Проблемы сейсмического прогноза цунами на Дальневосточном

побережье России

В.К.ГусяковИнститут вычислительной математики и

математической геофизики Сибирское отделение РАН

Новосибирск

Email: gvk@sscc.ruWeb-site: http://tsun.sscc.ru/tsulab

Часть I Цунами в Мировом океане (что мы знаем и чего не хватает)

Часть IIЦунами в Дальневосточном регионе

(историко-аналитический обзор)

Часть IIIПроблемы оперативного прогноза

(принципиальные ограничения, зависимость I(M), размеры зон воздействия цунами)

Часть IVПроблемы долгосрочной оценки цунами-риска

(цунамирайонирования побережья)

Часть VСтратегия 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 Соловьева-Имамуры.

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.

Распределение числа жертв 11 транс-океанских цунами по времени распространения волны. Имеющаяся статистика подтверждает, что до 85% жертв происходит в течение первого часа распространения.

N

309221

44700

1650099 160 2 1 400 11 576

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ≥10Fat

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

150m 1936 Lituya Bay

120m 1854 Lituya Bay

88m 1788 Aleutians

85m 1771 Ishigaki Is.

80m 1674 Indonesia

70m 1936 Norway

68m 1964 Alaska

63m 1737 Kamchatka

62m 1934 Norway

_55m 2011 Tohoku____

51m 2004 Sumatra___

42m 1946 Aleutians

40m 2000 Greenland

38m 1896 Sanriku

226,898 2004 Sumatra____

36,417 1883 Krakatau

30,000 1755 Lisbon

30,000 1707 Nankaido

27,122 1896 Sanriku

26,000 1498 Enshunada

_19,057 2011 Tohoku____

15,000 1741 Osima

13.486 1771 Ishigaky Is.

12,000 1952 Kamchatka

10,000 1765 Guanzhou

5,233 1703 Boso Pen.

5,000 1605 Nankaido

4,376 1976 Philippines

3,000 1854 Nankaido

Три группы сильнейших цунами Мирового океана(при сравнении по трем различным параметрам – магнитуда, высота волны, число жертв)

Распределение цунамигенных событий Тихого океана по времени за последние 500 лет.(красные – катастрофические, сиреневые - сильные, зеленые – ощутимые)

XIX XX

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 IIЦунами 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 92 событияЯпонское море 9 событийОхотское море 10 событий

Распределение 111 региональных событий по индексу достоверности:V=4 (достоверные) 74 событияV=3 (вероятные) 21 событиеV=2 (возможные) 6 событийV=1 (сомнительные) 10 событий

Распределение 111 региональных событий по типу источника:

Сейсмогенные 100 событийВулканогенные 5 событийОбвальные 2 событияМетеорологические 2 событийНеизвестной природы 2 события

Распределение 111 региональных событий по интенсивности (в регионе):I ≥ 4 2 событияI ≥ 3 9 событийI ≥ 2 16 событияI ≥ 1 12 событийI ≥ 0 10 событийI < 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

17.10.173729.06.178017.05.184107.09.191813.04.192304.11.195220.10.196322.11.196904.10.199415.11.2006

8.37.58.48.27.28.57.27.38.18.1

4.03.03.03.03.04.03.03.02.63.5

63.012.015.012.014.018.615.015.010.422.0

нет данных12нет данных2418>10,000- ---

КамчаткаСредние КурилыКамчаткаСредние КурилыКамчаткаКамчаткао-в УрупКамчаткао-в Шикотано-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

0

20

40

60

80

100

%

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

6.0-6.4 6.5-6.9 7.5-7.9 8.0-9.57.0-7.4

Доли цунамигенных событий (слабых, ощутимых и разрушительных) в общем числе подводных землетрясений, происшедших в Тихом океана с 1990 по 2010 год

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).

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

1963

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 Ms=7.2 I=3.0 Hm=14м Камчатский залив 20.10.1963 Ms=7.2 I=3.0 Hm=15м о-в Уруп22.11.1969 Ms=7.3 I=3.0 Hm=15м п-ов Озерной10.06.1975 Ms=7.0 I=2.0 Hm=5.5м о-в Шикотан

Очаги цунамигенных землетрясений в районе Южных Курил

Oct.13, 1963Ms=8.1 Hm=5m

Oct.20, 1963Ms=7.2 Hm=15m

O k h o t s k S e a

P A C I F I C O C E A N

Jun.17, 1973 Ms=7.7 Hm=4.5m

Jun.10, 1975Ms=7.0 Hm=5m

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)

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)

Mw=8.4 Hm=5m Mw=7.8 Hm=15m

13.10.1963 20.10.1963

11.08.1969 10.06.1975

Mw=8.2 Hm=5m Mw=7.0 Hm=5m

Near-field and far-field heights for two Kamchatka events

Far field heights 03.02 13.04

Hilo 6.1m 0.3mHonolulu 0.9m 0.2m

03.02.1923 Ms=8.3 Hm=8m

13.04.1923 Ms=7.2 Hm=20m

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 IVПроблемы 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) Детерминированный3) 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 Canada-US 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 VСтратегия 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

Материалы официального отчета Росгидромета по Крымску

Klemes V. The improbable probabilities of extreme floods and droughts // Hydrology of Disasters, London, James and James, 1989, P.43-51.

Riverbed near Alice Spring (Australia)

The end

P