设定琉球海沟发生罕遇地震评估我国东南沿海地区的海啸风险

根据构造相似条件分析,琉球海沟与日本海沟、智利海沟、印尼巽他海沟一样具备发生9级罕遇超巨大地震的可能。在对近几年来全球发生的超巨大地震参数及构造对比分析的基础上,设定琉球海沟9.0级地震参数,并将其引发的海啸进行数值模拟研究。结果表明,该地震可引发初始波高为8m的海啸,台湾东北部半小时后遭受10m以上海啸,3~4小时左右传至浙南、闽北沿岸,近岸各处波高在1~2m;5小时左右传至浙北、粤北沿岸,浙江近岸各处波高在2m左右,广东沿海、台湾海峡由于台湾岛的正面阻挡,海啸波高低于50cm;8小时后靠近上海海岸线,最大波高约1m。海啸的上岸高度与海岸附近的海深和海岸线的形态密切相关,我国东南海域地形变化复杂、海湾众多,对海啸波有放大作用,模拟结果可能比实际海啸偏小。我国沿海地区分布着不少已建和在建的核电厂,在核电设计时未考虑海啸,一旦发生这种罕遇地震海啸则影响不可忽视,尤其是若与风暴潮、天文大潮叠加则可能出现严重后果。由于核电安全要求万无一失,故须制订有效预警和应对措施。     

南海潜在海啸传播过程的数值模拟：初始海啸衰减的影响

准确预估南海海啸风险是有效防灾减灾的前提.前人一般把弹性半无限空间背景下解算出来的海底位错直接等同于初始海啸分布,继而开展海啸传播过程研究.由于断层破裂并非瞬时完成,破裂过程会导致初始海啸波高小于海底位错量,即初始海啸衰减.本文基于高精度地形和高密度网格,求解非线性浅水方程,分别针对马尼拉断裂带的南段、中段和北段,构建南海海啸传播数值模型,试图定量考察初始海啸衰减作用对南海海啸的影响.模拟结果表明一定幅度的初始波高衰减将导致几乎相同幅度的海啸波高衰减,相应的偏差可以忽略.在保守的初始海啸衰减幅度(10%)下,模拟结果显示我国东南沿海、越南东部沿海和巴拉望岛为海啸危险区.另外,模型显示科里奥利力导致的波高变化幅度小于5 cm且其分布样式符合预期,这进一步佐证了数值模型的可靠性,也表明在实际南海海啸模拟中可以忽略科里奥利力进而提高计算效率.结合前人的沉积学认识和本文的数值模拟结果,本文认为南澳岛、西沙东岛和越南绥和周边曾同时遭受海啸侵袭,产生海啸的断裂带最有可能是马尼拉断裂带南段.后续有必要加强南澳岛、西沙东岛和越南东部的沉积学研究,识别更早的海啸事件,以期有力约束南海下次海啸事件的发生年...     

苏门答腊地震的速度和大小：现在我们对去年巨大地震的特征有了更清晰的认识

我们的地震学分析结果表明，2004年12月26日的苏门答腊一安达曼毁灭性地震比最初报告结果大2．5倍，其震级仅次于1960年智利地震。该地震沿1200km长的断层滑动缓慢释放其能量，产生的长破裂引发了随后的海啸。既然整个破裂区已经滑动，由印度板块向缅甸小板块下俯冲所积累的应变也被释放，因此在该部分板块边界上暂时没有产生类似海啸的危险，虽然南段大地震的威胁依然存在。     

2018年巢湖风浪特征分析

基于实测数据,利用验证良好的SWAN风浪模型开展了2018年巢湖风浪变化及分布特征研究.巢湖2018年平均有效波高和波周期分别为0.16 m和1.22 s,整体春季风浪大,秋季风浪小.月均最大值出现在4月,分别为0.22 m和1.36 s,月均最小值出现在11月,分别为0.11 m和1.06 s,变化幅度分别为最大值的52%和22%.月均值整体中巢湖最大,东巢湖次之,西巢湖最小.巢湖月最大有效波高和波周期主要出现在东巢湖或中巢湖,各值月间差异显著,最大变化幅度分别为最大值的61%和27%.不同湖区计算的月均有效波高和波周期较大值分布范围所占湖区的比例不同,中巢湖与东巢湖较大,西巢湖最小.不同月份及湖区较大有效波高出现的时间占比是不一致的,9-11月份时间占比较小,将有利于蓝藻水华的出现.     

