2014年4月2日智利海啸数值模拟与分析

北京时间2014年4月2日智利北部近海发生8.2级地震。地震引发了海啸,南美智利、秘鲁等国沿岸的多个海洋站监测到了明显的海啸波动。文章利用国家海洋环境预报中心开发的CTSU海啸数值模式对这次智利海啸事件进行了数值模拟。模拟结果显示距离震源最近的智利北部受灾严重,秘鲁以及智利南部等海域的海啸波相对较小。沿海站点的第一波海啸波的数值模拟曲线与实测曲线基本吻合。由于数值模型的理想化和近岸水深地形数据分辨率不够,后续海啸波部分模拟结果与实测值存在一定误差。     

有限断层模型在2015年9月16日智利Mw8.3级地震海啸数值模拟中的应用与评估

2015年9月16日22时54分（当地时间）智利中部近岸发生M_w8.3级地震,震源深度25 km。同时,强震的破裂区长200 km,宽100 km,随之产生了中等强度的越洋海啸。海啸影响了智利沿岸近700 km的区域,局部地区监测到近5 m的海啸波幅和超过13 m的海啸爬坡高度。太平洋区域的40多个海啸浮标及200多个近岸潮位观测站详细记录了此次海啸的越洋传播过程,为详细研究此次海啸近场及远场传播及演化规律提供了珍贵的数据。本文选择有限断层模型和自适应网格海啸数值模型建立了既可以兼顾越洋海啸的计算效率又可以实现近场海啸精细化模拟的高分辨率海啸模型。模拟对比分析了海啸的越洋传播特征,结果表明采用所建立的模型可以较好地再现远场及近场海啸特征,特别是对近场海啸的模拟结果非常理想。表明有限断层可以较好地约束近场、特别是局部区域的破裂特征,可为海啸预警提供更加精确的震源信息,结合高分辨率的海啸数值预报模式实现海啸传播特征的精细化预报。本文结合观测数据与数值模拟结果初步分析了海啸波的频散特征及其对模型结果的影响。同时对观测中典型的海啸波特征进行的简要的总结。谱分析结果表明海啸波的能量主要分布在10~50 min周期域内。这些波特征提取是现行海啸预警信息中未涉及,但又十分重要的预警参数。进一步对这些波动特征的详细研究将为海啸预警信息及预警产品的完善提供技术支撑。     

马尼拉俯冲带潜在地震海啸对华南沿海的影响

马尼拉俯冲带潜在地震海啸对我国南部沿海城市构成巨大威胁,利用情景式数值模拟技术重构灾害过程并评估危险等级有助于理解南海海啸传播规律并指导预警预报和防灾减灾工作。根据美国太平洋海洋环境研究中心(Pacific Marine Environmental Laboratory, PMEL)发布的马尼拉俯冲带断层参数设计M_w 7.5、M_w 8.1和M_w 8.5三个震级下共19个震源,应用非静压海啸数值模型(Non-hydrostatic Evolution of Ocean WAVE, NEOWAVE)模拟各震源激发海啸在南海海盆的传播过程,通过最大波辐和测点时间序列发现海啸波能量传输分布并评估代表区域危险等级。研究表明, M_w 7.5级地震海啸对我国南部沿海的影响较低,波幅一般不超过30 cm; M_w 8.1级地震海啸对华南沿海主要造成太平洋海啸预警中心定义的Ⅱ或Ⅲ级海啸危险等级,海啸影响范围和能量分布特征由震源位置决定; M_w 8.5级地震海啸主要对中国沿海构...     

基于数值模拟的渤海海域地震海啸危险性定量化研究

根据地震海啸产生的条件,结合渤海海域的地形特征、地质构造、地震学特征和历史地震及海啸记录对渤海海域潜在的地震海啸进行了数值模拟研究。分析了渤海可能引发地震海啸的震源区域,讨论了渤海发生海啸灾害的可能性。文中通过数值模拟再现了渤海历史上几次规模较大的地震事件可能引发的海啸情景,研究分析了可能的地震海啸在渤海及周边海域的传播过程及波动特征.地震海啸传播模型采用基于四叉树原理的自适应网格加密技术,有效解决了局部分辨率与计算效率之间的矛盾。数值计算包括地震海啸产生及传播过程。利用该模型对渤海潜在的地震海啸进行了数值计算,基于数值计算结果定量阐述了渤海海域潜在地震海啸对渤海局部岸段及北黄海沿岸的影响,给出了渤海可能地震海啸危险性划分;研究结果将为我国海啸危险性分析和海啸预警技术研究工作提供技术支持。     

