Gusiakov_NSK1

Проблемы сейсмического прогноза
цунами на Дальневосточном
побережье России
В.К.Гусяков
Институт вычислительной математики и
математической геофизики
Сибирское отделение РАН
Новосибирск
Email: [email protected]
Web-site: http://tsun.sscc.ru/tsulab
Часть I
Цунами в Мировом океане
(что мы знаем и чего не хватает)
Часть II
Цунами в Дальневосточном регионе
(историко-аналитический обзор)
Часть III
Проблемы оперативного прогноза
(принципиальные ограничения, зависимость I(M), размеры
зон воздействия цунами)
Часть IV
Проблемы долгосрочной оценки цунами-риска
(цунамирайонирования побережья)
Часть V
Стратегия развития СПЦ и защиты населения от
цунами
Карта очагов цунами. Показаны 2250 цунамигенных событий, происшедших в Мировом
океане с 2000 BC по 2012 AD. Цветом показана интенсивность цунами по шкале СоловьеваИмамуры.
Карта очагов цунами. Показаны 2250 цунамигенных событий, происщедших в Мировом океане с 2000
BC to 2012. Красным цветом выделены 14 событий вызвавших транс-океанские цунами. 12 из этих 14
событий были вызваны землетрясениями класса М9.
N
350000
309221
300000
250000
200000
150000
100000
44700
50000
16500
99
160
2
1
400
11
576
4
5
6
7
8
9
≥10
0
1
2
3
Fat
Распределение числа жертв 11 транс-океанских цунами по времени распространения волны.
Имеющаяся статистика подтверждает, что до 85% жертв происходит в течение первого часа
распространения.
Три группы сильнейших цунами Мирового океана
(при сравнении по трем различным параметрам – магнитуда, высота волны, число жертв)
14 trans-oceanic tsunamis,
(H > 5m at D > 5000km)
N - number of run-ups
Top-15 tsunamis with
highest run-up,
sorted by Hmax
Top-15 tsunamis with
largest fatalities,
sorted by NFAT
365AD Crete
N= 5
1700 Cascadia N= 5
1737 Kamchatka N= 5
1755 Lisbon
N=49
1788 Aleutian
N= 3
1837 Chile
N= 23
1868 Chile
N= 115
1946 Aleutians N= 478
1952 Kamchatka N= 340
1957 Aleutians N= 322
1960 Chile
N= 630
1964 Alaska
N= 392
2004 Sumatra
N=1,026
2011Tohoku
N=5,570
525m 1958 Lituya Bay
226,898 2004 Sumatra____
150m 1936 Lituya Bay
36,417 1883 Krakatau
120m 1854 Lituya Bay
30,000 1755 Lisbon
88m 1788 Aleutians
30,000 1707 Nankaido
85m 1771 Ishigaki Is.
27,122 1896 Sanriku
80m 1674 Indonesia
26,000 1498 Enshunada
70m 1936 Norway
_19,057 2011 Tohoku____
68m 1964 Alaska
15,000 1741 Osima
63m 1737 Kamchatka
13.486 1771 Ishigaky Is.
62m 1934 Norway
12,000 1952 Kamchatka
_55m 2011 Tohoku____ 10,000 1765 Guanzhou
51m 2004 Sumatra___
5,233 1703 Boso Pen.
42m 1946 Aleutians
5,000 1605 Nankaido
40m 2000 Greenland
4,376 1976 Philippines
38m 1896 Sanriku
3,000 1854 Nankaido
XIX
XX
Распределение цунамигенных событий Тихого океана по времени за последние 500 лет.
(красные – катастрофические, сиреневые - сильные, зеленые – ощутимые)
Сравнительная длина и полнота региональных каталогов цунами. Цвет линии соответствует интенсивности
цунами по шкале Соловьева-Имамуры. Средняя (по регионам Тихого океана) длина каталога - 425 лет.