日本南海海槽发生罕遇地震情况下我国华东沿海的海啸危险性研究

基于日本南海海槽地震活动性和历史海啸事件记载的分析,本文对日本南海海槽发生M_W9.1罕遇地震情况下的海啸进行了数值模拟研究.结果表明:该地震可引发初始波幅约10 m的海啸,6个小时后传至浙江沿海,近岸各处波幅为1—2 m;8个小时后靠近上海海岸线,最大波幅约2 m,受地形影响局地爬高至近3 m;11个小时后抵达苏北黄海沿岸,预计波幅普遍在1 m左右.海啸的上岸高度与海岸附近的海深和海岸线的形态密切相关.我国近岸海域地形变化复杂,海湾众多,对海啸波有放大作用,该模拟结果可能比实际传播到近岸时偏小,因此综合评估日本海啸影响我国华东地区的规模m可达1—2级左右.一旦日本南海发生罕遇地震对我国的影响不容忽视,尤其遇上风暴潮与天文大潮叠加,则可能会造成一定程度的海啸灾害.      

越洋海啸的数值模拟

破坏性海啸基本上都是越洋海啸,如1960年智利海啸、2004年苏门答腊海啸。越洋海啸的传播机制与近场海啸不同,进行数值模拟所采用的数学模型也不同。本文分析比较Boussinesq方程和线性浅水方程,选用后者作为进行越洋海啸数值模拟的数学模型,基于有限差分法,运用蛙跃格式求解微分方程。以2004年苏门答腊海啸作为算例,把计算结果与NOAA和NGDC的计算结果进行对比,验证本文的数学模型和计算方法的可靠性,为以后进一步的海啸危险性分析和海啸预警等研究工作提供技术支持。     

地震海啸的灾害及其对策

近两百年来,平均每年在世界上约发生一次破坏性海啸。1960年智利地震海啸是本世纪以来最大的一次破坏性海啸。破坏性海啸造成严重的灾害是:淹没滨海居民,破坏房屋和工程设施,造成经济产业的损失。为防备海啸的袭击,国际上建立了海啸监测和警报组织系统,一些国家采取了有效的措施和对策。在大力开发沿海地区和海洋资源的今天,开展地震海啸的灾害和对策的研究是十分重要的。     

建立南海地震海啸监测预警系统的构思

南海东南边缘的马尼拉海沟是国际上公认具有发生破坏性地震海啸条件的危险地区,由于南海没有大面积的岛屿阻隔海啸传播,如果在马尼拉海沟发生大地震引发海啸,那么将对广东省漫长的海岸线造成严重破坏。广东省南海地震海啸监测预警系统建设在广东省地震速报系统和国家地震自动速报备份系统的基础上,由地震速报、震源机制快速计算、海啸数值模拟计算等模块组成,对南海地震海啸进行实时监测,提供海啸波浪到达海岸线的估计时刻和最大海浪高度,提供预警信息等社会公共服务。     

通过WCEE跟踪国际海啸研究动态及我国海啸防灾减灾工作的思考

近年来,世界上发生了多次破坏性海啸,例如2010年智利南部Mw8.8级和2011年东日本Mw9.0级地震海啸,引起了巨大人员伤亡和财产损失。海啸防灾减灾研究已成为国际热点课题,2008年至今连续3届世界地震工程会议(WCEE)上均有大量海啸研究相关文章发表。本文通过调查这3届WCEE海啸专题最新研究成果,跟踪国际海啸研究动态;对目前2个研究热点问题,ASCE7-16中海啸荷载及影响和概率海啸危险性分析,进行调研和总结;从历史海啸目录、海啸数值模拟及应用、海啸预警系统和概率海啸危险性分析4个角度对我国海啸研究进展进行综述。最后,考虑我国目前在海啸灾害研究方面的现状,结合国际海啸研究动态,思考我国海啸防灾减灾当前应侧重的几方面工作。     

地学书签

正智利大地震1960年5月22日,在智利西海岸发生了世界地震史上罕见的8.9级地震。地震过后,从智利首都圣地亚哥到蒙特港沿岸的城镇、码头、公用及民用建筑或沉入海底,或被海浪卷入大海,仅智利境内就有5700人遇难。地震后48小时引起普惠火山爆发。地震形成的海浪以每小时700公里的速度横扫太平洋,15小时后高达10米的海浪呼啸而至袭击了夏威夷群岛。海浪继续西进,8小时后4米高的海浪冲向日本的海港和码头。在岩手县,海浪把大渔船推上了码头,跌落在一个房顶上。这次海啸造成日本800人死亡,15万人无家可归。     

