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2016年全球地震海啸监测预警与数值模拟研究 被引量：8
1
作者 任智源 原野 +9 位作者 赵联大 王培涛 侯京明 徐志国 高义 李宏伟 闪迪 王君成 范婷婷 王宗辰 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期98-110,共13页
回顾了国家海洋环境预报中心(国家海洋局海啸预警中心)2016年全球地震海啸监测预警的总体状况,并基于震源生成模型和海啸传播数值模型的计算结果详细介绍了几次主要海啸事件及其影响特性。2016年全年国家海洋环境预报中心总共对全球6.5... 回顾了国家海洋环境预报中心(国家海洋局海啸预警中心)2016年全球地震海啸监测预警的总体状况,并基于震源生成模型和海啸传播数值模型的计算结果详细介绍了几次主要海啸事件及其影响特性。2016年全年国家海洋环境预报中心总共对全球6.5级(中国近海5.5级)以上海底地震响应了45次,发布海啸信息81期,没有发生对我国有明显影响的海啸。结合精细化的数值模拟结果和浮标监测数据,重点介绍了苏门达腊7.8级地震海啸、厄瓜多尔7.8级地震海啸、新西兰7.1级和7.8级地震海啸,以及所罗门7.8级地震海啸的波动特征和传播规律,模拟结果与实测海啸波符合较好。针对厄瓜多尔7.8级地震海啸事件,本文比较分析了均匀断层模型和多源有限断层模型对模拟结果的影响;针对新西兰7.1级地震海啸,探讨了色散效应对海啸波在大水深、远距离传播过程的影响规律。 展开更多
关键词 地震海啸 海啸预警 数值模拟 浅水波方程 BOUSSINESQ方程
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日本东北M_W9.0地震海啸在港池及邻近区域诱发的涡流危险性计算与评估分析 被引量：11
2
作者 王培涛 闪迪 +7 位作者 王岗 于福江 侯京明 赵联大 原野 范婷婷 任智源 王宗辰 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期4162-4177,共16页
海啸造成的灾害与损失并非都与淹没有关,特别是港口中海啸诱导的强流会对船只及海事设施产生重要的影响及损害.由于海啸流观测数据稀缺及海啸诱导涡流机制的不确定性,过去60年海啸科学主要集中于对海啸波特征及淹没过程的研究与分析,海... 海啸造成的灾害与损失并非都与淹没有关,特别是港口中海啸诱导的强流会对船只及海事设施产生重要的影响及损害.由于海啸流观测数据稀缺及海啸诱导涡流机制的不确定性,过去60年海啸科学主要集中于对海啸波特征及淹没过程的研究与分析,海啸流模拟及验证工作开展较少,导致对海啸流基本特征及其造成灾害现象的曲解.开展海啸诱导的涡流研究及预警服务显得尤为重要及紧迫.考虑快速海啸预警需要,综合对比海啸诱导涡流的物理框架及模型方法,探索兼顾效率与计算精度的海啸流模拟方法是本文的核心工作及出发点.通过分析浅层湍流相干结构(TCS)产生的主要物理耗散机制,确定了考虑2D水平耗散机制的非线性浅水方程可用于海啸涡流的模拟分析.基于高精、高分辨率有限体积模型Geoclaw建立了三个精细化的港口海啸流模型,模型分辨率为5m.利用基于海啸浮标反演的海啸源模型作为初始条件,模拟分析了日本东北地震海啸在远场的海啸波流特征.海啸波流特征模拟结果与观测吻合较好,结果可信.对比发现:波驱动的自由表面流,小的位相或波幅误差就会导致大的流速误差,流的模拟和预报相对波幅来说更具挑战性.研究了海啸波流能量在港池中的分布特征,得到:港池入口及防波堤两端常被强流控制,具有极高的危险性;相对于波幅的空间变化,海啸流具有更强的空间敏感性;所建立的高分辨率海啸模型模拟再现了日本海啸在近场的涡旋结构,给出了与观测基本一致的涡流特征.最后,引入海啸流危险等级标准,分析了港口海啸流危险性等级分布、船只疏散的安全深度及回港的时间周期.针对港口、海湾同时考虑海啸波流特征的海啸预警与评估对于港口应急管理者科学决策具有重要意义. 展开更多
