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。     

浙江沿海潜在区域地震海啸风险分析

采用COMCOT海啸模型建立三重网格模型模拟了2011年3月11日日本东北部9.0级地震引发的海啸发生、发展以及在我国东南沿海传播过程。震源附近浮标站以及浙江沿海的潮位站实测资料验证结果显示,大部分监测站首波到达时间和海啸波的计算值相差在15%以内,表明模型可较好的模拟海啸在计算域内的传播过程。研究表明日本南海海槽、冲绳海槽以及琉球海沟南部是影响浙江沿海主要的区域潜在震源,通过情景计算分别模拟3个潜在震源9.1级、8.0级和8.7级地震引发的海啸对浙江沿海的海啸风险,计算结果表明,海啸波产生后可在3~8h内传至浙江省沿岸,海啸波达1~3m,最大可达4m,此时浙江沿岸面临Ⅲ~Ⅳ级海啸风险,达到淹没至严重淹没等级。     

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。     

海啸波传播的线性和非线性特征及近海陆架效应影响的数值研究

浅水方程被广泛应用于海啸预警报业务及研究,而针对线性浅水方程与非线性浅水方程在不同海区水深地形条件下的适用范围、计算效率问题是海啸研究人员急需了解的。本文应用基于浅水方程的海啸数值预报模型就海啸波在南海、东海传播的线性、非线性特征以及陆架对其传播之影响进行了数值分析研究。海啸波在深水的传播表征为强线性特征,此时线性系统对海啸波幅的模拟计算具有较高的精度和效率,而弱的非线性特征及弱的色散特征对海啸波幅的预报影响甚微,可以忽略不计。海啸波传播至浅水大陆架后受海底坡度变化、海底粗糙度等因素影响,波动的非线性效应迅速传播、积累,与线性浅水方程计算的海啸波相比表现出较大差异,主要表现为:在南海区,水深小于100m时,海啸波首波以后的系列波动非线性特征比较明显,两者波幅差别较大,但首波波幅的区别不大,因此对于该区域在不考虑海啸爬高的情况下,应用线性系统计算得到的海啸波幅也可满足海啸预警报的要求;在东海区由于陆架影响,海啸波非线性特征明显增强,水深小于100m区域,首波及其后系列波波幅均差异较大,故在该区域必须考虑海啸波非线性作用。本文就底摩擦项对海啸波首波波幅的影响进行了数值对比分析,结果表明:底摩擦作用对海啸波首波波幅影响仅作用于小于100m水深。最后,该文通过敏感性试验,初步分析了陆架宽度及陆架边缘深度对海啸波波幅的影响,得出海啸波经陆架传播共振、变形后,海啸波幅的放大或减小与陆架的宽度及陆架边缘水深有关。     

天文潮与海啸耦合数学模型研究——以东中国海温州湾为例

在COMCOT海啸数学模型中加入潮汐边界条件,建立了东中国海天文潮与海啸耦合数学模型。在琉球海沟内侧设计震级为7.6级的海底地震,根据地震板块的错动方向不同,设计正波先行与负波先行两种海啸波,通过调整海啸波发生时间,使海啸波波峰遭遇温州湾天文高潮位。将天文潮与海啸耦合模型计算结果与线性叠加计算结果进行比较,结果表明:无论正波先行还是负波先行,天文潮与海啸耦合计算相比线性叠加的结果,海啸波的到达时间均有所提前;而从海啸波波高来看,线性叠加的计算结果则比耦合计算结果偏高。     

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。     

基于海底压力测量的海啸预警方法研究

海啸是一种具有极大破坏力的海洋灾害,及时准确的海啸预报可大幅降低人民生财产损失。文中介绍了一种新的海啸灾害预警方法。该方法针对海啸预警需求,分析海啸波和海洋中的其他波动特性,以海底高精度压力测量为核心并消除噪声信号影响,可实现深海远距离海啸实时预警。以该方法为基础研制的海啸监测仪可实时监测并识别海啸波,从根本上降低海啸预警误报、漏报的概率,提高海啸预警系统的性能,及时为决策者提供信息,有效降低海啸灾害带来的损失。     

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。     

2010年智利和2011年日本海啸在华南沿岸的实测海啸波形和特征

文章根据三亚湾和台山广海湾实测水位数据,分析了2010年智利和2011年日本海啸在中国近岸传播的海啸波形。通过与2个深海海啸观测浮标(DART)观测到的海啸波形对照,采用功率谱分析和小波分析技术,研究远场海啸在中国华南沿岸的海啸波特征和传播规律。在2次事件中,海啸波通过巴士海峡进入中国南海后,大约3~4h到达华南沿岸。地形效应是决定海啸波能量的重要因素,特定周期的海啸波得到选择性增强。海啸波在近岸海湾持续时间长达2~3d,海啸波周期越长,持续时间越久。2次海啸事件均未对我国沿海造成灾害性影响,但是通过海啸波形的对比分析,能够更好地了解南海北部地形对海啸波的响应特征,为防范海啸提供借鉴。     