Выводы по части I
1. Волны цунами являются примером природной опасности,
характеризующейся низкой вероятностью, но тяжелыми
последствиями. Несмотря на относительную редкость возникновения
(период повторяемости на отдельном участке побережья может
варьироваться от 10-20 до 100-150 лет), они представляют одну из
главных природных опасностей для прибрежных территорий
2. Подавляющее большинство цунами являются локальными и
региональными событиями, оказывающими разрушительный эффект
только в ближней зоне (в пределах первого часа распространения
волны)
3. Только в исключительных случаях (составляющих менее 0.5% от
общего числа) волны цунами способны пересекать океанический
бассейн и производить разрушения на его противоположных берегах
4. Несмотря на значительную протяженность во времени глобального
каталога цунами (> 4,000 лет), средняя длина регионального каталога –
425 лет, что означает, что многие из них не содержат сильнейшего
возможного события.
ЧАСТЬ II
Цунами в Дальневосточном
регионе
(историческо-аналитический
обзор)
Карта Дальневосточного региона и границы зоны ответственности СПЦ
Карта сейсмичности Дальневосточного региона, очаги сильных (M > 7) землетрясений и
карта очагов цунами за весь исторический период наблюдений (с 12737 года)
Карта очагов цунами в Дальневосточном регионе России.
Показано положение 111 очагов за период 1737-2012
Временная развертка Дальневосточного каталога цунами
Временная развертка Дальневосточного сейсмического каталога
В целом на Дальневосточном побережье России (Приморье,
Сахалин, Курилы, Камчатка) цунами от региональных источников
наблюдалось 111 раз.
В трех случаях ощутимое цунами было зарегистрировано от
удаленных источников (Чили 1960, Аляска, Тохоку 2011), хотя
реально опасным было только Чилийское цунами 1960 года.
Случаев приборной регистрации цунами от удаленных
источников гораздо больше и их число непрерывно
увеличивается по мере совершенствования приборной сети.
Распределение цунамигенных событий по зонам:
Курило-Камчатская зона
Японское море
Охотское море
92 события
9 событий
10 событий
Распределение 111 региональных событий по индексу
достоверности:
V=4 (достоверные)
74 события
V=3 (вероятные)
21 событие
V=2 (возможные)
6 событий
V=1 (сомнительные)
10 событий
Распределение 111 региональных событий по типу источника:
Сейсмогенные
100 событий
Вулканогенные
5 событий
Обвальные
2 события
Метеорологические
2 событий
Неизвестной природы
2 события
Распределение 111 региональных событий по интенсивности (в регионе):
I≥4
2 события
I≥3
9 событий
I≥2
16 события
I≥1
12 событий
I≥0
10 событий
I<0
40 событий
I не определена
19 событий
Список разрушительных и сильных (с высотами более 10 м на побережье РФ)
цунами, происшедших в Дальневосточном регионе РФ с 1737 по 2012 год.
M – магнитуда (макросейсмическая или Ms), I – интенсивность цунами по
шкале Соловьева – Имамуры, Hmax – максимальная высота заплеска (в м), FAT –
число погибших при цунами, REG –область очага цунами.
Дата
M
I
Hmax,
м
FAT
REG
17.10.1737
29.06.1780
17.05.1841
07.09.1918
13.04.1923
04.11.1952
20.10.1963
22.11.1969
04.10.1994
15.11.2006
8.3
7.5
8.4
8.2
7.2
8.5
7.2
7.3
8.1
8.1
4.0
3.0
3.0
3.0
3.0
4.0
3.0
3.0
2.6
3.5
63.0
12.0
15.0
12.0
14.0
18.6
15.0
15.0
10.4
22.0
нет данных
12
нет данных
24
18
>10,000
-
Камчатка
Средние Курилы
Камчатка
Средние Курилы
Камчатка
Камчатка
о-в Уруп
Камчатка
о-в Шикотан
о-в Симушир
Опубликованные каталоги цунами Дальневосточного региона:
Соловьев, 1978 – 65 событий, Заякин, 1996 – 68 событий
Опубликованные сейсмические каталоги Дальнего Востока:
Кондорская, Шебалин, 1977; Годзиковская, 2010
Выводы по части II
1. Каталог цунамигенных событий ДВ покрывает период в 275 лет.,
содержит 111 событий и является достаточно полным в отношении
разрушительных и сильных цунами.
