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.     

我国的海啸预警系统及改善建议

海啸作为一种海洋灾害是可以预警的,我国于1983年加入“太平洋海啸预警系统”,经过20多年的努力,我国的海啸预警系统框架已基本搭建成形,但仍有许多需要改进和完善的地方。本文主要介绍了我国海啸预警系统现状,并与国外海啸预警系统相比较,指出当前我国海啸预警系统存在的问题,并就问题的解决给出初浅建议。     

全球海啸预警系统发展及其对我国的启示

20世纪以来频发的海啸灾害引起了国际社会的广泛关注,各沿海国家不仅加大了海啸预警建设、海啸灾害危险性和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的交流与合作。我国于1983年加入"太平洋海啸预警系统",经过30多年的努力,我国的海啸预警系统框架已基本搭建成型,但仍有许多需要改进和完善的地方。本文主要介绍了国内外和国际海啸预警系统的建设现状,指出当前我国海啸预警系统存在的问题,并就未来完善和提高给出粗浅建议。     

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.     

南海定量海啸预警系统

我国面临着来自于马尼拉海沟、台湾岛以及琉球海沟等海域可能形成的局地和区域海啸风险,及时、准确地预警海啸是一个难题。2004年印度洋海啸之后,基于海量数据库和GIS技术,国家海洋环境预报中心开发了南海定量海啸预警系统,可以对潜在海啸进行快速定量化的预警,并利用GIS软件进行预警结果可视化。利用该系统对2006年台湾南部地震海啸进行模拟预报,预报结果与实测结果基本吻合。     

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。     

印度尼西亚启动海啸预警系统

在印度洋世纪大海啸发生4年后的今天,印度尼西亚开始运行一个旨在防止海啸造成伤亡的预警系统。根据印尼气象和地球物理局发布的消息,该系统主要是由德国政府资助建成的,它由80个潮位计和23个海上浮标组成。     

海上丝绸之路海啸灾害危险分析

海上丝绸之路不仅是商业和贸易的通道, 也是东西方文化友谊的道路。2004年印度洋海啸对丝路沿线的多个沿海国家造成了重大破坏。因此需要对海啸发生规律和危害进行分析, 以确保海上丝绸之路上经济和文化交流的安全。为探索和识别海上丝绸之路上的海啸灾害, 本文给出了历史海啸事件的特征和规律。从震源震级、震源深度和水深等震源参数中发现了一些历史海啸数据背后的有用信息。本文还探讨了不同震级引起海啸的概率问题。分析结果表明：海上丝绸之路上的海啸主要发生在8个主要构造断层, 每个断层都有不同的海啸发生规律。在统计分析的基础上, 本文采用数值模型模拟了海上丝绸之路沿岸的潜在海啸,计算结果展示了海上丝绸之路沿岸的潜在海啸灾害程度。本文的研究成果有助于海啸灾害预警, 能够为保证海上丝绸之路贸易交流的安全提供科学参考。     

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。     

海啸灾害数值预报技术研究现状

海啸数值预报技术在海啸预警、防灾减灾工作及海啸物理机制研究工作中都具有举足轻重的作用,特别是在海啸预警及海啸防灾减灾工作中扮演着重要的角色.根据海啸产生及海啸波传播的特征,分别总结了海啸源产生数值模型、海啸传播和淹没模型的研究现状,重点介绍了当前主流地震海啸数值预报模型数值预报技术的发展、预警系统建设及应用现状.旨在为...     

Positioning requirements for the tsunami warning system

Abstract

Canada has increased the number of tsunami warning stations on the Pacific Coast from two to three. The last gauge was installed at the north end of Vancouver Island, thereby filling a large gap previously existing and providing full coverage along the coast. The record of gauges at two of the three locations is accessible either by telephone or by means of meteor burst communication, alleviating the difficulties experienced during the tsunami threat of May 6, 1986, when telephone communications were disrupted by heavy use. The gauge at Langara Island will be relocated in a more accessible and also a more tsunami‐responsive location at Rennell Sound in the Queen Charlotte Islands. All tsunami gauges also serve as tide gauges, recording the water level every 15 min. In the event of a tsunami, the recording interval can be altered to every 60 s. Suggestions have been made that Canada attempt deep‐sea recording of tsunamis off its Pacific Coast. Although this would be of great scientific value, no such program is contemplated at this time.     

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。     

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。     

滑坡海啸的预测模型及其应用

对3个典型的滑坡海啸强度的预测模型进行了介绍,并将其与海底边坡稳定性分析相结合,提出了滑坡海啸的预测方法。采用滑坡海啸预测方法计算了岙山原油码头潜在滑坡区滑坡海啸的强度,结果表明,若该地区发生滑坡,局部海岸将会产生波高为2~3 m的海啸,与当时观测到结果相吻合,因而该预测方法是具有一定准确性的较好预测海啸强度的方法。     

一个覆盖太平洋区域的地震海啸波幅预报系统及检验

基于线性长波方程和缓变地形近岸波幅格林公式建立了覆盖整个太平洋区域的准实时地震海啸波幅预报系统。系统利用了GPU并行加速技术,可在90 s之内完成太平洋区域32 h的海啸传播计算和中国沿海城市岸段的波幅特征值预报。筛选了自2006年以来的9次发生在太平洋区域,矩震级（Mw）超过8.0且资料丰富的历史地震海啸事件,对预报系统进行了后报检验。结果表明,线性长波模型能够很好的模拟海啸在大洋中的传播过程;格林公式能够较为准确的估算缓变水深和开阔地形条件下的近岸海啸最大波幅,波幅预警准确率可达80%,基本满足海啸预警需求。以2011年日本Mw9.0地震海啸为例,评估了该系统对中国城市岸段的波幅预警能力,结论基本合理。需要注意的是,利用该系统计算对海啸源特别敏感的近场海啸波幅可能产生较大偏差。提出了若要进一步提高定量海啸波幅预警的准确率,可从以下两个方面加强研究和业务实践:一是采用多数据联合反演方法提升海啸源的精度;二是提高格林公式的适用性,或者构建高效的近岸精细化海啸数值预报系统。     

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.