抛物型对称海脊引导波完整解析理论

越洋海啸能够被大洋海脊引导并沿海脊传播至远场地区,虽然传播速度较慢,但携带较大的能量,会对远场地区造成灾害影响,相关研究对于提高海啸传播特性本质的认识具有重要意义。本文基于线性长波方程,推导出了抛物型对称海脊引导波完整解析理论。研究表明对称型海脊同时存在对称与反对称引导波,其自由水面波动可以表示为虚宗量Bessel函数形式。利用海脊中心对称条件给出了描述其频率与波数的频散关系。基于所提理论进一步分析讨论了引导波的运动特性,包括频散关系、波速度、能量传播速度与波面空间分布等。本研究为揭示地形坡度由脊顶至两侧逐渐增加的海脊引导波运动特征,预测实际越洋海啸中最具威胁性海啸波的到达时间提供了理论依据。     

2016年全球地震海啸监测预警与数值模拟研究

回顾了国家海洋环境预报中心(国家海洋局海啸预警中心)2016年全球地震海啸监测预警的总体状况, 并基于震源生成模型和海啸传播数值模型的计算结果详细介绍了几次主要海啸事件及其影响特性。2016年全年国家海洋环境预报中心总共对全球6.5级(中国近海5.5级)以上海底地震响应了45次,发布海啸信息81期, 没有发生对我国有明显影响的海啸。结合精细化的数值模拟结果和浮标监测数据,重点介绍了苏门达腊7.8级地震海啸、厄瓜多尔7.8级地震海啸、新西兰7.1级和7.8级地震海啸, 以及所罗门7.8级地震海啸的波动特征和传播规律, 模拟结果与实测海啸波符合较好。针对厄瓜多尔7.8级地震海啸事件, 本文比较分析了均匀断层模型和多源有限断层模型对模拟结果的影响; 针对新西兰7.1级地震海啸, 探讨了色散效应对海啸波在大水深、远距离传播过程的影响规律。     

“3.11”日本地震海啸及南海和琉球群岛假想地震海啸对福建近海影响的数值模拟

福建地处西北太平洋沿岸,在环太平洋地震带附近,是海啸灾害潜在风险区.＂3.11＂日本地震海啸,福建沿岸验潮站就监测到其海啸波.利用CTSU地震海啸数值模式,模拟了＂3.11＂日本地震海啸对福建近海的影响,模拟结果与实况较吻合.同时,利用该数值模式模拟分析了可能来自于琉球群岛和南海附近海域的地震海啸对福建近海的影响,分析表明,如果在琉球群岛海域（28.0°N,129.0°E）发生8.8级地震,引发的海啸波将在4.5 h左右抵达福建北部海岸,最大海啸波幅可达2 m;如果在马尼拉海沟附近海域（17.5°N,119.0°E）发生8.8级地震,引发的海啸波将在4 h左右抵达福建南部海岸,最大海啸波幅可达3 m,均会给福建沿海地区带来灾害性影响.为此,本文亦针对性提出了防范地震海啸的一些措施与建议,为福建省海洋防灾减灾提供参考.     

深圳海域潮汐海啸波耦合数值研究

以COMCOT海啸模式和TPXO7.1全球潮汐模式为基础,采用三层嵌套网格,建立了南海海啸与潮汐耦合计算模型,分析深圳海域海啸和潮汐相互作用。潮汐计算结果与实测数据吻合较好,高、低潮位平均误差小于15 cm,20 cm;在潮汐验证的基础上,以马尼拉海沟潜在地震海啸源为案例,进行8.0,9.0级地震海啸与潮汐耦合情景模拟计算,计算结果表明,9级地震海啸在深圳海域外海波高为140~150 cm,如先行波为正波发生在高潮时将产生异常高潮位,负波发生在低潮时将产生异常低潮位,线性叠加计算结果偏大,在25.0 cm之内,到达时间差异小于6 min。     

海啸俘获波在弯曲海脊上的传播规律

越洋海啸会受大洋海脊的引导以俘获波的形式沿其传播上万千米,其携带的巨大能量会严重影响远场地区、威胁海岸地区的安全。本文基于MIKE21-BW模型,分别模拟0°(直海脊)至90°(直角弯曲海脊)不同弯曲角度海脊上俘获波的传播变形过程,并定量比较其能量分配。结果表明,海脊俘获波传至海脊转弯处,少部分能量会泄露出海脊重新以自由波的形式扩散至整个海域;部分能量会被反射回来形成与初始海啸波相反方向的俘获波沿海脊传播,反射的能量会随着海脊弯曲角度的增加而增加;还有一部分能量继续沿着弯曲的海脊向前传播,其随着海脊弯曲的角度增加而减小。     