2. Гораздо менее полным является каталог высот волн (порядка 650
записей). Около 30 событий не имеют данных о высотах совсем. Треть
событий имеют менее 10 высот, что не позволяет надежно оценить их
интенсивность.
3. Сравнительно с каталогом цунами, сейсмический каталог ДВ
является существенно менее полным. В нем отсутствуют многие
сильные (с М > 7) события. Для событий ранее 1963 года необходима
работа по уточнению магнитуд.
4. Необходимо закончить работу по составлению и публикации
полного каталога цунами Дальнего Востока, важной компонентой
которого должна быть исчерпывающая информация о параметрах
очагов цунамигенных землетрясений
ЧАСТЬ III
Проблемы оперативного
прогноза
(принципиальные ограничения,
зависимость I(M), размеры зон
воздействия цунами)
Limits for 20-min (red) and 40-min (green) propagation time zones for the
Kuril-Kamchatka tsunamigenic region
Доли цунамигенных событий (слабых, ощутимых и
разрушительных) в общем числе подводных землетрясений,
происшедших в Тихом океана с 1990 по 2010 год
100
%
80
60
40
20
0
6.0-6.4
6.5-6.9
7.0-7.4
7.5-7.9
8.0-9.5
no tsunami.
233
76
24
10
0
I<-0.5
4
7
10
6
2
-0.5<=I<=1.5
1
4
7
5
3
I>1.5
0
0
5
4
3
Зависимость интенсивности цунами I (по шкале Соловьева-Имамуры) от магнитуды Ms
(слева) и магнитуды Mw (справа) для цунамигенных землетрясений, происшедших в
Тихом океане с 1900 года. Красная линия – теоретическая зависимость I(Mw).
1963
Зависимость интенсивности цунами I (по шкале Соловьева-Имамуры) от магнитуды Ms (слева) и
магнитуды Mw (справа) для цунамигенных землетрясений, происшедших с 1900 года в Японском,
Курило-Камчатском и Алеуто-Аляскинском регионе
Зависимость интенсивности цунами от магнитуды Ms (слева) для цунамигенных событий,
происшедших в Дальневосточном регионе РФ с 1737 по 2009 год
Анализ эффективности работы Дальневосточной СПЦ в 1958-2009 гг.,
выполненный в работе Гусяков, 2009
Особого рассмотрения требует проблема так.наз.
цунами-землетрясений (Kanamori, 1972), которые
способны возбуждать аномально сильные волны
цунами, сравнительно с величиной их магнитуды.
В Курило-Камчатской зоне к цунами-землетрясениям
могут быть отнесены следующие события:
13.04.1923
20.10.1963
22.11.1969
10.06.1975
Ms=7.2
Ms=7.2
Ms=7.3
Ms=7.0
I=3.0
I=3.0
I=3.0
I=2.0
Hm=14м Камчатский залив
Hm=15м о-в Уруп
Hm=15м п-ов Озерной
Hm=5.5м о-в Шикотан
Okhotsk
S e a
Oct.13, 1963
Ms=8.1 Hm=5m
Oct.20, 1963
Ms=7.2 Hm=15m
Jun.17, 1973
Ms=7.7 Hm=4.5m
PA C I F I C
OCEAN
Jun.10, 1975
Ms=7.0 Hm=5m
Очаги цунамигенных землетрясений в районе Южных Курил
Расчет распространения цунами на плоском дне от кругового (слева) и модельного сейсмического источника (справа) в виде вертикального взброса
Численное моделирование распространения цунами на модельном рельефе.
Источник – пологий надвиг с магнитудой Mw=7.8 и размером разрыва 100 км.