关键词 日本东北地震 海啸涡流 浮标反演 危险性评估 湍流相干结构 非线性浅水方程 海啸波流特征
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海底地震有限断层破裂模型对近场海啸数值预报的影响 被引量：9
3
作者 王培涛 于福江 +2 位作者 原野 闪迪 赵联大 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期1030-1045,共16页
快速准确的海啸源模型是近场海啸精确预警的关键.尽管目前还没有办法直接对其进行正演定量计算,但是可以通过多源地震、海啸观测数据进行反演或联合反演推算.不同的海啸源可能导致不同的预警结论,了解不同类型海啸源适用性、评估海啸源... 快速准确的海啸源模型是近场海啸精确预警的关键.尽管目前还没有办法直接对其进行正演定量计算,但是可以通过多源地震、海啸观测数据进行反演或联合反演推算.不同的海啸源可能导致不同的预警结论,了解不同类型海啸源适用性、评估海啸源特征差异对近场海啸的影响,无论对于海啸预警还是海啸模拟研究尤为重要.本文评估分析了6种不同同震断层模型对2011年3月11日日本东北地震海啸近场数值预报的影响,重点对比分析了有限断层模型与均一滑动场模型对近场海啸产生、传播、淹没特征的影响及各自的误差.研究表明:近场海啸波能量分布主要取决于海啸源分布特征,特别是走向角的差异对海啸能量分布影响较大;有限断层模型对海啸灾害最为严重的39°N以南沿岸地区的最大海啸爬坡高度明显优于均一滑动场模型结果;综合对比DART浮标、GPS浮标及近岸潮位站共32个站次的海啸波幅序列结果发现有限断层模型整体平均绝对/相对误差比均一滑动场模型平均误差要低,其中Fujii海啸源的平均绝对/相对误差最小,分别是0.56m和26.71%.UCSB海啸源的平均绝对/相对误差次之.3个均一滑动场模型中USGSCMT海啸源模拟精度最高.相对于深海、浅海观测站,有限断层模型比均一滑动场模型对近岸观测站计算精度更高.海啸源误差具有显著的方向性,可能与反演所采用的波形数据的代表性有关;谱分析结果表明Fujii海啸源对在12至60min主频波谱的模拟要优于UCSB海啸源.海啸源中很难真实反映海底地震破裂过程,然而通过联合反演海啸波形数据推算海啸源的方法可以快速确定海啸源,并且最大限度的降低地震破裂过程与海啸产生的不确定性带来的误差. 展开更多
关键词 海底地震 有限断层破裂模型 近场海啸 谱分析 Dart浮标 数值预报 联合反演
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海啸波对近岸岛礁影响的数值模拟研究 被引量：3
4
作者 任智源 赵曦 +1 位作者 闪迪 王培涛 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期1-13,共13页
基于Okada有限断层模型和非线性浅水波方程,结合高精度嵌套网格建立了越洋(中国近海)-局部-近岸岛礁的海啸生成与传播的数值模型。以三亚凤凰岛为例,首先针对2011日本地震海啸,模拟分析了海啸波沿中国沿海大陆架的传播特征及对凤凰岛的... 基于Okada有限断层模型和非线性浅水波方程,结合高精度嵌套网格建立了越洋(中国近海)-局部-近岸岛礁的海啸生成与传播的数值模型。以三亚凤凰岛为例,首先针对2011日本地震海啸,模拟分析了海啸波沿中国沿海大陆架的传播特征及对凤凰岛的影响规律。在取得验证结果的基础上,进一步讨论了中国近海的马尼拉海沟和琉球海沟的潜在海啸源,以及环太平洋的21个潜在特大越洋海啸对凤凰岛的影响特征。依据海啸波在抵达凤凰岛的波浪特征,结合傅里叶频谱分析方法,探索了近岸岛礁对海啸波的放大效应。结果表明,中国近海一般震级的海啸和特大越洋海啸对凤凰岛存在一定影响,最大波幅接近1m,传播时间从3h到27h不等。受三亚东南半岛的影响,琉球海沟激发的海啸和越洋海啸在凤凰岛的放大效应相对于马尼拉海沟较小,其频率集中在0.8×10-4~2×10-4 Hz。马尼拉海沟产生的海啸波在凤凰岛产生了较为显著的放大效应,对于凤凰岛是值得关注的高风险海啸源。 展开更多
