Математическое моделирование и информационное обеспечение в исследованиях по проблеме цунами

• Автор: Гусяков, Вячеслав Константинович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 342 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВОЗБУЖДЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЦУНАМИ

1.1. Постановка задачи и построение решения в рамках упругой модели возбуждения

1.2. Анализ условий возбуждения цунами в зависимости от параметров источника

и среды.

1.3. Расчет энергии волн цунами

1.4. Вычисление начальных смешений в очаговой области цунами.

1.5. Численное моделирование возбуждения и распространения цунами в зонах

островных дуг на модельном рельефе КурилоКамчатской зоны.

1.6. Численное моделирование реальных исторических цунами в Тихом океане.

1.7. Сейсмотектонические условия возбуждения цунами
ГЛАВА 2. ПРОБЛЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗА ЦУНАМИ.
2.1. Методологические и технические основы и основные проблемы оперативного
прогноза цунами
2.2. Принципы построения и общая структура автоматизированной системы
предупреждения о цунами для КурилоКамчатского региона
2.3. Алгоритмическое и программное обеспечение системы обработки данных
сейсмической подсистемы ЕАСЦ
2.4. Планирование сети сейсмологических наблюдений ЕАСЦ.
2.5. О возможности использования гидрофизических данных в оперативном прогнозе
цунами.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ДОЛГОСРОЧНОГО ЦУНАМИРИСКА И
ЦУНАМИРАЙОНИРОВАНИЯ ПОБЕРЕЖЬЯ
3.1. Постановка задачи о цуиамирайонировании побережья, основные понятия и
определения, анализ существующих подходов к этой проблеме.
3.2. Получение оценок долгосрочного цунамириска на основе вероятностного
подхода для отдельных пунктов КурилоКамчатского побережья
3.3. Получение оценок долгосрочного цунамириска на основе детерминированною подхода на примере цунамирайонирования Неринювоморского побережья
Камчатки
3.4. Новая методика цунамирайонирования побережья на основе
сейсмотектонического пробабилизма
ГЛАВА 4. ИСТОРИЧЕСКИЕ КАТАЛОГИ И БАЗЫ ДАННЫХ ПО ПРОБЛЕМЕ
ЦУНАМИ.
4.1. Типы и форматы данных, используемых для описания источников цунами и их
воздействия на побережье
4.2. Проблемы построения баз данных но цунами и специализированных графических
оболочек для них
4.3. Каталоги цунами в формате НТОВ для Тихого и Атлантического океанов и
Средиземного моря.
4.4. Геологические методы изучения следов цунами. Возможность использования
сведений о палеоцунами в каталогах и базах данных
ГЛАВА 5. ИНФОРМАЦИОННОЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ЦУНАМИ
5.1. Принципы построения, область применения и структура ИЭСЦ.
5.2. Подсистема картографической поддержки
5.3. Подсистема хранения и выборки данных.
5.4. Подсистема обработки и анализа данных
5.5. Подсистема моделирования возбуждения и распространения цунами
5.6. Применение ИЭСЦ для решения задач оперативного прогноза цунами.
5.7. Применение ИЭСЦ для изучения условий генерации цунами подводными
землетрясениями Тихого океана.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Однако связать при этом волну цунами непосредственно с порождающим еС5 сейсмическим очагом не представляется возможным, поскольку дно принимается жестким и его упругие свойства не учитываются. Настоящее исследование было предпринято с целью рассмотреть процесс возбуждения цунами в рамках упругой модели и выяснить связь между свойствами волн и параметрами очага землетрясения, принятыми в сейсмологии и определяемыми из наблюдений над сейсмическими волнами, то есть глубиной, ориентацией и размерами разлома, направлением подвижки, скоростью распространения разрыва. Это определило выбор в качестве модели слоя сжимаемой жидкости, лежащею на упругом полупространстве, а в качестве уравнения движения - уравнения Ляме с учетом гравитационных членов. Колебания слоя жидкости и подстилающего полупространства получаются как решение прямой динамической задачи о возбуждении волн модельным пространственным источником с движущимся разрывом, помещенным внутри упругого полупространства. Поскольку в уравнениях движения и в граничных условиях учитывается сила тяжести, в решении присутствуют не только сейсмические, но и гравитационные волны, в том числе цунами. Эго позволяет провести совместный анализ условий их возбуждения, для того, чтобы выяснить существование физических связей или корреляции между ними, которую можно было бы использовать для прогноза цунами. Упругим колебаниям слоя жидкости, лежащем на упругом полупространстве, посвящены работы Д. И.Шермана (Шерман, ), Н. В.Зволинского (Зволинский, ), Г. И.Петрашеня (Петрашень, ). В них построено точное математическое решение задачи для случая сосредоточенного воздействия типа единичной силы и центра давления. Ряд результатов, относящихся к этой задаче и полученных с применением численных методов для анализа дисперсионного соотношения и расчета дисперсионных кривых, содержится в монографиях Л. М.Бреховских (Бреховских, ), И. Толстого и К. Клея (Толстой, Клей, ), МЛОинга (Ewing et al. Сила тяжести в этих работах не учитывалась, следовательно, гравитационные волны в жидком слое там не возникали. Система уравнений движения и граничные условия с учетом силы тяжести были предложены Я. Шольте (Scholte. Там же, по-видимому, впервые было указано на существование гравитационного корня дисперсионного уравнения. Для рассмотрения волн цунами такой подход применил Г. С.Подъяпольский (Подъяпольский, , ). В приближении несжимаемой жидкости им были получены оценочные формулы для смещений, справедливые на больших расстояниях от источника, в качестве которого использовалась точечная модель Набарро. Г.С. Подъяпольский тщательно исследовал математическую постановку такой задачи, показал ее соответствие двум важным предельным случаям - обычной системе динамической теории упругости в случае пренебрежения силой тяжести и линейной теории длинных волн при переходе к сжимаемой жидкости и жесткому дну. Анализируя зависимость условий образования волн цунами от параметров источника, он впервые указал на возможность существования некоторой «оптимальной» глубины его погружения. В дальнейшем такой подход к изучению процессов возбуждения пунами использовался в работах Т. Ямашита и Р. Сато (Sato, Yamashita, ; ), С. Ворда (Ward, , , ), Р. Комера (Comer, , а, b). Э.Гейста (Geist, ). В достаточно реалистичной постановке (с использованием в качестве источника динамически распространяющейся трещины) двумерная задача о возбуждении упругих и гравитационных волн в слое сжимаемой жидкости была численно решена в работе (Островерх. Калиниченко, ). В последние годы ряд интересных работ по изучению возбуждения цунами с учетом сжимаемости жидкости был выполнен на физическом факультете МГУ (Носов, ,). Математическая постановка такой задачи может быть сформулирована следующим образом. Слой однородной сжимаемой жидкости (воды) залегает на однородном упругом полупространстве (породы земной коры) и находится в однородном поле силы тяжести. Н -толщина слоя жидкости (глубина океана). На глубине h иод дном находится модельный источник, имеющий некоторые свойства реального очага землетрясения (рис.