2010 年智利和2011 年日本地震海啸在我国东南沿岸诱导的波流特征及危险性分析

本文基于有限断层模型和OKADA 位错模型计算海表变形场作为初始条件，利用MOST 海啸数值模型模拟分析了2010年智利和2011 年日本地震海啸在我国东南沿海地区的海啸传播特征，海啸波模拟结果与观测数据吻合较好。重点研究分析了沈家门港口海域的海啸波流特征及其诱导的涡旋结构。研究结果表明：尽管两次事件的海啸源位置及破裂特征完全不同，但海啸波流在我国东南沿岸的分布特征大致相似；另外相对于海啸波幅而言，港湾中海啸流具有更强的空间差异性，港口入口、岬角地形处和岛屿间水道中往往会有强流存在。尽管这两次越洋海啸均未能在我国东南沿海引发淹没情形，但通过数值计算发现局部均存在超过3 m/s 以上的强流，因此进行海啸预警及风险管理时应综合考虑海啸波流的影响。     

基于全球海洋模型GOCTM的海啸传播过程数值模拟——以2004印尼大海啸为例

文中利用在有限体积近海模型FVCOM基础上拓展开发的全球海洋模型GOCTM(Global Ocean Circulation and Tide Model)进行了海啸波传播过程模拟,GOCTM采用全球无结构三角形网格,避免了开边界条件引入带来的误差,利用德国AWI研究所提供的海啸源作为初始水位场,模拟了2004年12月26日苏门答腊-安达曼Mw 9.2地震引发的海啸传播过程。通过模拟结果与印度沿岸潮位站数据以及海啸发生过程观测到的卫星高度计数据进行了对比,发现模拟结果与观测值相近,相关系数最高达0.82,相关性较好。模拟的海啸波到达苏门答腊岛北部的时间与日本的TUNAMI 模型和德国AWI研究所的TsunAWI模型的模拟结果相符,时间相差不到30 min,证明GOCTM全球模型可以较好地对海啸传播过程进行模拟,结果令人满意,希望本工作可以为我国海啸预报和预警提供参考。     

日本南海海沟潜在地震海啸对中国东部沿海影响的数值模拟研究

2011-03-11日本东北部地震海啸发生后,围绕日本南海海沟发生潜在9级地震的可能性也进一步增大。采用高精度高分辨率有限体积浅水波数值模型GeoClaw对日本东北大地震海啸的产生、传播过程进行数值模拟研究,模拟结果对比海上浮标观测数据及中国东部沿海验潮站记录数据可知首波波峰偏差小于10%,表明模型GeoClaw可以很好地模拟海啸在大洋中及东海大陆架的传播过程。利用模型GeoClaw对日本南海海沟9级地震断层模型进行海啸数值模拟研究。研究表明,地震引发的海啸波能量巨大,同时向各个方向传播。地震发生5h后海啸波到达中国东部福建沿海地区,进而影响浙江、上海、江苏等沿海地区,海啸波高可达到1 m以上。鉴于日本南海海沟大地震发生的历史性规律及对中国东部沿海地区造成的潜在灾害,需要对其进行相应的数值模拟研究。     

越洋海啸的数值模拟及其对我国的影响分析

简要介绍了地震海啸产生的物理机制、海啸波在大洋中的传播特性以及海啸所具有的超强破坏力可能引发的巨大灾害;概述了全球地震海啸发生的频率和太平洋区域历史海啸的时空分布;整理分析了我国沿海发生海啸的频次和空间分布。针对越洋海啸传播的特点,采用基于波浪追逐原理和自适应网格加密技术的海啸数值模型对1960智利海啸进行了数值模拟,将模拟的结果与历史记录进行了对比,验证了模型的可靠性。通过对数值模拟结果的分析,初步讨论了我国沿海地区越洋海啸的危险性,并定量阐述了越洋海啸对我国各海区的影响。     

COMCOT数值模式的介绍和应用

介绍了一个成熟的海啸数值模式-COMCOT模式.COMCOT模式是一个能够模拟海啸产生、传播和增水全过程的基于浅水波方程的有限差分模型.模型采用多层网格嵌套,根据海啸在不同区域的传播特点和要求,分别选用不同的分辨率和计算设置,从而兼顾了模式的精度和计算效率.利用此模式模拟了2006年12月26日台湾南部7.2级地震产生海啸波的传播情况,结果与两个潮位站的海啸波监测数据相吻合.     

