Математическое моделирование цунами: методология и практика применений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Математическое моделирование представляет собой одно из наиболее мощных и гибких средств изучения сложных природных явлений, в отношении которых постановка прямого натурного эксперимента является, как правило, невозможной. Характерным примером опасного природного явления, характеризующегося малой повторяемостью и тяжелыми последствиями, являются волны цунами, возникающие в морях и океанах при подводных землетрясениях, вулканических извержениях, подводных оползнях и береговых обвалах, а также при высокоэнергетических атмосферных воздействиях. В работе рассматриваются математические модели, используемые для изучения трех основных этапов эволюции волн цунами: возбуждения подводным либо надводным источником, распространения в глубоком океане и на шельфе, накат на берег. Обсуждается их применение для решения двух главных научно-прикладных задач, связанных с проблемой цунами — оперативного прогноза и цунамирайонирования побережья. Работа написана для данного номера журнала, посвященного 100-летию академика Г.И. Марчука, поэтому обзор ограничен в основном результатами, полученными авторами в период работы в ВЦ СО АН СССР в 1970–80 гг.

Об авторах

В. К. Гусяков

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН

Email: gvk@sscc.ru
просп. Академика Лаврентьева, 6, Новосибирск, 630090 Россия

Л. Б. Чубаров

Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: chubarov@ict.nsc.ru
просп. Академика Лаврентьева, 6, Новосибирск, 630090 Россия

