ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2014, том 50, № 5, с. 524-539
УДК 551.466.6
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЦУНАМИ 2009-2011 гг. НА ТИХООКЕАНСКОМ ПОБЕРЕЖЬЕ РОССИИ
© 2014 г. Г. В. Шевченко*, Т. Н. Ивельская**, А. В. Лоскутов*
*Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН 693022 Южно-Сахалинск, ул. Науки 1-Б E-mail: shevchenko@rmgg.ru **Центр цунами Сахалинского управления по гидрометеорологии и мониторингу среды 693000 Южно-Сахалинск, ул. Западная, 78 Поступила в редакцию 23.01.2014 г., после доработки 18.03.2014 г.
Описано развитие сети автономных донных станций Института морской геологии и геофизики ДВО РАН (ИМГиГ) и телеметрических регистраторов уровня моря Службы предупреждения о цунами (СПЦ) на тихоокеанском побережье России, начиная с 2008 г. Показана важность подобных инструментальных измерений для оперативного прогноза опасности цунами и апостериорного изучения особенностей их проявления. Рассмотрены характеристики Самоанского (2009 г.), Чилийского (2010 г.) и Тохоку (2011 г.) цунами на различных участках побережья Дальневосточного региона России.
Ключевые слова: цунами, регистратор, уровень моря, запись, высота волны, период волны, спектр, СПЦ.
Б01: 10.7868/80002351514050113
1. ВВЕДЕНИЕ
В середине 1960-х годов по инициативе академика С.Л. Соловьева на побережье Курильских островов (прежде всего на шельфе острова Шикотан, на котором была создана специальная гидрофизическая обсерватория) усилиями специалистов Института морской геологии геофизики ДВО РАН (в то время - СахКНИИ ДВНЦ) была создана специальная измерительная аппаратура и проведена серия уникальных для того времени экспериментов по измерению длинных волн в диапазоне периодов цунами (от нескольких минут до нескольких часов) на различном удалении от берега [1]. Позднее, в 1975 и 1978 гг., институтом совместно с Гавайским институтом геофизики Университета Гавайи (Гонолулу, США) были организованы две советско-американских экспедиции по изучению характеристик волн типа цунами в открытом океане и в зоне шельфа. Полученные в ходе этих экспедиций материалы наблюдений легли в основу ряда статей и известных монографий [2, 3]. В феврале 1980 г. на шельфе о. Шикотан была получена первая запись цунами в открытом океане [4]. Эти достижения свидетельствовали о высоком уровне развития экспериментальных исследований длинноволновых процессов на Дальнем Востоке, которые легли в
основу концепции раннего обнаружения цунами с целью обеспечения заблаговременного предупреждения населения, выдвинутую С.Л. Соловьевым [1, 5].
Однако с середины 1980-х годов наметилось отставание отечественных разработок измерительной и регистрирующей аппаратуры, а в 1990-е годы экспериментальные исследования ввиду сложности их организации и большой стоимости, в значительной степени были свернуты. И когда произошло сильнейшее за последние годы у берегов России землетрясение 15.11.2006 г. в районе о. Симушир (огромные волны высотой 15-20 м обрушились, по счастью, на не имеющие постоянного населения острова центральной части Курильской гряды [6]), единственная цифровая запись была получена в удаленном от источника порту г. Холмск на юго-западном побережье о. Сахалин [7]. Но уже в январе следующего года Симуширское цунами 13.01.2007 г. было зарегистрировано автономными донными станциями ИМГиГ ДВО РАН в бухтах Малокурильская и Крабовая на о. Шикотан [8-11].
В 2008 г. ИМГиГ была развернута широкая сеть автономных регистраторов в южной части Курильской гряды [12] (рис. 1), на которой в 2009 г. были получены записи нескольких умеренных цу-
55° -
50° -
45°
40° -
35°
30°
Коммандорские о-ва
Северо-Курильск
Алеутские о-ва
21415 Т
А
: Ханасаки о. Хоккайдо
7!
21402
21416 Т
21419 ▼
21401 Т
21418 Т
о. Хонсю
А
о. Уруп
Рейдово
Курильск -.-..; м. Ван-дер-Линда
ТИХИИ ОКЕАН
. Итуруп
м. Ловцова о. Кунашир г ) Южно-Курильск.. Малокурильская
Крабовая-"'. Маячная Церковная
21413 Т
TDART
ИМГиГ ' СПЦ
140°
145°
150°
155°
160°
165°
170°
175°
Рис. 1. Положение глубоководных (DART, темные треугольники) и прибрежных автономных донных станций ИМГиГ ДВО РАН на Южных Курильских островах (А, квадраты), а также береговых телеметрических регистраторов Службы предупреждения о цунами на тихоокеанском побережья России (кружки), на которых были получены записи цунами.
нами — Ириан Джайа (03.01.2009 г.), Симуширское (15.01.2009 г.) [13] и Самоанское (29.09.2009 г.) [14, 15]. На особенностях проявления последнего подробно остановимся ниже, при этом отметим, что запись этого цунами была также получена на станции Службы предупреждения о цунами (СПЦ) в Северо-Курильске.
