基于海啸浮标数据反演的海啸数值预报方法的初步研究

介绍了应用于我国第二代海啸预警系统的基于海啸浮标数据反演的准实时海啸预警方法,并对其做了一些初步的实验和讨论。结果显示对反演结果有较大影响的因素是所选浮标的位置,当浮标与地震源之间的海底地形较平坦时有利于反演,因为平坦的地形可以最大限度的减小非线性作用和底摩擦作用。浮标数据长度及单位源范围的选择对反演结果不会产生很明显的影响,在海啸预警过程中,浮标数据包含海啸波第一波的信息即可,单位源范围尽可能包括所有震源区域即可。     

印度洋区域地震海啸数值预报系统的建立

建立了印度洋区域地震海啸数值预报系统,主要包括海啸源计算模块、海啸传播计算模块和预警分析模块。借助GPU并行加速技术和GMT绘图软件,系统能够在1 min内产出海啸传播时间和最大波幅图以及印度洋岸段危险警示图,还可以针对重点城市和港口做定点预报。筛选了2004年以来发生在印度洋区域的4次震级Mw8.0以上地震海啸事件对预报系统的性能进行测试。结果显示:32个验潮站的海啸传播时间计算误差约为15 min,44个站点波幅计算误差不超过30%,危险性分析准确率可达86%。     

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.     

美国夏威夷州海啸灾害研究概述

夏威夷是世界上最易遭受海啸洪水灾害的地区之一。本文介绍了美国夏威夷群岛在海啸实时监测和数值模拟方面的研究进展,并重点介绍了夏威夷海啸预警系统的组成与作用。     

海啸数值预报模型研究进展

总结海啸预报模型的研究进展,重点分析了当今主要海啸数值预报模型的不同特点,如美国NOAA海啸研究中心应用的MOST模型、美国康奈尔大学的COMCOT模型、特拉华大学的FUNWAVE/GEOWAVE、日本的TUNAMI系列预报模型以及中国的CTSU海啸数值模型等系统,最后总结指出了海啸数值模型的发展方向和目前亟待解决的关键技术问题。     

海啸波数值模拟的研究现状

介绍海啸特点及主要分布状况,对比现在常用的海啸模拟数学模型,并分析数值模拟海啸的研究中存在的问题及研究进展,最后提出对未来进行精确的海啸数值模拟研究的一些展望。     

海啸的早期预报

2004年12月26日南亚的灾难性地震和海啸之后给我们提出了一个问题:如何找到在海底展开早期海啸预报系统的位置。要解决这个问题,需要在海底安装海底构造运动的网络监控系统,首先必须开展水文和地球物理研究工作。2005年2月初,英国皇家海军“斯科特”船队的水文调查船完成了这些     

河北省海啸灾害风险评估和区划研究

基于康奈尔多电网耦合海啸模型（COMCOT）数值模式建立研究区海啸数值模型,利用模型对6个地震海啸源情景场进行模拟计算,通过对各海啸源下数值模拟结果的综合分析,确定研究区海啸灾害危险性分布;根据土地利用类型数据资料确定研究区承灾体脆弱性分布;通过危险性、脆弱性评估成果,综合确定研究区海啸灾害风险性评估和区划成果。结果表明：河北省遭受海啸灾害风险最高等级为Ⅱ级,主要分布在唐山市和秦皇岛市沿海区域;沧州市沿海区域海啸灾害风险等级较小,为Ⅲ级和Ⅳ级。     

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.     

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。     

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。     

南海潜在海啸灾害的模拟

结合南海海域的地形条件、地质构造、地震学特征以及历史地震记录,在回顾总结国内外学者研究的基础上,分析了南海可能引发地震海啸的震源区域,并讨论了在我国南海沿岸发生海啸灾害的潜在可能性。采用目前在国际上广泛使用的COMCOT海啸模式,对马尼拉海沟的潜在地震引发的海啸进行了数值模拟计算,计算中包含了由地震参数到海面初始变形的转换、海啸的深水传播过程以及海啸的浅水传播过程。采用三重嵌套网格,外层网格对应于大范围的深水区域,使用球坐标系下的线性控制方程;第二层网格对应中等范围的较浅水区域,使用球坐标系下的非线性控制方程;第三层网格对应小范围的浅水区域,使用直角坐标系下的非线性控制方程。由模拟计算得到的海啸传时分布、近岸海面升降强度、四个特定点上海面高度随时间变化等的结果表明,我国南海沿岸遭受海啸袭击的可能性是存在的,应进一步对南海海啸进行监测、预警和研究。COMCOT模式性能良好,可用于对南海潜在地震海啸的进一步模拟研究。     

全球海啸灾害事件统计及预警系统简述

统计分析了全球历史海啸灾害数据,结合相关海啸研究成果,给出了全球海啸的分布特点及历史重大事件,并介绍了全球海啸预警系统、数值技术以及海啸监测等防灾情况。     

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.     