海啸波对近岸岛礁影响的数值模拟研究

基于Okada有限断层模型和非线性浅水波方程,结合高精度嵌套网格建立了越洋（中国近海）-局部-近岸岛礁的海啸生成与传播的数值模型。以三亚凤凰岛为例,首先针对2011日本地震海啸,模拟分析了海啸波沿中国沿海大陆架的传播特征及对凤凰岛的影响规律。在取得验证结果的基础上,进一步讨论了中国近海的马尼拉海沟和琉球海沟的潜在海啸源,以及环太平洋的21个潜在特大越洋海啸对凤凰岛的影响特征。依据海啸波在抵达凤凰岛的波浪特征,结合傅里叶频谱分析方法,探索了近岸岛礁对海啸波的放大效应。结果表明,中国近海一般震级的海啸和特大越洋海啸对凤凰岛存在一定影响,最大波幅接近1 m,传播时间从3 h到27 h不等。受三亚东南半岛的影响,琉球海沟激发的海啸和越洋海啸在凤凰岛的放大效应相对于马尼拉海沟较小,其频率集中在0.8×10-4~2×10-4 Hz。马尼拉海沟产生的海啸波在凤凰岛产生了较为显著的放大效应,对于凤凰岛是值得关注的高风险海啸源。     

潮汐对海啸波影响的数值分析——以2004印尼大海啸为例

利用全球海洋模型GOCTM,采用全球无结构三角形网格,避免开边界条件引入带来的误差,采用德国AWI研究所提供的海啸源作为初始水位场,加入潮汐的水位和流场,通过潮汐模块,模拟2004年12月26日海啸发生时潮汐场下海啸波的传播。模拟结果与无潮汐加入时海啸波传播模拟结果以及印度沿岸潮位站数据进行了对比,结果显示:潮汐的加入对于海啸波到达近岸的时间和波形影响不大,但是潮汐影响着海啸波的水位分布,尤其是孟加拉湾及安达曼海域由于受到涨潮的影响,水位比无潮汐加入的情况下在同一时刻明显增加。海啸波在近岸的水位随着不同的潮汐时刻而改变,尤其是涨潮过程中增强了海啸波在近岸的水位,从而可能影响水位在陆地的爬升,给海啸的预报和预警带来不确定因素。     

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.     

基于震级上限估计的渤海海啸危险性与共振特征研究

根据渤海区域地质断层特征和历史地震活动规律,分析得出渤海内潜在最大震级上限为8.1级,并对该海啸源可能的两组震源机制分别进行了数值模拟。模拟结果显示：渤海局部区域海啸波幅最大可达 1.5 m,最大流速可达2.8~3.0 m/s,具备造成灾害损失的风险。在该海啸源情景下,渤海海盆内易激发长期的水位自由振荡,部分区域水位振荡可持续 20 h以上,振荡波幅的大小与海啸首波波幅相当或更大。基于快速傅里叶变换方法对海啸波进行频谱分析,部分长周期频谱成分满足区域固有共振特征。因此,渤海内一旦发生海啸,不仅要关注海啸首波可能造成的灾害性影响,还要密切关注海啸首波到达后,可能产生的长时间、长周期的海啸波共振以及往复式海啸流造成的影响。     

台阶型海脊俘获波的实验研究

基于物理模型实验研究瞬态冲击波在台阶地形上传播过程,揭示由于反射而在海脊上出现的波浪俘获现象。结果表明:在瞬态波产生区域附近,海脊上所测到的先导波即为最大波,其由泄漏至海脊外的深水波绕射至海脊所致。随着传播距离的增加,由于频散效应的影响,先导波逐渐减小,沿台阶近似直线传播的海脊俘获波和在台阶上曲折传播的海脊俘获波逐渐显现。在距离波浪产生较远区域所测的最大波晚于先导波出现,且这些由俘获波所叠加而成的最大波随着传播距离的增加而呈现出更加复杂的波面过程。     

一次北印度洋海啸的数值模拟研究

对2012年4月11日(世界时)发生在北印度洋的一次地震海啸进行了模拟研究,给出了海啸模拟所需地震参数的获取途径,以及海啸波初始场的建立方法,分析了该海啸过程最大波幅分布和海啸波传播波时分布,并与测站实测值进行了对比。结果表明,海啸波的能量传播方向存在不均匀性,能量传播集中方向的波幅较大,具有更强的危害性。