Mathematical modeling in the tsunami problem: methodology and practical applications

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Mathematical modeling is one of the most powerful and flexible tools for studying complex natural phenomena, in which the setting up of a direct full-scale experiment is, as a rule, impossible. A typical example of a dangerous natural phenomenon characterized by low frequency and severe consequences are tsunami waves that are generated in the oceans and the seas after submarine earthquakes, volcanic explosions, underwater slumping and coastal landslides as well as by high-energy atmospheric disturbances. The paper examines mathematical models used to study the three main stages of tsunami wave evolution: generation by underwater or surface sources, propagation in the deep ocean and on the shelf, and run-up to the coast. Their application to solving two main scientific and applied problems related to the tsunami problem (operational warning and coastal tsunami zoning) is discussed. The work was written for this issue of the journal dedicated to the 100th anniversary of Academician G.I. Marchuk, therefore the review is limited mainly to the results obtained by the authors during their work at the Computing Center of the Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences in the 1970-80s.

作者简介

V. Gusiakov

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics of the Siberian Branch of the RAS

Email: gvk@sscc.ru
Lavrentiev av., 6, Novosibirsk, 630090 Russia

L. Chubarov

Federal Research Center for Information and Computational Technologies

编辑信件的主要联系方式.
Email: chubarov@ict.nsc.ru
Lavrentiev av., 6, Novosibirsk, 630090 Russia

参考

  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.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».