камчатском регионе и в Японском море.
17
Глава 1. Обзор способов оперативного прогноза цунами 1.1. Сейсмологический способ.
В России служба цунами действует с 1958 г. (в Японии - с 1941 г., США - с 1967 г.). Изначально как в Японии, так и в России оперативный прогноз базировался на магнитудном методе. На основе анализа эмпирических данных о цунами, механизмов землетрясений, порождающих цунами, выведено соотношение J=a+bM. В этом соотношении J- интенсивность цунами, М- магнитуда землетрясения, а и Ъ - эмпирические константы, 0.83<6<2.58, -19.2<я<-4.72. Значения этих констант свои для каждой из цунамигенных областей. Интенсивность цунами J и средняя высота подъема воды h на участке побережья, где наблюдаются наиболее значительные проявления цунами, связаны соотношением J=0.5+\og2h [44].
В действительности Сахалинская служба предупреждения о цунами применяет простой критерий цунамиопасности землетрясений, происходящих в зоне ее ответственности - магнитуда более 7.
Совершенствование оперативного прогноза шло по пути уточнения коэффициентов с приведенном выше соотношении, введения дополнительных признаков. Одним из таких дополнительных признаков является глубина гипоцентра землетрясения. На этот признак впервые обратил внимание Иида[54]. Возможность применения этого признака, позволившего бы улучшить оперативный прогноз цунами, исследована в [16, 35]. Но этот признак не введен в регламент службы цунами по причине невозможности оценки глубины очага в оперативном режиме работы сейсмической подсистемы службы предупреждения о цунами.

Список литературы




Мне не нужны сотрудники, которые могут только поддакивать. Я хочу, чтобы каждый говорил мне правду в лицо, — даже если за это он будет уволен. Сэмюэл Голдвин
ещё >>