沿海GPS业务观测在海底地震监测中的应用

以2011年日本Mw9.0级特大地震为例,对国家海洋局沿海GPS业务观测系统在海底地震监测中的应用进行了研究。采用自行研制的精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)软件,基于静态和动态模式,先提取GPS站点的瞬时地表同震位移和震后形变,再反演得到了震源方位、站点上空大气水汽的动态变化等信息。研究分析日本强震对沿海GPS站址的影响以及该系统对日本强震响应的灵敏性,揭示沿海GPS观测系统在海底地震监测及海啸预警中的作用,据此拓展了该系统的应用,为沿海GPS业务观测系统的运行、维护和业务拓展提供了科学依据。     

基于Track分析日本3·11地震对周围IGS站的影响

2011年3月11日日本宫城县(38.322°N,142.369°E)发生Ms9.0级地震,利用日本本岛及周围IGS站的观测数据,采用GPS静态定位、动态差分定位两种方法进行数据处理,计算出了若干站点地震前后的位移量。地壳变形分析结果表明:地震对周围IGS站的位移有不同程度的影响,最大可达到2.46m,所有观测站都向东方向运动,并且计算得出GPS速度场;通过选择较稳定的IGS站作为参考站,计算了2个观测站的动态变形,同时得到了地震波的传播速度。     

基于Track分析日本3·11地震对周围IGS站的影响

2011年3月11日日本宫城县(38.322°N,142.369°E)发生Ms9.0级地震,利用日本本岛及周围IGS站的观测数据,采用GPS静态定位、动态差分定位两种方法进行数据处理,计算出了若干站点地震前后的位移量。地壳变形分析结果表明:地震对周围IGS站的位移有不同程度的影响,最大可达到2.46m,所有观测站都向东方向运动,并且计算得出GPS速度场;通过选择较稳定的IGS站作为参考站,计算了2个观测站的动态变形,同时得到了地震波的传播速度。     

地震监测系统在我国海啸预警业务中的应用

主要介绍了国家海洋局海啸预警中心目前业务化运行的地震监测系统,说明了系统结构及各模块的主要功能,计算了该系统在南中国海地区的理论监测能力并对业务化运行以来的情况进行了统计。     

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。     

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。     

日本南海海槽地震海啸对我国东海沿岸影响

本文利用数值模拟技术重现了1707年宝永地震海啸的传播过程,定量分析了我国东海沿岸海啸时空分布特征。计算结果表明,地震发生2.5小时后海啸波传至东海陆架,震后6小时浙江沿海地区遭到海啸的袭击,沿岸最大海啸波高为0.8米。通过海啸波在东海大陆架传播时海底地形与波幅的关系,研究分析了东海陆架缓变地形下海啸放大效应,为及时判断沿海可能的海啸强度和受灾程度提供了便捷的估算方法。此外,本文还评估了南海海槽发生极端地震时,中国东海沿岸的海啸危险性,为东海区域针对日本南海海槽进行海啸预警和减灾评估提供定量科学的参考。     

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。     

基于实测速度的中国大陆地壳运动速度场的应用

采用十几年全国范围的中国大陆构造环境监测网络基准站、区域站等高精度GPS实测数据,获得点位实测速度,运用克里金插值法等技术手段,建立了全国1°×1°高精度速度场模型,精度达到东向±1.12mm/a,北向±1.10mm/a,高程方向±0.05mm/a。     

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...     

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。     

The Komandor seismic gap: Earthquake prediction and tsunami computation

The “seismic silence” period in the seismic gap in the region of the Komandor Islands (hereinafter, the Komandor seismic gap) is close to the duration of the maximal recurrence interval for the strongest earthquakes of the Aleutian Islands. This indicates the possibility of a strong earthquake occurring here in the nearest time. In the present work, the results of simulation for a tsunami from such an earthquake are presented. The scheme successfully used by the authors for the nearest analog—the 2004 Sumatra-Andaman earthquake—is applied. The magnitude of the supposed earthquake is assumed to be 9.0; the tsunamigenic source is about 650 km long and consists of 9 blocks. The parameters of the tsunami propagation in the Pacific Ocean and the characteristics of the waves on the coasts are computed for several possible scenarios of blocks’ motion. The spectral analysis of the obtained wave characteristics is made and the effects of the wave front interference are found. Simulation has shown that the wave heights at some coastal sites can reach 9 m and, thus, may cause considerable destruction and deaths.     