一个基于GPU并行加速的海啸数值模型

地震海啸通常发生在大洋板块向陆地板块俯冲的区域,距离震源最近的国家和地区往往在震后5～20 min之内就会遭受到海啸袭击。因此,及时的海啸预警和准确的海啸预报结果对于民众和决策者都至关重要。为了提升海啸预警效率,缩短海啸预报时间,本研究对COMCOT海啸数值模型进行了基于图形计算单元GPU的二次并行开发。将原模型中海啸传播计算模块通过CUDA＿C语言编写内核函数整体移植到GPU上并行加速,CPU负责模型其他代码的执行。为了减少CPU和GPU之间的数据通信,将吸收边界和变量更新函数一并改写。仅在需要输出的时间节点,GPU向CPU传递结果,其他时间步长,CPU和GPU之间只有指令和少量参数传输,基本可视为零耗时。基于GPU并行加速的COMCOT较串行版本效率提升超过67倍,加速性能显著优于基于CPU共享内存的OpenMP并行版本。交叉使用常水深和真实地形,采用均匀滑移海啸源和有限元海啸源对模型的计算结果进行了较为全面的分析检验,相对误差最大不超过1%,为大范围的越洋海啸实时计算提供了有力工具。     

On the numerical modeling of tsunami wave generation and propagation

Abstract

In this article three main stages of tsunami wave evolution are investigated. At first, the development of disturbances from a given patched elevation of the bottom surface in an incompressible nonviscous fluid of the uniform depth is considered. Then, a tsunami wave diffraction by underwater bottom elevation or cavity is investigated. In this case the shallow water equations are already used, and it is supposed that a cylindrical wave is spread from patched water elevation over the epicentrum. Last, the tsunami propagation and transformation in a shallow water region and its run‐up on a beach are investigated on the basis of the improved shallow water theory, taking into consideration the nonlinear and dispersive terms of higher order. The proposed theory is tested in a problem of collisions of two solutions. Solutions of the first and the second problems are obtained by the method of integral Laplace's transformation with following numerical inversion of transformations. A finite difference method for a solution of the last problem is used.     

台湾海峡一次海啸的初步数值模拟

应用一个三维斜压陆架海模式--HAMSOM模式,首先对台湾海峡内的背景潮汐场进行了数值模拟,随后将一个参数化公式作为强迫条件,对1994年发生在海峡内的一次海啸进行模拟,结果与实测数据比较吻合.还分析了海啸波在海峡沿岸的分布情况及其对沿岸区域的影响状况,结果表明该次海啸波动对海峡沿岸区域的影响不大.     

A numerical forecasting model of offshore-SST anomaly

INTRODUCTIONTheO-SSTAisdefinedas:theSSTanomalyinoffshoreisover2twiththehorizontalscopeofover1"longitudemultipliedbyl'latitudeandthetime-scalesofover10d.ItisanoutstandingoceanographicphenomenonoccurringagainandagainintheChinaseasinallseasons.TheaffectingfactorsoftheO-SSTAhavebeendiscussedindetail,whichincludebothoftheresponseofupperoceantothestrongatmosphericsystemsandtheshallow-watereffects(Wangetal.,1998).HoweverthereisnoexplorationhowadynamicpredictingmodelofO-SSTAisdeveloped.Th…     

Field measurements and numerical simulations of the 2004 tsunami impact on the south coast of Sri Lanka

This paper examines the factors that have contributed to the significant spatial variability of the impact of the December 2004 tsunami in the southern province of Sri Lanka. Documented observations of the evidence left behind by the 2004 tsunami together with numerical simulation of tsunami propagation have been utilized for this purpose. The field data examined in the present analysis comprise the maximum water levels, the horizontal inundation distances and the number of housing and other buildings damaged as a result of the 2004 tsunami whilst the numerical results considered include the distribution of the amplitude of the tsunami. The present model results confirm that source directivity controls the distribution of tsunami amplitudes farther offshore whilst large-scale bathymetric features significantly influence the tsunami propagating over the shelf. Our analyses of field data also show the dominant influence of coastal geomorphology and topography on the extent of tsunami inundation.