我国海啸灾害及预警现状与建议

本文给出了海啸定义及其它有关概念与术语,简要给出了我国及全球的海啸灾害.全面介绍了我国海啸监测能力、预警现状、研究成果以及有关国际合作的情况,重点介绍了我国自主研制的海啸数值模式,利用该模式我们模拟了2004年12月26日发生在印度洋大海啸以及假想的发生在我国南海的海啸对周边国家的影响.对海啸预警中存在的问题及未来急需开展的工作,作者也将一一给予阐述.     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.     

新西兰海啸沉积研究进展

新西兰长期受到海啸影响,历史和地质学记录都表明新西兰受到多次海啸洪水的影响,新西兰对海啸沉积的研究历史只有十多年,但发展很快,成为国际海啸沉积研究的热点区域。我们简要地小结了新西兰海啸沉积的分布、诊断特征以及海啸沉积研究方法的新进展,并对海啸沉积与风暴沉积的区别进行了总结。     

1994年发生在台湾海峡的一次地震海啸的数值模拟

建立了一个地震海啸数值模式,模式包含越洋海啸传播部分和近岸海啸变形部分,在越洋海啸传播部分中采用线性浅水方程,使用蛙跃格式求解,并且选择合适的空间步长与时间步长,使差分格式中产生的数值频散与包辛尼斯克方程中的物理频散一致,这样在不影响海啸数值计算精度的前提下,节省了计算机的机时与内存.在近岸海啸变形部分的计算中,考虑了非线性对流项与海底摩擦项.同时该模式采用了多重网格嵌套技术,提高了所关心地区的计算精度.利用这个地震海啸模式模拟了1994年发生在台湾海峡的一次地震海啸,结果与观测记录较吻合.这个模型已用于我国沿海核电站可能最大地震海啸的数值计算.     

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。     

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。     

渤海海域地震海啸灾害概率性风险评估

渤海作为我国地震活动性最为活跃的近海,其地震海啸风险不可忽视。本文应用概率性海啸风险评估方法对渤海周边区域的海啸风险进行评估。根据历史地震目录建立了渤海区域的震级-频率关系,基于蒙特卡洛算法随机生成了一套10万年的地震目录,最终通过对地震事件的海啸数值模拟及最大波幅的统计分析给出了环渤海区域典型重现期的最大波幅分布以及重点城市的海啸波幅曲线。评估结果表明,渤海地区海啸风险主要集中在渤海湾和莱州湾周边,波幅可达到1~3 m,辽东湾地区海啸风险较低。     

浅谈海啸

本文收集有关资料,对海啸的成因、特点、危害和地理分布进行了概述,并结合历史上和当今的海啸实例,让读者对海啸这一海洋灾害有个基本的了解和认识。     

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。     

海啸预警与第四纪古海啸沉积记录研究进展

海啸对人类的生命和财产安全构成巨大的威胁,2004年12月26日苏门答腊特大海啸的发生,引起了国际社会对海啸预警问题的重视,并进一步认识到古海啸沉积研究的重要性.介绍了国际上对海啸预警和古海啸沉积研究的进展,重点综述古海啸沉积的研究现状、研究方法与识别标志.最近20年来,研究者们着重对滨岸、浅海或陆地上的现代海啸沉积和古海啸堆积物进行研究,而对深水区域的古海啸记录研究很少.笔者认为在海啸多发海域的深水区进行长柱状沉积物取样,通过沉积学和地球化学分析研究,把古海啸沉积从海底正常沉积中识别出来,再结合定年,有助于恢复古海啸史,明确长期的灾害风险.     

日本“311”海啸对江苏北部沿海影响分析

北京时间2011年3月11日13时46分日本东北部发生里氏9.0级强烈地震,江苏北部的灌河口潮位站正好记录下海啸期间的潮位资料。由于以往对海啸波动的过滤提取方法不统一,而且人为因素影响较大,误差积累影响了后续科研工作的进行。提出综合利用小波能谱、功率谱和滤波分析等方法结合海啸识别结果来提取海啸波的方法,并且成功提取出灌河口站海啸波的周期范围、影响时间和最大波峰。同时采用COMCOT海啸数学模型,讨论了江苏沿海海啸波传播方式,解释了灌河口潮位站海啸波最大波峰未出现在第一波的原因,是因为江苏北部山东半岛特殊的地形使得在黄海传播的海啸波发生反射,与之前的波动产生叠加效果导致的。分析结果表明:江苏沿海由于海啸直接引起的海啸波不高,但是海啸波叠加之后,最大波高却是之前的2倍,因此在海啸预报中应该全面考虑地理位置特点,分析海啸波运动的反射叠加等特征,从而提高预报质量。     

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。