海啸灾害数值预报技术研究现状

海啸数值预报技术在海啸预警、防灾减灾工作及海啸物理机制研究工作中都具有举足轻重的作用,特别是在海啸预警及海啸防灾减灾工作中扮演着重要的角色.根据海啸产生及海啸波传播的特征,分别总结了海啸源产生数值模型、海啸传播和淹没模型的研究现状,重点介绍了当前主流地震海啸数值预报模型数值预报技术的发展、预警系统建设及应用现状.旨在为...     

Modeling the near-field effects of the worst-case tsunami in the Makran subduction zone

As a first step towards the development of inundation maps for the northwestern Indian Ocean, we simulated the near-field inundation of two large tsunami in the Makran subduction zone (MSZ). The tsunami scenarios were based on large historical earthquakes in the region. The first scenario included the rupture of about 500 km of the plate boundary in the eastern MSZ, featuring a moment magnitude of M_w 8.6. The second scenario involved the full rupture of the plate boundary resulting from a M_w 9 earthquake. For each scenario, the distribution of tsunami wave height along the coastlines of the region is presented. Also, detailed runup modeling was performed at four main coastal cities in the region for the second scenario. To investigate the possible effect of splay fault branching on tsunami wave height, a hypothetical splay fault was modeled which showed that it can locally increase the maximum wave height by a factor of 2. Our results showed that the two tsunami scenarios produce a runup height of 12-18 m and 24-30 m, respectively. For the second scenario, the modeled inundation distance was between 1 and 5 km.     

The Kuril Earthquakes and tsunamis of November 15, 2006, and January 13, 2007: Observations,analysis, and numerical modeling

Major earthquakes occurred in the region of the Central Kuril Islands on November 15, 2006 (M _w = 8.3) and January 13, 2007 (M _w = 8.1). These earthquakes generated strong tsunamis recorded throughout the entire Pacific Ocean. The first was the strongest trans-Pacific tsunami of the past 42 years (since the Alaska tsunami in 1964). The high probability of a strong earthquake (M _w ≥ 8.5) and associated destructive tsunami occurring in this region was predicted earlier. The most probable earthquake source region was investigated and possible scenarios for the tsunami generation were modeled. Investigations of the events that occurred on November 15, 2006, and January 13, 2007, enabled us to estimate the validity of the forecast and compare the parameters of the forecasted and observed earthquakes and tsunamis. In this paper, we discuss the concept of “seismic gaps,” which formed the basis for the forecast of these events, and put forward further assumptions about the expected seismic activity in the region. We investigate the efficiency of the tsunami warning services and estimate the statistical parameters for the observed tsunami waves that struck the Far Eastern coast of Russia and Northern Japan. The propagation and transformation of the 2006 and 2007 tsunamis are studied using numerical hydrodynamic modeling. The spatial characteristics of the two events are compared.     

精细化地震海啸波流实时预警系统研究与应用

基于Okada模型和非线性浅水波模型，结合高精度多层嵌套网格针对我国浙江沿海的温州和台州地区建立了越洋–近海–局部的精细化地震海啸波流实时预警系统，近岸的分辨率为900 m。该预警系统包括了并行化的数值计算模块，基于Python 2D绘图库的计算结果可视化处理模块，以及通过Python语言将所有经过数值计算的图形与动画产品集成在一个网页上的产品集成模块。一旦地震发生，该系统可根据地震的震源参数信息在10 min内完成数值计算、可视化处理，以及产品集成。选取2011年日本东北9.0级地震海啸结合实测数值对该系统进行模拟验证，进一步应用该系统模拟计算了日本南海海槽和琉球海沟潜在极端海啸的影响规律。结果表明，该预警系统可有效地提高地震海啸实时预警的时效性和准确度，为海啸的预警、减灾，以及辅助决策提供科学依据。     

Relevance of Bathymetry for Tsunami Run‐up Modeling

Abstract

Marine positioning is relevant for several aspects of tsunami research, observation, and prediction. These include accurate positioning of instruments on the ocean bottom for determining the deep‐water signature of the tsunami, seismic observational setups to measure the earthquake parameters, equipment to determine the tsunami characteristics during the propagation phase, and instruments to map the vertical uplift and subsidence that occurs during a dip‐slip earthquake.

In the accurate calculation of coastal tsunami run‐up through numerical models, accurate bathymetry is needed, not only near the coast (for tsunami run‐up) but also in the deep ocean (for tsunami generation and propagation). If the bathymetry is wrong in the source region, errors will accumulate and will render the numerical calculations inaccurate. Without correct and detailed run‐up values on the various coastlines, tsunami prediction for actual events will lead to false alarms and loss of public confidence.     

