ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 1, с. 65-74
УДК 550.34+551.466(265.5)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАГНИТУДНО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО КРИТЕРИЯ ЦУНАМИОПАСНОСТИ
© 2009 г. А. А. Поплавский1, 2, Л. Н. Поплавская2, А. И. Спирин1, Ю. Ю. Пермикин1, Т. В. Нагорных2
Сахалинский филиал Геофизической службы РАН, Южно-Сахалинск, 693010 2Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск, 693022
Поступила в редакцию 28.01.2007 г.
Для основных цунамигенных зон Тихого океана в дополнение к МЬИ предложено использовать при объявлении тревоги цунами пороговые (МП) значения магнитуд МРУ, М8И, МЬИ (отечественные магнитудные шкалы), а также - М5 и М^, широко распространенные в международной практике. Приводятся корреляционные соотношения, связывающие МЬИ с упомянутыми магнитудами. По результатам сравнительного анализа каталога сильных (М > 6) землетрясений северной части Тихого океана и соответствующего ему каталога цунами получены оценки вероятностей ложной тревоги и пропуска цунами в зависимости от порогового значения магнитуды (МП). Предложено двухступенчатое решающее правило для объявления тревоги цунами от близких к дальневосточному побережью России цунамигенных зон.
ВВЕДЕНИЕ
Вопрос о решающем правиле для объявления тревоги службой оперативного предупреждения о цунами (СПЦ) возник при организации такой службы в нашей стране в конце 1950-х годов. В [23] на основе довольно скудного материала наблюдений сделана попытка определить магнитудный порог цунамиопасности местного землетрясения восточнее п-ова Камчатка и Курильских островов. Анализировались данные о 81 землетрясении с М1 > 6, произошедших в 1911-1959 гг., 6 из которых сопровождались волнами цунами, причем 5 из них произошли восточнее п-ова Камчатка и одно - восточнее Южных Курил. В результате анализа этих данных, а также данных о магнитудах цунамигенных землетрясений и соответствующих интенсивностях цунами, произошедших вблизи Японии [35, 36], в работе сделан нижеследующий вывод.
В качестве первого приближенного критерия опасности цунами при курило-камчатских землетрясениях можно предложить величину магнитуды землетрясения и считать, что в пределах региона п-ова Камчатка угроза разрушительного цунами с высотой волны п > 2 м на ближайшем берегу появляется при М > 7. Восточнее Курильских о-вов такое событие возможно при М > 7.5 и неизбежно при М > 8.
Отметим известную осторожность авторов работы, с которой они определяют магнитудный порог цунамиопасности землетрясения ("приближенный
1 Здесь и далее под магнитудой М землетресения
подразумевается оценка его величины по шкале МЬИ или (что тоже) МЬУ, разработанной для поверхностных волн.
критерий опасности цунами"). К этому были серьезные основания: судя по использованным ими данным, разрушительные цунами с интенсивностью г = 1 возможны уже при магнитуде М = 6.75, хотя и крайне редко.
В [17], с использованием собранных многочисленных исторических данных о цунами, установлены магнитудные пороги цунамиопасности для российского побережья от землетрясений, произошедших в различных регионах Тихоокеанской акватории. Эти пороги определялись, в частности, из условия, что российская служба оперативного предупреждения о цунами ".. .не должна пропускать ни одного цунами с г > 1 и почти ни одного цунами с г > 0".
Интенсивность цунами определена как
г = 0.5 + 1о§ 2П,
П = 2
(г -0.5)
(1)
где п - среднемаксимальное значение высоты вертикального подъема воды (вертикального зап-леска) на ближайших к источнику берегах.
Тогда по (1) при г > 1 средняя высота заплеска на ближайшем берегу п > 1.4 м, а при г > 0 - п > 0.7 м, соответственно.
В [17] определены следующие значения магни-тудного порога цунамиопасности в интересующих нас регионах: для тихоокеанских акваторий, примыкающих к Курильским островам, п-ову Камчатка и Командорским о-вам, центральной части Японского моря пороговое значение магнитуды МП = 7; для Берингова и северной части Охотского моря, Татарско-
го пролива - Мп = 6.5; для центральной части Охотского моря (вблизи о-ва Сахалин) - Мп = 5.5.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАГНИТУДНОГО КРИТЕРИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ СПЦ В 1958-1980 гг.
В [3] проанализированы фактические данные об эффективности использования найденных ранее пороговых значений магнитуды землетрясений для оценки опасности цунами в практике. Основные выводы этой работы, касающиеся Курило-Камчат-ской сейсмоактивной зоны:
1. "Теоретическая" эффективность магнитудно-го критерия цунамигенности (цунамиопасности), при принятом пороговом значении Мп = 7, крайне низка. Если ее характеризовать величиной £ отношения числа случаев фактически наблюдавшихся интенсивных волн цунами (с максимальной высотой на берегу п > 0.5 м) к числу землетрясений, способных, согласно принятому критерию, вызвать такие волны, то, по данным за период 1958-1980 гг., £ = 0.19. Иными словами, лишь одно из пяти землетрясений с М > 7 сопровождалось заметными волнами цунами.