Важной особенностью цунами Ириан Джайя был захват волновой энергии шельфом Японии, благодаря чему это цунами пришло в район Курильских островов в виде медленно распространявшихся и слабо затухавших краевых волн, и было четко зафиксировано донными станциями, установленными в бухтах о-ва Шикотан. Специфика Симуширского события 2009 г. заключалась в его совпадении на станциях Курильск и м. Ван-дер-Линда с сильным штормом, обусловленным выходом глубокого циклона в южную часть Охотского моря. Запись цунами 15.01.2009 г. в Куриль-ске представляет собой один из наиболее ярких примеров совпадения двух опасных явлений и
"зашумления" записи цунами при штормовой погоде [13]. Последнее обстоятельство серьезно усложняет выделение сигнала цунами и определение его характеристик.
Регистрирующие и передающие информацию о развитии волнового процесса в реальном времени по спутниковым каналам связи комплексы "Хандар", полученные Российской СПЦ от Тихоокеанского центра цунами (США), были установлены в 1997—1998 гг. в Малокурильском, Северо-Курильске и Усть-Камчатске. Комплекс в Малокурильском использовать эффективно не удалось из-за технических проблем с передачей сигнала, датчик в Усть-Камчатске был помещен в колодец давно замытого мареографа и фиксировал сильно искаженный сигнал. Только станция в Северо-Курильске в течение более 10 лет (с некоторыми перерывами по техническим причинам, на которые как раз пришлись Симуширские цунами 2006—2007 гг.) была основным источником информации для сотрудников СПЦ о наличии или
отсутствии опасных волн на тихоокеанском побережье России [16]. Заметим, что именно этот датчик в декабре 2004 г. зафиксировал приход волны катастрофического Суматранского цунами, происшедшего в Индийском океане; волна, которая в Се-веро-Курильске имела высоту 29 см, прошла расстояние около 28 тыс. км, и это очевидно явилось самой удаленной записью данного цунами [17].
В конце 2009 г. при финансовой поддержке Федеральной целевой программы "Снижение рисков и смягчение последствий..." сеть береговых телеметрических регистраторов СПЦ начала стремительно развиваться. Были установлены станции в с. Никольское (о. Беринга, Командорские о-ва), в Петропавловске-Камчатском и на ГМС Водопадная на тихоокеанском побережье п-ова Камчатка, на Сахалине и в Приморье (рис. 1). На этих станциях уже в феврале 2010 г. были получены записи действительно опасного для российского побережья Чилийского цунами — высота волн на тихоокеанском побережье России превысила 2 м, была объявлена тревога цунами [18]. Статистические и спектральные характеристики полученных материалов наблюдений подробно анализировались в [15].
Следует отметить, что катастрофические последствия "рождественского" цунами 26 декабря 2004 г. в Индийском океане, приведшего к гибели около 230 тыс. человек, стимулировали интерес к данной проблеме и способствовали развертыванию системы DART (Deep Assessment and Reporting of Tsunami — сети глубоководных станций США, ставшей впоследствии международной) и установке регистраторов вблизи основных сейсмоактивных зон Тихого океана [19]. Эти глубоководные станции показали свою исключительно высокую эффективность для мониторинга цунами. В 2010 г. Росгидромет на средства ФЦП приобрел DART 21401, который был установлен за пределами глубоководного желоба, напротив о. Итуруп. Это позволило реализовать упомянутую выше идею С.Л. Соловьева о раннем предупреждении цунами; станция 21401 обеспечила заблаговременную регистрацию Тохоку цунами 11 марта 2011 г. и позволила оценить возможную высоту волны на берегу. В общей сложности это цунами было зарегистрировано на 17 береговых станциях Дальневосточного региона [20, 21].
Данные, поступающие с береговых регистраторов цунами на тихоокеанском побережье Камчатки и Курильских о-вов, доступны в реальном времени зарубежным службам предупреждения на сайте http://rtws.ru/sea-level/, что позволяет использовать их для оперативного анализа развития волнового процесса в северо-западной части Тихого океана. Современная Российская система мониторинга цунами является органической частью международной системы непрерывного сле-
жения за волнами цунами в Тихом океане, а информация от береговых станций, установленных на побережье Дальневосточного региона, является вкладом России в международное сотрудничество по вопросу снижения риска цунами в странах тихоокеанского бассейна.
Помимо использования поступающей оперативно информации о развитии волнового процесса в защищаемом регионе, что значительно повысило эффективность работы Службы предупреждения, записи цунами на различных участках побережья Дальневосточного региона имеют огромное значение для апостериорного анализа этого явления, исследования особенностей процесса в очаге подводного землетрясения и влияния топографии на распространение волн цунами. Важным элементом подобных исследований является численное моделирование, которое в случае хорошего совпадения с инструментальными записями (в этом случае можно считать численные результаты адекватными реальному процессу) позволяет детально изучить степень влияния указанных эффектов на развитие цунами и при воздействии волн на различные участки побережья. Ниже рассмотрены некоторые наиболее интересные особенности проявления Самоанского (29.09.2009 г.), Чилийского (27.02.2010 г.) и Тохоку цунами (11.03.2011 г.) на дальневосточном побережье России, полученные на основе анализа материалов инструментальных измерений и чис
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.