2015年9月16日智利Mw 8.3级地震:海啸波从近场到远场的特征分析

On September 16, 2015, an earthquake with magnitude of M_w 8.3 occurred 46 km offshore from Illapel, Chile,generating a 4.4-m local tsunami measured at Coquimbo. In this study, the characteristics of tsunami are presented by a combination of analysis of observations and numerical simulation based on sources of USGS and NOAA. The records of 16 DART buoys in deep water, ten tidal gauges along coasts of near-field, and ten coastal gauges in the far-field are studied by applying Fourier analyses. The numerical simulation based on nonlinear shallow water equations and nested grids is carried out to provide overall tsunami propagation scenarios, and the results match well with the observations in deep water and but not well in coasts closed to the epicenter. Due to the short distance to the epicenter and the shelf resonance of southern Peru and Chile, the maximum amplitude ranged from 0.1 m to 2 m, except for Coquimbo. In deep water, the maximum amplitude of buoys decayed from9.8 cm to 0.8 cm, suggesting a centimeter-scale Pacific-wide tsunami, while the governing period was 13–17 min and 32 min. Whereas in the far-field coastal region, the tsunami wave amplified to be around 0.2 m to 0.8 m,mostly as a result of run-up effect and resonance from coast reflection. Although the tsunami was relatively moderate in deep water, it still produced non-negligible tsunami hazards in local region and the coasts of farfield.     

2017年9月8日墨西哥沿岸Mw8.2级地震海啸观测数据分析与模拟

2017年9月8日4时49分（UTC），墨西哥瓦哈卡州沿岸海域（15.21°N，93.64°W）发生M_w8.2级地震，震源深度30 km。强震在该海域引发海啸，海啸对震源附近数百千米范围内造成了严重影响。位于太平洋上的多个海啸监测网络捕捉到了海啸信号并详细记录了此次海啸的传播过程。本文选用了近场2个DART浮标和6个验潮站的水位数据，通过潮汐调和分析和滤波分离出海啸信号，对近场海啸特征值进行了统计分析，并采用小波变换分析方法进一步分析了海啸的波频特征。基于Okada弹性位错理论断层模型计算得到了强震引发的海底形变分布，并采用MOST海啸模式对本次海啸事件近场传播特征进行了模拟，模拟结果与观测吻合较好。最后，基于实测和模拟结果，详细分析了此次地震海啸的近场分布特征，发现除受海啸源的强度和几何分布特征影响外，近岸海啸波还主要受地形特征控制，在与特定地形相互作用后波幅产生放大效应，会进一步加剧海啸造成的灾害。     

Regional long-period magnitude scales and their capabilities for tsunami warning

The tsunami warning system in the Russian Far East employs the medium-period magnitude MS (BB) by Vaniek–Soloviev. However, its use may lead to inadequacies and underestimates for the tsunamigenic potential of an earthquake. Specifically, this can happen in the case of a so-called tsunami–earthquake. This kind of earthquakes with a nonstandard spectrum was revealed by H. Kanamori in 1972. This problem can be overcome by using a magnitude scale that deals with longer period seismic waves. This study develops a technique for determining the magnitudes at regional distances (from 70 to 4500 km) using the amplitudes of surface seismic waves of periods of 40 and 80 s. At distances of 70–250 km, the amplitude of the joint group of shear and surface waves is used. For the new magnitudes designated M _S(40) and M _S(80), experimental calibration curves are constructed using more than 1250 three-component records at 12 stations of the region. The magnitudes are calibrated so as to produce an unbiased estimate of the moment magnitude M _w in the critical range 7.5–8.8. The rms error of the single-station estimate M _w is around 0.27. At distances below 250 km and M _w ≥ 8.3, the estimate of M _w obtained by the proposed technique becomes saturated at the level of M _w ~ 8.3, which is acceptable for operative analysis because no missed alarms arise. The technique can be used in operational tsunami warning based on seismological data. This can markedly decrease the number of false alarms.     

再论台湾岛及邻近海域强震前的中强地震条带现象及成因初探

台湾岛1999年9月21日在南投发生7.6级地震前有出现地震条带现象,在2005年工作的基础上继续用地震条带方法对2004年12月台东海外7.0级地震、2006年12月高雄海外7.2级地震和2016年2月6日高雄6.7级地震前的地震图像进行分析发现,这3次地震前也存在ML5.5级以上地震条带现象,说明近年来台湾岛及邻近海域强地震前都有地震条带出现.对这些条带形成的原因进行分析后认为:EN向地震条带是受菲律宾板块挤压形成的,沿台湾岛东部海岸排列的地震条带是受台湾岛东部的地震断层影响形成的,沿琉球海沟方向排列的地震条带是受琉球海沟断裂带影响形成的.研究结果对台湾岛及邻近海域的地震预报具有参考意义.