2. Эффективность практических действий службы предупреждения о цунами также оказалась весьма низкой. Если характеризовать ее отношением числа оправдавшихся тревог (числа случаев, когда вслед за тревогой цунами наблюдались волны с высотой п > 0.5 м) к числу поданных, то это отношение £ = 0.33. То, что она оказалась выше "теоретической" эффективности магнитудного критерия, объясняется тем, что, фактически, тревога цунами подавалась лишь в 44% случаев, когда магнитуда землетрясения превышала пороговое значение. Это связано как со случайными ошибками, так и, возможно, наличием систематической погрешности, порядка - 0.4, в оперативных (по одной станции) оценках магнитуды.
3. В числе пропущенных оказались 3 случая интенсивных (п > 0.5 м, 20.10.1963 г., 05.09.1971 г., 10.06.1975 г.) волн цунами, что составляет 23% от их общего числа.
ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СПЦ
Основным, недоработанным является вопрос о том, что необходимо делать для уточнения оперативного прогноза цунами в условиях, когда индивидуальные оценки магнитуды землетрясения имеют стандартную случайную ошибку ~0.5-1 единицы шкалы и средне-групповую ошибку ~0.25-0.3 [14].
По мнению авторов, необходимо использовать оперативные оценки не одной только магнитуды МЬЫ, но всех магнитуд, какие только удастся измерить по всем типам аппаратуры и всем группам
волн, в условиях дефицита времени, отведенного на обработку. Пересчитав их все к какой-нибудь одной с помощью переходных соотношений, мы получим множество п значений одной и той же величины, оцененной независимыми способами по различным группам волн, то есть п независимых оценок. Усреднив тем или иным способом это множество, мы получим единственное значение магнитуды со случайной стандартной ошибкой п1/2 раз меньше, чем у индивидуальной оценки. Это касается отечественных магнитудных шкал.
Кроме того, необходимо в оперативной работе СПЦ использовать оценки величины землетрясения по шкалам М5 и, Мж, широко распространеным в международной практике, если эти оценки будут получены в пределах временного интервала, отведенного для выработки решения.
СИСТЕМА МАГНИТУДНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ШКАЛ ДЛЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
В практике сейсмологических наблюдений на Дальнем Востоке России применяются следующие магнитудно-энергетические шкалы (рис. 1) [14].
Для землетрясений с Н < 80 км:
МЬЫ, МЬУ [1, 6, 19, 20] - определяются по отношению А/Т в максимальной фазе поверхностной волны на записях горизонтальной (Н) или вертикальной (V) компоненты стандартной низкочастотной аппаратуры СК или СКД в диапазоне периодов от 5 до 7 с (при небольших расстояниях А < 10°), от 12 до 17 с (при А > 10°);
МРУ, МРЫ [5, 6, 19, 24, 29, 33, 34] - определяются величиной А/Т в максимуме продольной волны на записях аппаратурой СК, СКД в интервале периодов 3-10 с на вертикальной или горизонтальной компоненте, соответственно; МРУА [2] - то же, что МРУ, но по записям короткопериодной аппаратурой СКМ;
М8Ы [1, 6, 33] - определяются по аналогии с определениями магнитуд МРУ, но по записям в максимуме поперечных (5) волн;
КС [1, 6, 25] - энергетический класс, определяемый по отношению А/Т в максимальной фазе 5-волн, записанных короткопериодной аппаратурой (СКМ, ВЭГИК).
Для решения магнитудной задачи в рамках сейсмической части службы предупреждения об угрозе цунами были разработаны шкалы МРЫ, М8Ы для специализированной аппаратуры УБОПЭ (установка быстрого определения положения эпицентра) [8]. Аппаратура низкочувствительная, с увеличением V = 0 и V = 2, предназначенная для регистрации землетрясений с М > 7 [5, 6, 9, 28]. (Аппаратура ныне снята с эксплуатации).
Глубина очага землятрясения
Рис. 1. Схема используемых типов аппаратуры и сейсмических волн для определения магнитуд и энергетических классов землетрясений Дальнего Востока.
Для землетрясений с Н > 80 км списочный состав магнитудных шкал тот же (добавилась лишь шкала М8ИА), но калибровочные функции для них учитывают влияние глубины залегания гипоцентра [26, 27, 30-32].
В рамках настоящего исследования полезными для целей службы предупреждения об угрозе цунами представляются шкалы МЬИ, МЬУ, МРУ, МРИ, М8И.
Это обстоятельство отражено в [14], где были предложены пороговые значения для этих магнитуд, что повышало статистическую обеспеченность прогноза цунамиопасности (табл. 1).
Исходя из практики несения сейсмической части службы предупреждения об угрозе цунами, в регионе ответственности сейсмостанции "Южно-Саха-
линск" были дополнены (табл. 1) списки цунамигенных зон с их пороговыми значениями М: южная часть Японского моря (МП = 7.5); северная часть Японского моря (МП = 7.0); о. Хоккайдо (МП = 8.0) [12, 15].
Дальнейшее развитие магнитудно-географиче-ского критерия цунамиопасности землетрясения шло по пути унификации магнитудных оценок. В качестве универсальной магнитуды по традиции оставалась МЬИ или, что то же, МЬУ. Остальные же магнитуды из перечня оказались связанными с МЬИ следующими корреляционными соотношениями [10, 11, 13]:
МЬИ = 0.585МРУ2-6.01 МРУ+ 20.0 а МЬИ( МРУ) = 0.45;
Таблица 1. Пороговые магнитуды для объявления тревоги цунами на российских берегах при возникновени
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.