立式浮顶储罐并联基础隔震模拟地震振动台试验研究

立式浮顶储罐在强震作用下会发生罐壁屈曲、卡顶、浮顶下沉等震害。为降低储罐地震响应,以1 000 m3储罐为原型,按1:5的几何相似比设计缩尺模型,并以隔震周期为0.5 s进行并联隔震装置设计,给出其力学本构关系。采用模拟地震振动台试验方法,选取四种不同频谱特性的地震动对模型罐进行地震响应分析,结果表明:隔震层顶部加速度卓越频率有所降低,周期延长;隔震后储罐加速度、层间位移及动应力地震响应明显降低,但晃动波高有所放大;三向地震激励与单向地震激励相比,加速度地震响应明显放大,对晃动波高影响较小。建议储罐抗震减震设计时应考虑三向地震作用。     

同一场地多次强震记录一致性分析

建设场地的地震动一般用峰值、频谱、持时来描述,用既有方法确定的地震动可靠性难以检验。利用长宁地震中一个已知场地遭遇9次地震的记录作验证尝试,通过傅里叶谱、反应谱和谱比分析方法探讨记录所反映出的卓越周期的一致性。分析结果表明：东西向反应谱卓越周期平均值为0.21 s,南北向卓越周期平均值为0.18 s,竖向卓越周期平均值为0.11 s,这三个卓越周期值离散性都很小。场地勘察显示覆盖层厚度19.5 m,等效剪切波速197 m/s,场地特征周期为0.40 s。实际记录反映的卓越周期与勘察方法计算值相差一倍。用地震记录做谱比时,N/V（南北向）卓越周期为0.30～0.37 s,平均值为0.33 s。E/V（东西向）卓越周期为0.18～0.48 s,平均值为0.26 s。分析认为,场地卓越周期与个性化的地震输入密切相关。     

海底地震有限断层破裂模型对近场海啸数值预报的影响

快速准确的海啸源模型是近场海啸精确预警的关键.尽管目前还没有办法直接对其进行正演定量计算,但是可以通过多源地震、海啸观测数据进行反演或联合反演推算.不同的海啸源可能导致不同的预警结论,了解不同类型海啸源适用性、评估海啸源特征差异对近场海啸的影响,无论对于海啸预警还是海啸模拟研究尤为重要.本文评估分析了6种不同同震断层模型对2011年3月11日日本东北地震海啸近场数值预报的影响,重点对比分析了有限断层模型与均一滑动场模型对近场海啸产生、传播、淹没特征的影响及各自的误差.研究表明:近场海啸波能量分布主要取决于海啸源分布特征,特别是走向角的差异对海啸能量分布影响较大;有限断层模型对海啸灾害最为严重的39°N以南沿岸地区的最大海啸爬坡高度明显优于均一滑动场模型结果;综合对比DART浮标、GPS浮标及近岸潮位站共32个站次的海啸波幅序列结果发现有限断层模型整体平均绝对/相对误差比均一滑动场模型平均误差要低,其中Fujii海啸源的平均绝对/相对误差最小,分别是0.56m和26.71%.UCSB海啸源的平均绝对/相对误差次之.3个均一滑动场模型中USGSCMT海啸源模拟精度最高.相对于深海、浅海观测站,有限断层模型比均一滑动场模型对近岸观测站计算精度更高.海啸源误差具有显著的方向性,可能与反演所采用的波形数据的代表性有关;谱分析结果表明Fujii海啸源对在12至60min主频波谱的模拟要优于UCSB海啸源.海啸源中很难真实反映海底地震破裂过程,然而通过联合反演海啸波形数据推算海啸源的方法可以快速确定海啸源,并且最大限度的降低地震破裂过程与海啸产生的不确定性带来的误差.     

