东海海啸反问题预报模式研究——以日本“3·11”海啸为例

采用COMCOT数值模式,将日本东海岸划分为18个单位震源,建立了日本东海岸海啸数据库并用非负约束的最小二乘法建立反问题预报模式。将本模式应用于日本"3·11"海啸,计算所得的海啸初始水位有10 m的抬高与3 m的降低,与前人研究结果基本一致,预报的浮标水位与实测资料符合良好。对比浙江省近岸潮位站实测海啸波高,预报值与实测值偏差较大。若采用反问题反演的震源,通过COMCOT非线性模式求解近岸水位,可以大幅提高预报精度。     

连云港海域废黄河水下三角洲北翼的沉积特征与空间分布

基于连云港海域浅地层剖面资料解释和16个站位柱状岩心的剖面观察、粒度分析、微体化石鉴定、有孔虫和腹足类纹沼螺的AMS 14C年龄,分析废黄河水下三角洲北翼的沉积结构、厚度和沉积物组成,划分沉积单元及其分布范围;识别海侵沉积区的沉积相,认识其沉积环境特征。结果表明,水下三角洲沉积体可分为三角洲前缘和前三角洲两个沉积单元,两者沿连云港海岸线呈并置关系。三角洲前缘位于埒子口至新淮河口外,为一NNE向进积、NW向倾斜的扇形楔状体,可识别出灌河叶瓣及其以东的叶瓣两个沉积中心。该沉积单元以砂质沉积为主,两个叶瓣之间的分流间湾分布有泥和砂质泥。前三角洲位于三角洲前缘西北侧,大致从埒子口外侧沿海岸带向海州湾展布。该单元为泥质沉积,厚度较薄,其北部的两个柱状岩心所揭示的沉积厚度分别为1.8 m和1.5 m。水下三角洲以北,海侵沙席分布广泛,厚度通常在20 cm左右。其分布在本区具有普遍性,只是在连云港海域被黄河泥沙所覆盖,由此也构成了废黄河水下三角洲的底界面。该界面具有侵蚀残留地貌特征。海侵沙席之下为晚更新世MIS 3阶段中早期的海陆过渡相沉积。沉积物多由黄色粉砂或砂质粉砂组成,含有较丰富的有孔虫、介形虫等,可见淡水纹沼螺。     

陆架海岸台风沉积记录及信息提取

长时间尺度风暴强度–频率关系与气候变化相关联,而器测记录和历史记载难以提供充分的信息,因此从沉积记录中提取风暴信息成为一个前沿科学问题。在应用上,这项研究可为海岸带城市群应对未来气候和海面变化提供决策依据。本文回顾了台风沉积记录研究进展,显示陆架泥质沉积、海滩及海岸沙丘、潮滩、潟湖、巨砾是台风事件记录的良好载体,可通过层序形态和物质特性分析而识别。同时,还需进一步完善分析方法,以区分台风、冬季风暴、河流洪水和海啸等不同类型的极端事件沉积。在台风强度信息提取方面,陆架泥质沉积所含贝壳–粗颗粒沉积物可作为海底再悬浮强度的指标,但需更多实测数据的率定;海滩及海岸沙丘顶部的台风沉积分布高程指示了台风激浪流的上冲高度,而台风巨砾的重量可以与近岸波浪的波高建立联系。以上数据经过换算后可以得出台风强度的信息,虽然这些间接的沉积学信息还不足以建立风暴强度–频率关系,但有助于台风强度大数据的建立。潮滩、潟湖沉积连续性好,可构成台风事件的时间序列,然而关于台风强度却是多解的,台风最大风力、持续时间、移动路径、登陆地点的不同组合可能产生同样的事件沉积。我们建议,应发展台风信息提取的新方法,来解决这个问题。进行现代过程模拟,根据已知的台风事件资料构建沉积物输运堆积模型,使之能够复演事件沉积的特征;进行多个地点事件沉积的反演模拟,在此情形下,即便每个站位的结果是多解的,但针对多个站位上求取其解的交集之后,多解性将下降,这种模拟方法可称之为“解空间收缩法”;采用大数据融合方式,将其他来源的台风强度数据纳入模拟体系,可进一步降低风暴信息提取的不确定性。动力过程模拟与大数据融合方法的建立,有助于获得与沉积记录同样时间尺度的台风强度–频率关系曲线,进而分析台风动态与气候变化的关系。     