Диаграмма излучения энергии цунами модельным очагом с Mw=7.8 и положение
виртуальных береговых и донных мареографов
Расчетные мареограммы на берегу (слева), на краю шельфа (в центре) и на океаническом
борту глубоководной впадиныt) (справа)
11.08.1969
Mw=8.2 Hm=5m
13.10.1963
Mw=8.4 Hm=5m
10.06.1975
Mw=7.0 Hm=5m
20.10.1963
Mw=7.8 Hm=15m
Comer (1983) Tsunami earthquakes and undersea deformation
Tide gauge records from Wake and Midway for several tsunamis from South Kurile
region Wake (D~3200 km), Midway ( D~3500 km)
13.04.1923
Ms=7.2 Hm=20m
03.02.1923
Ms=8.3 Hm=8m
Far field heights
03.02 13.04
Hilo
6.1m 0.3m
Honolulu 0.9m 0.2m
Near-field and far-field heights for two Kamchatka events
Выводы по части III
1. В ДВ регионе основную опасность представляют
сейсмогенные цунами (97-98% от всех случаев)
2. Близкое расположение очагов цунамигенных землетрясений
представляет большую проблему для СПЦ. Решения в
большинстве случаев нужно принимать в течение 10 мин.
3. Не существует значимой корреляции между магнитудой
подводного землетрясения и высотой цунами на ближайшем
побережье, поэтому прогноз только по сейсмическим данным
всегда будет носить статистический характер.
4. Сильная направленность излучения энергии из очага цунами,
усиливаемая рефракцией на наклонном дне, создает
дополнительную проблему для количественного прогноза высот
цунами для конкретного пункта побережья.
Часть IV
Проблемы долгосрочной оценки
цунамиопасности и цунами-риска
(цунамирайонирования побережья,
расчета карт затопления при цунами,
оценки ущерба)
Общая формула для вычисление риска от любой
природной или техногенной катастрофы
R = H * V * C,
где R – риск, H – опасность (вероятность
превышения каким-либо параметром заданного
уровня в течении определенного периода
времени , V – уязвимость, C – стоимость
восстановления
Основные подходы к задаче цунамирайонирования:
1) Историко-вероятностный
2) Детерминированный
3) Методология PTHA
Основные этапы историко-вероятностного подхода
Расчетная основа карты цунамирайонирования побережья Японского моря
Computed weave height distribution for 5 model Mw8.4 sources along the coastline (red), 50m (blue) , 200m
(green) and 1000m (pink) depth contours
Historical run-up distribution along the coast of Honshu before and after 2011
Распределение измеренных высот цунами 11.03.2011 вдоль побережья Тохоку
?
?
Map of historical tsunamigenic earthquakes for Japan–Kuril-Kamchatka – Alaska-Aleutian regions.
Nearly 500 historical events are mapped. M9 class events are shown as elliptical sources and
marked by year. Big questions exist about a gap in the western Aleutians and western CanadaUS coast.
Выводы по части IV
1. Современная методология PTHA (Probabilistic Tsunami Hazard
Analysis) является адекватным (на сегодняшний день)
инструментом для создания карт цунамирайонирования. Проблемы
заключаются в недостатке надежных данных по строению региона
и происшедших в нем цунами.
2. Разрушительные цунами от землетрясений класса M9
представляют главную опасность для участков побережья,
расположенных рядом с зонами субдукции. Получение надежных
оценок мест расположения очагов и повторяемостей таких
землетрясений представляет главную проблему в задаче
цунамирайонирования.
3. Для ее решения необходимо полномасштабное использование
геологических методов поиска следов палеоцунами.
ЧАСТЬ V
Стратегия развития СПЦ и
защиты населения от цунами
Основные направления развития СПЦ
1) Переход от бинарного (да/нет) прогноза к трехуровневому
2) Пространственное ограничение размеров зон выпуска тревог
3) Спецификация прогнозных критериев для каждого
защищаемого пункта
4) Повышение готовности населения к редким стихийным
бедствиям
Таблица тревог цунами, выпускаемых АЦПЦ в Палмере, Аляска
Таблицы типов сообщений и размеров зон, предлагаемых к использованию
в СПЦ для Средиземноморья
Таблица тревог цунами, предлагаемая к использованию в СПЦ для
Средиземноморья
Klemes V. The improbable probabilities of
extreme floods and droughts // Hydrology
of Disasters, London, James and James,
1989, P.43-51.
Материалы официального отчета Росгидромета по Крымску
Riverbed near Alice Spring (Australia)
The end
P