On the near-bottom pressure variations in the region of the 2003 Tokachi-Oki tsunami source

The Tokachi-Oki earthquake was the strongest seismic event in 2003. The tsunami caused by the earthquake reached a height of four meters at the northeastern coast of Hokkaido. The JAMSTEC successfully recorded the variations of the near-bottom pressure in the region of the tsunami source. An analysis of the data reveals low-frequency (～ 0.15 Hz) elastic vibrations of the water layer. Estimates of the amplitude, velocity, and duration of the bottom deformation at the tsunami source were obtained.     

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.     

The 26 December 2004 Sumatra tsunami recorded on the coast of West Africa

Analysis of sea-level data obtained from the Atlantic Global Sea Level Observing System (GLOSS) sea-level station at Takoradi, Ghana, West Africa, clearly reveals a tsunami signal associated with the M_w = 9.3 Sumatra earthquake of 26 December 2004 in the Indian Ocean. The tsunami arrived at this location on 27 December 2004 at approximately 01:38 UTC (which is close to the expected tsunami arrival time at that site), after travelling for more than 24 hours. The first wave was negative (trough), in contrast with the South African stations where the first wave was mainly positive (crest). The dominant observed period at Takoradi was about 42 minutes. The maximum trough-to-crest wave height (41cm) was observed on 28 December at 00:15 UTC. There were two distinct tsunami 'bursts', separated in time by about 14 hours, the larger being the second burst. A small residual lowering of the sea level (～15cm) during the tsunami and for several days afterwards, and a delayed (～4.5 days) lowering of seawater temperature (up to ～4.5°C), was observed, possibly indicating the presence of internal waves through the Gulf of Guinea associated with propagating tsunami waves. The prominent tsunami signal found in the Takoradi record suggests that tsunami waves could also be found at other sites off the West African coast.     

局地海啸波传播数学模型的研究

推导了地震海啸波传播的理论方程,并时局地地震海啸情况下的理论方程进行了求解.基于Boussinesq方程出发,建立了二维局地海啸渡传播数学模型;对局地海啸进行了数值计算,计算方法采用有限差分方法.差分格式采用交替方向隐格式,即ADI方法.利用该模型对发生在台湾海峡的一次地震海啸进行了模拟计算.将计算结果与理论方程的计算结果以及实际情况进行了对比.计算结果较好.为局地海啸波传播提供了一种模拟方法.     

南海主要岛礁概率海啸风险评估

影响地震海啸的震源参数众多且具有很强的不确定性,充分评估海啸风险需要大量的情景模拟。本文基于建立的概率海啸风险模型,采用一种高效的海啸模拟方法,评估了南海主要岛礁的概率海啸风险。通过对历史地震数据的分析,综合考虑震级、震中位置、震源深度的随机性,形成了百万数量级的潜在地震情景集,并通过叠加近似方法实现了大量地震情景引发海啸过程的模拟。该方法将数量庞大的地震海啸情景转化为有限的单位源水位扰动的传播计算,利用单位扰动源的传播演进数据库,计算目标位置的水位波动过程,可以很大程度上降低大规模情景模拟的计算负担。基于大规模情景模拟,结合各情景出现的概率,客观地给出了南海主要岛礁的海啸波高重现期,为海岛防灾减灾提供参考。研究结果表明,大多数目标岛礁处百年一遇的海啸波高不超过0.4 m。南海内不同位置处的海啸风险有较大差异,东沙群岛附近百年一遇的海啸波高超过0.6 m,而西沙的永乐群岛和南沙群岛的海啸波高显著低于其他区域。     

“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.     

越洋海啸波传播数学模型的研究

应用内外解匹配的方法和驻相法推导了柱坐标系下地震引起的水面波动方程的解,即推导了地震海啸波生成与传播的理论方程,并对越洋地震海啸理论方程进行了求解。基于Boussinesq方程出发,建立了二维越洋海啸波传播数学模型,并对越洋海啸进行了数值计算,计算方法采用有限差分方法,差分格式采用交替方向隐格式(Alternating Direction Implicit即ADI方法)。利用越洋海啸计算模式对发生在大洋中的地震海啸进行了模拟,将数值模拟结果与地震海啸波理论方程的计算结果进行了比较,两种计算结果吻合较好。