关键词 海啸波 近岸岛礁 数值模拟 凤凰岛 放大效应
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港湾中海啸流的模拟及其时空演变特征对输入条件不确定性的响应分析 被引量：1
5
作者 王培涛 闪迪 +6 位作者 侯京明 王岗 高义 任智源 范婷婷 王宗辰 王君成 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1325-1340,共16页
一直以来,海啸波特征作为表征海啸潜在破坏性的参数指标得到了广泛应用,特别是针对近场极端海啸事件造成的灾害来说,这种表征具有较好的适用性.然而总结分析历史海啸事件造成的损失发现:在远场近岸及港湾系统中,海啸诱导的强流却是造成... 一直以来,海啸波特征作为表征海啸潜在破坏性的参数指标得到了广泛应用,特别是针对近场极端海啸事件造成的灾害来说,这种表征具有较好的适用性.然而总结分析历史海啸事件造成的损失发现:在远场近岸及港湾系统中,海啸诱导的强流却是造成损失的主要原因.陆架或港湾振荡导致海啸波幅快速升降诱发强流,可能促使港工设施受到威胁及损害,进而对海啸预警服务及海事应急管理提出了新的挑战.因此,全面理解与评估海啸在港湾中诱发的灾害特征,探索港湾中海啸流的数值模拟方法,发展针对港湾尺度的海啸预警服务指导产品尤为迫切.受限于海啸流验证数据的缺乏及准确模拟海啸流技术方法的诸多不确定性,大部分海啸数值模拟研究工作主要是针对水位特征的研究及验证,可能导致对港湾中海啸灾害危险性认识的曲解与低估.本研究基于非线性浅水方程,针对夏威夷群岛三个典型港湾建立了精细化海啸数值模型(空间分辨率达到10m),并联合有限断层破裂模型计算分析了日本东北地震海啸在三个港湾及其邻近区域的海啸特征,波、流计算结果与实测结果吻合较好,精细化的海啸港湾模型模拟结果可信.模拟发现港湾中较小的波幅,同样可以产生强流.综合分析日本东北地震海啸波、流特征对输入条件不确定性的响应结果发现:港湾中海啸波-流能量的空间分布特征差异较大,这与港湾系统中海啸波的驻波特性相关;相比海啸波幅空间特征,海啸流特征具有更强的空间敏感性;海啸流时空分布特征对输入条件的不确定性响应比海啸波幅对这些不确定性的响应更强,海啸流的模拟与预报更有挑战性;不确定性对海啸流计算精度的影响会进一步传导放大港湾海啸流危险性的评估及对港工设施产生的应力作用的误差,合理的输入条件对海啸流的精确模拟至关重要.最后,希望通过本文的研究可以从海啸波-流特征角度更加全面认识近岸海啸灾害特征,拓展海啸预警服务的广度与深度,从而为灾害应急管理部门提供更加科学合理的辅助决策产品. 展开更多
关键词 日本东北地震 海啸流 时空演变 港湾振荡 非线性浅水方程 有限断层破裂模型
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有限断层模型在2015年9月16日智利M_w8.3级地震海啸数值模拟中的应用与评估 被引量：3
6
作者 闪迪 王培涛 +4 位作者 任智源 原野 赵联大 范婷婷 王宗辰 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第11期49-60,共12页
2015年9月16日22时54分(当地时间)智利中部近岸发生M_w8.3级地震,震源深度25km。同时,强震的破裂区长200km,宽100km,随之产生了中等强度的越洋海啸。海啸影响了智利沿岸近700km的区域,局部地区监测到近5m的海啸波幅和超过13m的海啸爬坡... 2015年9月16日22时54分(当地时间)智利中部近岸发生M_w8.3级地震,震源深度25km。同时,强震的破裂区长200km,宽100km,随之产生了中等强度的越洋海啸。海啸影响了智利沿岸近700km的区域,局部地区监测到近5m的海啸波幅和超过13m的海啸爬坡高度。太平洋区域的40多个海啸浮标及200多个近岸潮位观测站详细记录了此次海啸的越洋传播过程,为详细研究此次海啸近场及远场传播及演化规律提供了珍贵的数据。