实时海啸监测和预报技术

介绍了日本和美国的海啸预警系统,特别介绍了NOAA的深海海啸评估及预警系统(DART)的系统组成以及工作原理,并针对用于海啸预报方法的模型(MOST)进行了阐述。     

中国的海啸灾害危险性及海啸预警系统——解读2011年太平洋海啸演习

新世纪以来频发的海啸灾害引起了国际社会的广泛关注,各滨海国家不仅加大了在海啸预警建设和海啸灾害危险性、海啸基础理论研究方面的投入,更进一步加强了国际社会在应对海啸灾害方面交流与合作.为测试太平洋各国海啸预警系统的有效性以及政府职能部门的应急管理能力,切实提高各国区域和局地海啸的应对水平,促进国家和地区间海啸预警的交流与合作,联合国教科文组织政府间海洋学委员会(IOC/UNESCO)决定2011年11月9-10日,在整个太平洋地区举行一次代号为“Exercise Pacific Wave 11”的海啸演习.此次演习恰逢日本“3.11”大地震海啸发生后的8个月,通过本次演习对督促太平洋各国进一步检验本国的海啸预警系统、评估本国的海啸危险性均有着重要的意义.中国作为IOC和太平洋海啸预警系统的成员国,积极组织实施了我国历史上第一次涉及当地人员疏散的海啸演习.本文将在本次演习所涉及的海啸源评估、海啸数值计算的基础上,应用新的海啸灾害分级标准对我国沿海的海啸危险性和海啸预警系统进行重新评估分析,期望本文的研究将为今后的海啸预警及海啸灾害评估工作提供科学的决策依据标准.     

国产水下滑翔机2014年南海海试实验数据分析

水下滑翔机(Underwater Glider)是将浮标、潜标技术以及水下机器人技术相结合并依靠自身浮力和重力作为推进方式的一种新型海洋调查系统.文中详细介绍了中国科学院自动化研究所研制的水下滑翔机的组成部分及其工作方式和原理,并对2014年6月南海海试的数据进行了分析.结果表明,Glider的下降和上升速度主要分布在0.1～0.2 m/s之间,占整体分布的85％以上;该速度分布对获取高质量的数据提供了极大保障.单剖面完成时间以及出入水的水平距离主要受滑翔机的预设浮力以及俯仰角的变化以及洋流的影响.获取的高分辨率温盐数据结果表明,Glider发现了南海表层存在的一个中尺度暖涡过程,并就该暖涡分析了其锋面结构.海试总体结果表明,国产Glider的各项性能指标已经能够满足在深海海域实现无人值守的长时间自主海洋调查.     

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。     

利用测高卫星评估深海压力仪测深精度的方法

针对深海压力仪高质量精度评定的需求,研究了利用海洋测高卫星数据对此进行评估的方法.利用测高卫星对海面高高精度测量的特性,以测高卫星过顶深海压力仪所在海域为前提,给出了通过测高卫星数据评估深海压力仪相对测深精度的原理.使用Jason-3卫星151弧段前51周期的测量数据,对21419号DART测站所使用深海压力仪的测量精...     

深海探测技术研发和展望

深海探测是人类实现可持续发展的战略途径和重要手段。为加快我国开发利用深海资源的进程,文章系统梳理深海探测技术及其研发,分析关键性深海探测技术,并提出深海探测技术的发展趋势。研究结果表明:全球积极研发深海探测技术,主要包括载人潜水器等深海运载器探测技术,声学、光学、电磁学和热学等深海传感探测技术以及生物、海水和岩芯等深海取样探测技术;我国也取得一系列研究成果,但技术水平和产业化水平总体较落后;精确、可靠和高效深海探测的关键性技术主要包括深海光学通信技术、深海导航定位技术、深海动力能源技术和深海装备材料技术,亟须技术攻关;未来深海探测技术将向体系化、协同化和智能化方向发展。     