Список литературы

  1. Алексеев А.С., Гусяков В.К. Об оценке цунамиопасности подводных землетрясений // Землетрясения и предупреждение стихийных бедствий: Труды 27-го Международного геологического конгресса, 4–14 августа 1984 г. / Сб. научн. тр. М.: Наука, 1984. С. 127–133.
  2. Алексеев А.С., Гусяков В.К., Чубаров Л.Б., Шокин Ю.И. Численное исследование генерации и распространения волн цунами при реальной топографии дна. Линейная модель / Изучение цунами в открытом океане. М.: Наука, 1978. С. 5–20.
  3. Гусев А.А. Некоторые проблемы логики интерпретации геофизических данных // Вулканология и сейсмология. 1981. № 6. С. 106–108.
  4. Гусяков В.К. Возбуждение волн цунами и океанических волн Релея при подводном землетрясении // Математические проблемы геофизики. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1972. Вып. 3. С. 250–272.
  5. Гусяков В.К. О связи волны цунами с параметрами очага подводного землетрясения // Математические проблемы геофизики. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1974. Вып. 5. Ч. 1. C. 118–140.
  6. Гусяков В.К. Остаточные смещения на поверхности упругого полупространства / Условно-корректные задачи математической физики в интерпретации геофизических наблюдений. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1978. C. 23–51.
  7. Гусяков В.К. Магнитудно-географический критерий прогнозирования цунами: анализ практики применения за 1958–2009 гг. // Сейсмические приборы. 2010. Т. 46. № 3. С. 5–21.
  8. Гусяков В.К. Цунами на Дальневосточном побережье России: историческая перспектива и современная проблематика // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 9. C. 1601–1615.
  9. Гусяков В.К., Калашникова Т.В. Глобальная база данных по цунами / Global tsunami database (GTDB). Зарегистрирована в ФГУ ФИПС (Роспатент) 16 сентября 2016 года, свидетельство № 2016621269.
  10. Гусяков В.К., Кихтенко В.А., Чубаров Л.Б., Шокин Ю.И. Построение обзорных карт цунамирайонирования Дальневосточного побережья РФ в рамках методики PTHA // Вычислительные технологии. 2019. Т. 24. № 1. С. 55–72.
  11. Гусяков В.К., Марчук А.Г., Титов В.В. Интерактивная система моделирования цунами на персональной ЭВМ // Вычислительные технологии. 1992. Вып. 3. С. 189–196.
  12. Гусяков В.К., Осипова А.В. Автоматизированный каталог землетрясений и цунами Курило-Камчатского региона // Вычислительные технологии. 1992а. Вып. 3. С. 197–204.
  13. Гусяков В.К., Осипова А.В. База данных по землетрясениям и цунами Курило-Камчатского региона / Препринт ВЦ СО РАН. № 976. Новосибирск: ВЦ СО РАН, 1992б. 24 с.
  14. Гусяков В.К., Чубаров Л.Б. Численное моделирование Шикотанского (Немуро-Оки) цунами 17 июня 1973 года / Эволюция цунами от очага до выхода на берег. М.: Радио и связь, 1982. C. 16–24.
  15. Гусяков В.К., Чубаров Л.Б. Численное моделирование возбуждения и распространения цунами в прибрежной зоне // Физика Земли. 1987. № 11. C. 53–64.
  16. Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами и родственных явлений в океане. М.: Янус-К, 2005. 360 с.
  17. Лысковская Е.В., Гусяков В.К. Графическая оболочка PDM/TSU (Parametric Data Manager for Tsunami Database) для работы с базой данных по цунами. Зарегистрирована в ФГУ ФИПС (Роспатент) 16 сентября 2016 года, свидетельство № 2016660574.
  18. Марчук Г.И. Методы расщепления. М.: Наука, 1988. 263 с.
  19. Носов М.А. Волны цунами сейсмического происхождения: современное состояние проблемы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 5. С. 540–551.
  20. Носов М.А. Введение в теорию волн цунами. Учебное пособие. М.: Янус-К, 2019. 170 с.
  21. Подъяпольский Г.С. Возбуждение цунами землетрясением // Методы расчета возникновения и распространения цунами. М.: Наука, 1978. C. 30–87.
  22. Самарский А.А. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент // Вест. АН СССР. 1979. Т. 5. С. 38–49.
  23. Соловьев С.Л. Проблема цунами и ее значение для Камчатки и Курильских островов // Проблема цунами. М.: Наука, 1968. С. 7–50.
  24. Шокин Ю.И., Чубаров Л.Б. Очерк истории исследования проблемы цунами в Сибирском отделении Российской академии наук // Вычислительные технологии. 1999. Т. 4. № 5. С. 70–105.
  25. Шокин Ю.И., Гусяков В.К., Кихтенко В.А., Чубаров Л.Б. Методика построения карт цунамиопасности и ее реализация для Дальневосточного побережья Российской Федерации // Докл. РАН. 2019. Т. 489. № 4. С. 419–425.
  26. Яненко Н.Н., Карначук В.И., Коновалов А.Н. Проблемы математической технологии // Числ. методы механики сплошной среды. ВЦ СО АН СССР: Новосибирск, 1977. Т. 8. № 3. С. 129–157.
  27. Gusiakov V.K., Marchuk An.G., Osipova A.V. Expert tsunami database for the Pacific: motivation, design and proof-of-concept demonstration // G.Hebenstreit (Editor). Perspectives on Tsunami Hazard Reduction: Observations, Theory and Planning. Kluwer Academic Publisher. Dordrecht-Boston-London, 1997. P. 21–34.
  28. Kanamori H. Mechanism of tsunami earthquakes // Phys. Earth Planet. Inter. 1972. V. 6. P. 346–359.
  29. Knighton J., Bastidas L. A proposed probabilistic seismic tsunami hazard analysis methodology // Natural Hazards. 2015. V. 78. P. 699–723.
  30. Levin B.W., Nosov M.A. Physics of Tsunamis, Second Edition. Cham-Heidelberg-New York-Dordrecht-London: Springer, 2016. 388 p.
  31. Miller D.J. Giant Waves in Lituya Bay, Alaska / Geological Survey Professional Paper 354-C. U.S. Government Printing Office. Washington, 1960. P. 50–85.
  32. Murty T.S., Rao A.D., Nirupama N., Nistor I. Numerical modelling concepts for tsunami warning systems // Current Sci. 2006. V. 90. № 8. P. 1073–1081.
  33. Power W., Downes G. Tsunami hazard assessment / Ed. by Connor C., Chapman N., Connor L. Volcanic and tectonic hazard assessment for nuclear facilities. Cambridge Univ. Press, 2009. P. 276–306.
  34. Rabinovich A.B. Twenty-seven years of progress in the science of meteorological tsunamis following the 1992 Daytona Beach event // Pure Appl. Geophys. 2020. V. 177. P. 1193–1230.
  35. Titov V.V. Tsunami forecasting // The SEA, Tsunamis. V. 15. Harvard University Press, 2009. P. 371–400.
  36. Titov V.V., Synolakis C.E. Numerical modeling of tidal wave runup // Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 1998. V. 124. № 4. P. 157–171.
  37. Topics 2000. Natural catastrophes – the current position. Special Millennium Issue // Munich Re Group. 2001. 126 p.
  38. Ueno T. Numerical computations for the Chilean Earthquake Tsunami // The Oceanographical Magazine. 1960. V. 17. № 2. P. 87–94.
  39. Vilibić I., Monserrat S., Rabinovich A.B. Meteorological tsunamis on the US East Coast and in other regions of the World Ocean // Natural Hazards. 2014. V. 74. № 1. P. 1–9.
  40. Watada S., Kusumoto S., Satake K. Travel time delay and initial phase reversal of distant tsunamis coupled with the self-gravitating elastic Earth // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2014. V. 119. № 5. P. 4287–4310.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.