太湖定振波的初步研究

初步分析研究了太湖定振波的变化规律,结果表明:(1)东、西太湖有各自的振动周期,东太湖变化范围在181—292min,平均为243min;西太湖在120—540min,平均为400min。(2)观测到的最大振幅(1/2波高)为120—130mm。(3)用差分法对定振波的特征值进行了近似估算,其周期误差为20min。(4)定振波引起的湖流相当大,当振幅为100mm时,最大流速可达±20cm/s。(5)定振波振幅的突变与气压场、风场和降水分布不均匀并在短期内发生突变有关。     

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:2.东亚低纬电离层E区准周期回波

中低纬电离层E区不规则体准周期雷达回波现象,在地球不同经度区被观测到并开展了有关研究.本文利用三亚(109.6°E,18.4°N)VHF相干散射雷达2011年2月6日的观测,第一次给出了中国低纬电离层E区准周期回波的发生和变化特征.观测结果表明:准周期回波发生在地方时夜间2100—2200LT的110km高度上,与连续性回波可同时发生;准周期回波斜纹在雷达探测的高度-时间-强度(HTI)图上可延伸5～20km,持续时间为5～15min,回波斜纹高度随时间以20～30m/s下降,斜纹在HTI图上彼此间隔10km和10min左右.此外,雷达回波多普勒谱和雷达干涉分析显示不同高度准周期回波的多普勒速度随高度-时间表现出不同的变化趋势,与回波条纹斜率无明显联系,不同高度准周期回波对应的不规则体在东西方向也表现出截然不同的运动特征.分析结果表明,三亚电离层E区准周期回波的发生可能并不是由散块Es随着中性风周期性的经过雷达探测区域所致,而可能和Es中的扰动结构相关.     

海啸波近岸共振响应的数值模拟及分析

应用有限差分方法求解非线性浅水长波方程,建立了海啸波产生和传播的二维数值模型;对太平洋地震引起的夏威夷群岛海啸波进行模拟,并将模拟结果和测站实测值进行比较,验证了模型的正确性。利用快速傅里叶变换对数值模拟结果进行谱分析,得到整个计算区域的能量谱分布,并给出了发生能量聚集的位置及相应的谱峰周期。讨论了海啸波传播到近岸时可能产生的共振响应现象,发现海啸波和近岸的共振响应不仅与近岸复杂地形有关,还与海啸波传播到近岸时的波浪入射方向有关。     

基于卫星高度计资料分析南海热含量的年际变化特征

本文从海面高度异常与海洋热含量变化的线性关系出发,利用1992～2004年多颗卫星融合海面高度资料,对南海海域的热含量异常进行了计算.这一计算结果与基于气候态温盐资料计算的热含量季节变化具有很好的一致性.本文得到的结果还显示南海热含量异常具有明显的长周期变化,表现为:1992～1998年基本保持比较稳定的年际变化特征,1998年之后,热含量出现明显的跃变,这一跃变一直维持到2001年,在2002年开始出现热含量的递减趋势.对此时间序列进行谐波分析可以看出,南海热含量异常除了具有显著的年变化周期外,还存在明显的0.5、1.5、2.4、4年和6年的变化周期.进一步分析还发现,南海12月份热含量异常可以作为南海夏季风爆发的一种预报指标.     

安徽及周边地区小爆破的识别与判据研究

根据安徽测震台网记录的爆破与地震的数字资料,采用波谱分析方法,对该区域记录的小爆破与小震级地震事件计算纵横波拐角频率和卓越周期,试图获得爆破和地震识别的定量指标。对比研究波谱特征,发现爆破与地震的纵横波拐角频率和卓越周期等存在明显差异,为该地区小爆破的识别,提供了新的判据。最后,对爆破与地震其他方面的判据特征进行了总结。     

两次巨震的天文影响

讨论了1960年智利Ms8．9和2004年印度洋Ms8．7地震的天文影响，它们的影响方式虽有不同，但都是在天文大事件的背景下发生的。     

立式储罐滚动隔震地震模拟振动台试验研究

为了降低强震作用下立式储罐的地震响应,根据机械动力学原理设计了滚动隔震装置,同时,根据相似比理论设计了原型为1 000 m3储罐的1∶4缩尺滚动隔震储罐模型。选取3条位移波作为地震动输入,对滚动隔震储罐模型进行地震模拟振动台试验。试验结果表明:滚动隔震后结构体系的基本周期被拉大,避开了地震动的卓越频率;滚动隔震后沿罐壁高度方向加速度峰值降低明显,减震率最高可达75%;罐壁环向应力在储罐的底部和中上部最大,轴向应力在储罐的底部最大,隔震后均有较大降低,隔震效果明显;不同地震动的隔震效果不同,El Centro波的隔震效果最好,同种地震动作用下随着地震能量的加大,隔震效果降低;滚动隔震不能有效降低晃动波高。建议实际工程应采取控制晃动波高的措施。