基于GIS的海啸预警信息系统集成框架

预先利用CTSU海啸数值模型模拟出可能存在的各种假想海啸源.运用海啸数值计算模型,分别就5个不同震级(6.5、7.0、7.5、8.0、8.5)、6个不同震源深度(0、20、40、60、80、100 km)的1 400多个假想海啸源进行海啸数值模拟,模拟的时间步长为1 min,空间网格以2′为间隔,模拟区域为104°～132°N、0°～32°E.按照引发海啸的级别不同,将数模计算结果存贮于数据库之中,并在应用时基于GIS网格建立快速内插索引,自动输出预警信息,并在GIS界面中提供可视化表达.系统采用模板文件来定义预警分析的范围和内容.在海啸预警分析时,系统主要使用以下4个模板:(1) 海啸源网格模板,该模板定义了整个预警场中可能存在的海啸源地理位置和相关属性;(2) 海啸预警网格框架模板,此模板定义了整个海啸预警分析场中最后需要汇总的岸线网格位置;(3) 海啸预警岸段网格模板,该模板用来定义预警网格归于哪一个岸段;(4) 海啸预警城市网格模板,这个模板可以定义用户最为关心的重点城市的海啸预警信息.系统采用GIS界面,预警分析操作十分简单,系统运算也非常快,输入地震的精确位置、地震强度以及震源深度3个参数后,系统将自动执行一系列运算,在1～2 min内便可计算出所有海啸预警信息,并自动将预警信息在GIS界面中显示出来.最终以web网页的形式向公众发布海啸预警信息,达到了快速海啸预警分析的目的.网页开发采用Ajax技术,同时借助Google Maps API函数实现了预警信息的显示与维护.网络客户端仅需要1个浏览器,就可以实现有关信息的查询.系统在海量数据存贮、快速查询和分析等方面较好地解决了相关的技术难点,它对提高海啸防灾减灾科学决策能力具有重要意义.     

国外海洋预报动态

<正>1 NOAA为海员提供观测海表面和潮流的新方法——利用海岸高频雷达实现安全导航NOAA的国家海洋服务网站将利用高频(HF)雷达,为海员提供近实时沿海表层流观测和潮流预测的服务,这能够提高海员和商业船队的航行安全。这项网络观测目前可以在切萨皮克和旧金山重要的海湾地区开展导航,其余地区的应用将跟进。这个     

从2011 海啸演习看中国海啸危害

2011 年11 月, 联合国教科文组织政府间海洋学委员会(IOC/UNESCO)发起了代号为“Exercise Pacific Wave 11”的跨国海啸演习, 演习区域为整个太平洋海区。中国应邀参加了本次演习, 演习在我国海域地震带上假设了两个震源, 分别位于琉球海沟和马尼拉海沟。为了评估这两个潜在海啸对我国的影响, 本文采用数值模拟的方式, 对其进行了计算。计算结果表明: 这两处震源所引发的海啸均能对我国造成灾害性影响, 受影响严重的省市有江苏、上海、浙江、福建、广东和海南等; 从传播时间图上看, 若发生大海啸, 海啸波将在5 h 内, 陆续影响沿海各省市; 相比琉球海沟, 马尼拉海沟震源产生的海啸会更快到达我国沿岸。     

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。     

美国国家海洋资料中心沿岸海洋资料工作重点

过去两年来,美国国家海洋资料中心(NODC)进行了一系列重大改革,对沿岸和深海海洋资料的管理进行了平衡。1996年7月,物理海洋学家亨利·弗雷博士被任命为NODC主任,受命为NODC的沿岸与深海海洋资料管理进行更好的平衡,使资料保管人员更易于存取重要的沿岸资料。 为了达到这一目标,1997年3月由NODC和NOAA沿岸服务中心、NOAA沿岸海洋规     

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。     

“大洋一号”勘查技术体系的设计与建设

介绍了"大洋一号"远洋科学考察船在近1年的改装施工后所建立的现代化船舶勘查技术体系.由于引进了世界先进的调查设备,自主研发和改造了深海浅地层岩芯钻等大型调查设备,自主设计并完成了网络信息集成系统,同时对实验室、住舱等工作、生活环境进行了改造,"大洋一号"远洋科学考察船已集成了具有高精度水下定位、全覆盖地形地貌、可视化海底取样、地球物理(重、磁、震、浅地层)、深拖(声学、光学)、成矿环境(水文、化学)和生物等专业设备的联合探测分析系统,实现了各系统的科学同步作业和信息融合,大大提高了我国海洋科学考察工作的效率和管理水平,使我国的深海探测技术和方法基本实现了与国际接轨.     

