Математическое моделирование цунами: методология и практика применений
- Авторы: Гусяков В.К.1, Чубаров Л.Б.2
-
Учреждения:
- Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
- Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий
- Выпуск: Том 61, № 3 (2025)
- Страницы: 404-420
- Раздел: Статьи
- URL: https://bakhtiniada.ru/0002-3515/article/view/319555
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002351525030105
- ID: 319555
Цитировать
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
- 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.
- 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.
- Гусев А.А. Некоторые проблемы логики интерпретации геофизических данных // Вулканология и сейсмология. 1981. № 6. С. 106–108.
- 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.
- 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.
- 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.
- Гусяков В.К. Магнитудно-географический критерий прогнозирования цунами: анализ практики применения за 1958–2009 гг. // Сейсмические приборы. 2010. Т. 46. № 3. С. 5–21.
- Гусяков В.К. Цунами на Дальневосточном побережье России: историческая перспектива и современная проблематика // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 9. C. 1601–1615.
- 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.
- 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.
- Гусяков В.К., Марчук А.Г., Титов В.В. Интерактивная система моделирования цунами на персональной ЭВМ // Вычислительные технологии. 1992. Вып. 3. С. 189–196.
- Гусяков В.К., Осипова А.В. Автоматизированный каталог землетрясений и цунами Курило-Камчатского региона // Вычислительные технологии. 1992а. Вып. 3. С. 197–204.
- 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.
- 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.
- Гусяков В.К., Чубаров Л.Б. Численное моделирование возбуждения и распространения цунами в прибрежной зоне // Физика Земли. 1987. № 11. C. 53–64.
- Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами и родственных явлений в океане. М.: Янус-К, 2005. 360 с.
- 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.
- Марчук Г.И. Методы расщепления. М.: Наука, 1988. 263 с.
- Носов М.А. Волны цунами сейсмического происхождения: современное состояние проблемы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 5. С. 540–551.
- Носов М.А. Введение в теорию волн цунами. Учебное пособие. М.: Янус-К, 2019. 170 с.
- Подъяпольский Г.С. Возбуждение цунами землетрясением // Методы расчета возникновения и распространения цунами. М.: Наука, 1978. C. 30–87.
- Самарский А.А. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент // Вест. АН СССР. 1979. Т. 5. С. 38–49.
- Соловьев С.Л. Проблема цунами и ее значение для Камчатки и Курильских островов // Проблема цунами. М.: Наука, 1968. С. 7–50.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Kanamori H. Mechanism of tsunami earthquakes // Phys. Earth Planet. Inter. 1972. V. 6. P. 346–359.
- Knighton J., Bastidas L. A proposed probabilistic seismic tsunami hazard analysis methodology // Natural Hazards. 2015. V. 78. P. 699–723.
- Levin B.W., Nosov M.A. Physics of Tsunamis, Second Edition. Cham-Heidelberg-New York-Dordrecht-London: Springer, 2016. 388 p.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Titov V.V. Tsunami forecasting // The SEA, Tsunamis. V. 15. Harvard University Press, 2009. P. 371–400.
- 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.
- Topics 2000. Natural catastrophes – the current position. Special Millennium Issue // Munich Re Group. 2001. 126 p.
- Ueno T. Numerical computations for the Chilean Earthquake Tsunami // The Oceanographical Magazine. 1960. V. 17. № 2. P. 87–94.
- 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.
- 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
