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。     

代号“06太平洋巨浪”海啸预警演习

此次演习的成功向我们证明,我国在接收地震海啸信息、确认海啸风险并制作发布针对我国沿海地区的海啸警报、通信系统有效性及政府响应速度方面已经初步具备了对突发越洋海啸灾害的预警能力。     

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。     

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。     

2010 年智利和2011 年日本地震海啸在我国东南沿岸诱导的波流特征及危险性分析

本文基于有限断层模型和OKADA 位错模型计算海表变形场作为初始条件,利用MOST 海啸数值模型模拟分析了2010年智利和2011 年日本地震海啸在我国东南沿海地区的海啸传播特征,海啸波模拟结果与观测数据吻合较好。重点研究分析了沈家门港口海域的海啸波流特征及其诱导的涡旋结构。研究结果表明：尽管两次事件的海啸源位置及破裂特征完全不同,但海啸波流在我国东南沿岸的分布特征大致相似;另外相对于海啸波幅而言,港湾中海啸流具有更强的空间差异性,港口入口、岬角地形处和岛屿间水道中往往会有强流存在。尽管这两次越洋海啸均未能在我国东南沿海引发淹没情形,但通过数值计算发现局部均存在超过3 m/s 以上的强流,因此进行海啸预警及风险管理时应综合考虑海啸波流的影响。     

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。     

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。     

耦合潜源参数不确定性效应的地震海啸危险性分析——原理与方法

总结基于数值模拟的地震海啸危险性分析的基本步骤,论述潜源位置界定原则、潜源参数取值方法、潜源地震海啸发生率估算方法,同时给出一种可以耦合潜源参数不确定性效应的地震海啸危险性分析方法。     

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。     

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。     

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.     

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。     

Analysis of the necessity and possibility of tsunami early warning on the Black-Sea coast

The catastrophic tsunami of December 26, 2004 in Southeast Asia revealed the necessity of creating tsunami early warning systems in the regions of the World Ocean where these systems are still absent but the potential hazard of tsunami generation exists. The Black Sea is one of these regions. We present the general characteristic of the tsunami hazard in the Black-Sea region and describe the most probable zones of tsunami generation, the specific features of tsunami propagation, and the parameters of tsunamis according to the data of observations and the results of numerical simulations. We also discuss the possibility of tsunami early warning on the basis of the operative data provided by the network of hydrometeorological and seismological observation stations existing in this region. Translated from Morskoi Gidrofizicheskii Zhurnal, No. 5, pp. 57–66, September–October, 2008.     

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。     

Phytoplankton community structure in Otsuchi Bay,northeastern Japan,after the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake and tsunami

The tsunami caused by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake seriously damaged the Pacific coast of northeastern Japan. In addition to its direct disturbance, a tsunami can indirectly affect coastal pelagic ecosystems via topographical and environmental changes. We investigated seasonal changes in the phytoplankton community structure in Otsuchi Bay, northeastern Japan, from May 2011, which was 2 months after the tsunami, to May 2013. The phytoplankton species composition in May 2011 was similar to that observed in May 2012 and 2013. The present results are consistent with the dominant species and water-mass indicator species of phytoplankton in past records. These results suggest that there was no serious effect of the tsunami on the phytoplankton community in Otsuchi Bay. Community analysis revealed that two distinct seasonal communities appeared in each year of the study period. The spring–summer community was characterized by warm-water Chaetoceros species, and dinoflagellates appeared from May to September. The fall–winter community was characterized by cold neritic diatoms, which appeared from November to March. The succession from the spring–summer community to the fall–winter community took place within a particular water mass, and the fall–winter community appeared in both the surface water and the Oyashio water mass, suggesting that water-mass exchange is not the only factor that determines the phytoplankton community structure in Otsuchi Bay.