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。     

基于水下自主航行器（AUV）的神狐峡谷谷底块体搬运沉积特征及其对深水峡谷物质输运过程的指示

海底峡谷是陆源物质向深海运移的重要通道。对于远离陆地的海底峡谷,通常认为浊流是物质搬运的主要营力。受限于探测精度和复杂作业环境影响,使用常规地球物理资料对深水海底峡谷尤其是对谷底沉积体的形态和结构特征的刻画不够精细。基于水下自主航行器（AUV, Autonomous Underwater Vehicle）采集的高分辨率多波束、旁扫声呐和浅地层剖面资料,对神狐峡谷群中的一条峡谷的谷底表面及部分浅部地层的沉积特征进行了分析。结果表明,峡谷谷底浅部地层并不像它平滑的表面那么简单,而是由大量内部杂乱弱反射、厚度在8.4 m及以下的块体搬运沉积体组成。峡谷中下游块体搬运沉积体大都沿峡谷走向整体呈条带状展布,不是直接来源于相邻的峡谷脊部。研究认为在特定沉积环境下（例如高海平面时期）,陆坡限定性峡谷谷底的块体搬运沉积过程的重复进行是峡谷谷底物质输运的重要途径,与浊流共同雕刻了峡谷的地形地貌。基于AUV的地球物理探测技术将是研究海底浅表层沉积过程和保障海底工程施工的重要手段。     

2015年9月16日智利Mw 8.3级地震:海啸波从近场到远场的特征分析

On September 16, 2015, an earthquake with magnitude of M_w 8.3 occurred 46 km offshore from Illapel, Chile,generating a 4.4-m local tsunami measured at Coquimbo. In this study, the characteristics of tsunami are presented by a combination of analysis of observations and numerical simulation based on sources of USGS and NOAA. The records of 16 DART buoys in deep water, ten tidal gauges along coasts of near-field, and ten coastal gauges in the far-field are studied by applying Fourier analyses. The numerical simulation based on nonlinear shallow water equations and nested grids is carried out to provide overall tsunami propagation scenarios, and the results match well with the observations in deep water and but not well in coasts closed to the epicenter. Due to the short distance to the epicenter and the shelf resonance of southern Peru and Chile, the maximum amplitude ranged from 0.1 m to 2 m, except for Coquimbo. In deep water, the maximum amplitude of buoys decayed from9.8 cm to 0.8 cm, suggesting a centimeter-scale Pacific-wide tsunami, while the governing period was 13–17 min and 32 min. Whereas in the far-field coastal region, the tsunami wave amplified to be around 0.2 m to 0.8 m,mostly as a result of run-up effect and resonance from coast reflection. Although the tsunami was relatively moderate in deep water, it still produced non-negligible tsunami hazards in local region and the coasts of farfield.     

红树林防护溃坝态海啸波冲击集装箱消能试验研究

近年来海啸灾害频繁发生,对海工建筑物造成巨大损失。在以往的海啸事件中,红树林对海啸具有一定的消减作用。基于溃坝原理生成海啸波,进而研究红树林对海啸波消减作用及红树林防护下的海啸冲击集装箱的变迁表征。对闸门处溃坝研究结果表明,溃坝过程包含突然下降、相对稳定、缓慢下降三个阶段,且蓄能水位越高溃坝发生得越剧烈。海啸波冲击搬运集装箱可分为初始冲击、加速、匀速三个阶段,其动力成因包含了冲击力和浮力。红树林消减海啸波的流态表明尾涡重叠产生的紊动水流是消能的主因,合理密植、对称排布、交错排布有利于海啸波能的消减。此外,三角形交错红树林排布、海啸波强度减小、集装箱重度增加、以及海岸坡度增加均有利于减小集装箱的变迁距离。基于试验数据提出了红树林消波系数计算公式,本试验中红树林消波系数范围为0.02至0.42。     

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。     

2010年智利和2011年日本海啸在华南沿岸的实测海啸波形和特征

文章根据三亚湾和台山广海湾实测水位数据,分析了2010年智利和2011年日本海啸在中国近岸传播的海啸波形。通过与2个深海海啸观测浮标(DART)观测到的海啸波形对照,采用功率谱分析和小波分析技术,研究远场海啸在中国华南沿岸的海啸波特征和传播规律。在2次事件中,海啸波通过巴士海峡进入中国南海后,大约3~4h到达华南沿岸。地形效应是决定海啸波能量的重要因素,特定周期的海啸波得到选择性增强。海啸波在近岸海湾持续时间长达2~3d,海啸波周期越长,持续时间越久。2次海啸事件均未对我国沿海造成灾害性影响,但是通过海啸波形的对比分析,能够更好地了解南海北部地形对海啸波的响应特征,为防范海啸提供借鉴。     

国内外海底观测网络的建设进展

海底观测网络是海底技术发展的新领域,它将各种观测仪器放到海底,可对海水层、海底和海底以下的岩石进行长期动态的观测,并实时将数据传回到陆地。简介了国内外主要的海底观测网络,重点跟踪了它们的最新建设进展。