本文选择有限断层模型和自适应网格海啸数值模型建立了既可以兼顾越洋海啸的计算效率又可以实现近场海啸精细化模拟的高分辨率海啸模型。模拟对比分析了海啸的越洋传播特征,结果表明采用所建立的模型可以较好地再现远场及近场海啸特征,特别是对近场海啸的模拟结果非常理想。表明有限断层可以较好地约束近场、特别是局部区域的破裂特征,可为海啸预警提供更加精确的震源信息,结合高分辨率的海啸数值预报模式实现海啸传播特征的精细化预报。本文结合观测数据与数值模拟结果初步分析了海啸波的频散特征及其对模型结果的影响。同时对观测中典型的海啸波特征进行的简要的总结。谱分析结果表明海啸波的能量主要分布在10~50min周期域内。这些波特征提取是现行海啸预警信息中未涉及,但又十分重要的预警参数。进一步对这些波动特征的详细研究将为海啸预警信息及预警产品的完善提供技术支撑。 展开更多
关键词 有限断层 数值模拟 地震海啸 海啸浮标 自适应网格
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日本南海海槽地震海啸对我国东海沿岸影响 被引量：2
7
作者 闪迪 王培涛 +3 位作者 任智源 孙立宁 赵联大 范婷婷 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1151-1158,共8页
本文利用数值模拟技术重现了1707年宝永地震海啸的传播过程,定量分析了我国东海沿岸海啸时空分布特征。计算结果表明,地震发生2.5小时后海啸波传至东海陆架,震后6小时浙江沿海地区遭到海啸的袭击,沿岸最大海啸波高为0.8米。通过海啸波... 本文利用数值模拟技术重现了1707年宝永地震海啸的传播过程,定量分析了我国东海沿岸海啸时空分布特征。计算结果表明,地震发生2.5小时后海啸波传至东海陆架,震后6小时浙江沿海地区遭到海啸的袭击,沿岸最大海啸波高为0.8米。通过海啸波在东海大陆架传播时海底地形与波幅的关系,研究分析了东海陆架缓变地形下海啸放大效应,为及时判断沿海可能的海啸强度和受灾程度提供了便捷的估算方法。此外,本文还评估了南海海槽发生极端地震时,中国东海沿岸的海啸危险性,为东海区域针对日本南海海槽进行海啸预警和减灾评估提供定量科学的参考。 展开更多
关键词 日本南海海槽 地震海啸 数值模拟 海啸危险性
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2010年智利和2011年日本地震海啸在我国东南沿岸诱导的波流特征及危险性分析
8
作者 闪迪 王培涛 +2 位作者 孙立宁 任智源 赵联大 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期310-319,共10页
本文基于有限断层模型和OKADA位错模型计算海表变形场作为初始条件,利用MOST海啸数值模型模拟分析了2010年智利和2011年日本地震海啸在我国东南沿海地区的海啸传播特征,海啸波模拟结果与观测数据吻合较好。重点研究分析了沈家门港口海... 本文基于有限断层模型和OKADA位错模型计算海表变形场作为初始条件,利用MOST海啸数值模型模拟分析了2010年智利和2011年日本地震海啸在我国东南沿海地区的海啸传播特征,海啸波模拟结果与观测数据吻合较好。重点研究分析了沈家门港口海域的海啸波流特征及其诱导的涡旋结构。研究结果表明:尽管两次事件的海啸源位置及破裂特征完全不同,但海啸波流在我国东南沿岸的分布特征大致相似;另外相对于海啸波幅而言,港湾中海啸流具有更强的空间差异性,港口入口、岬角地形处和岛屿间水道中往往会有强流存在。尽管这两次越洋海啸均未能在我国东南沿海引发淹没情形,但通过数值计算发现局部均存在超过3 m/s以上的强流,因此进行海啸预警及风险管理时应综合考虑海啸波流的影响。 展开更多
关键词 越洋海啸 沈家门港 海啸波流特征 海啸涡流 危险性评估
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