深海AUV发展趋势研究

介绍了国内外各型深海AUV产品的基本参数、配置、功能和使用方式,论述了深海AUV发展现状及发展趋势,并着重阐述了深海 AUV 在深海探测、目标识别、深海反制等领域的应用,在此基础上深入分析了深海 AUV 在能源、控制、导航、通行等方面的关键技术,并阐明当前关键技术的现状以及未来的发展方向,同时根据国内外发展趋势提出了深海 AUV 经过 3 个阶段的发展,最终向着使用便捷化、重量轻量化、 外形小型化、智能化、网络信息化的方向发展。     

基于全和谐型浅水方程的有限体积海啸数值模型开发与应用

数值模拟作为海啸预报的主要研究方法在海啸预警中起着关键作用。本文采用Godunov格式的有限体积方法,使用MUSCL-Hancock格式,并利用HLLC Riemann近似求解器计算单元界面上的流体通量,建立了球坐标系下二阶精度的海啸数值模型。模型所基于的全和谐型浅水方程保证了数值的稳定性,而地形重构方法实现了干湿边界的精准模拟。本文模拟了2015年9月16日智利M_w8.3级地震海啸,通过与智利近岸14个测站和环太平洋20个DART浮标实测数据比较,验证了模型对实际越洋海啸模拟预报的能力。     

温州瓯江口浅滩地区越洋海啸影响评估计算

日本“3·11”地震海啸事件发生后,为了避免灾难重演,各滨海国家在加强海啸基础理论研究、改进海啸预警系统的同时,还应对沿海重大工程及重点保障目标进行地震海啸灾害风险排查及再评估工作;对在建的重大基础设施和社会经济功能区划应进行全面的地震海啸安全论证.在此背景下,该文首先概括总结了我国东南沿海的地震海啸风险及历史海啸事件时空分布,简要介绍了越洋海啸传播特征.海啸源选取基于潜在可能最大海啸,选取环太平洋地震带上的潜在地震海啸源,进行温州瓯江口地区越洋海啸影响评估计算.海啸数值计算模型采用美国康奈尔大学的COMCOT模型,利用该模型对2010年智利海啸、2011年日本海啸进行了近场、远场模拟验证,计算结果与观测数据吻合良好,模型可信.应用联合国教科文组织政府间海洋学委员会(UNESCO/IOC)太平洋海啸预警系统的海啸危险性等级标准,结合评估计算结果,对瓯江口浅滩地区海啸危险性进行等级划分,获得了该地区的海啸危险性初步评估结果.结果表明:在所选的10个潜在或历史海啸源产生的越洋海啸对研究区域的影响均小于100 cm,此规模的海啸不易对该地区造成灾害性影响.研究结果对于指导该地区的海啸灾害风险评估及风险排查具有一定的参考价值.     

国外海洋预报动态

1 NOAA的天气和气候预测中心NCWCP在马里兰大学帕克分校成立 美国联邦政府于2012年10月15日官方宣布新的国家天气和气候预测中心NCWCP (NOAA Center of Weather and Climate Prediction)成立.这个未来国家天气和气候预测的重要机构位于马里兰大学校园内部.代理商务部长Rebecca Blank、美国参议员Barbara Mikulski、NOAA行政官员Jane Lubchenco以及其他联邦和州政府官员将出席在马里兰大学举行的剪彩仪式,并宣布该中心未来将支持的项目和开展的合作.     

NOAA资料的检索策略和用户工作

近年来,美国国家海洋与大气局(NOAA)所属国家资料中心做了许多开拓性的工作,创立了许多新方法来加快网上资料和信息的传递。目前,NOAA正使用新的空间搜索技术,通过通用信息系统(GIS)强化网络服务器功能,提高用户读取资料和准资料的能力,开发资料采集新工具,以深化对用户需求的了解。     

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...     

大深度近海底精细地形地貌探测技术

船载低频多波束测深声纳、侧扫声纳可以对深海海底地形地貌进行快速、高效、大面积探测,但其测量精度有限,难以满足深海科学考察、资源勘探开发对高精度海底地形地貌的需求。随着各类大深度水下移动载体(如深海拖体、水下机器人、遥控潜器和载人潜水器)的涌现,特别是各类耐高压测绘声纳的商业化,使大深度近海底精细地形地貌探测成为可能。首先分析了多波束测深声纳、侧扫声纳和测深侧扫声纳等3种测绘声纳的基本原理,然后分别介绍了各类测绘声纳的国内外典型商业化产品,并通过典型实例分析了其在大深度近海底精细测绘中的应用情况。