Проблемы сейсмического прогноза цунами на Дальневосточном побережье России В.К.Гусяков

1. Проблемы сейсмического прогноза цунами на Дальневосточном побережье России В.К.Гусяков Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирское отделение РАН Новосибирск Email: gvk@sscc.ru Web-site: http://tsun.sscc.ru/tsulab

2. Часть I Цунами в Мировом океане (что мы знаем и чего не хватает) Часть II Цунами в Дальневосточном регионе (историко-аналитический обзор) Часть III Проблемы оперативного прогноза (принципиальные ограничения, зависимость I(M), размеры зон воздействия цунами) Часть IV Проблемы долгосрочной оценки цунами-риска (цунамирайонирования побережья) Часть V Стратегия развития СПЦ и защиты населения от цунами

3. Карта очагов цунами. Показаны 2250цунамигенных событий, происшедших в Мировом океане с 2000 BC по2012 AD. Цветом показана интенсивность цунами по шкале Соловьева-Имамуры.

4. Карта очагов цунами. Показаны 2250цунамигенных событий, происщедших в Мировом океане с 2000 BC to 2012. Красным цветом выделены 14 событий вызвавших транс-океанскиецунами. 12 из этих 14 событий были вызваны землетрясениями класса М9.

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

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

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

8. Сравнительная длина и полнота региональных каталогов цунами. Цвет линии соответствует интенсивности цунами по шкале Соловьева-Имамуры. Средняя (по регионам Тихого океана) длина каталога - 425лет.

9. 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.

10. ЧАСТЬ II Цунами в Дальневосточном регионе (историческо-аналитический обзор)

11. Карта Дальневосточного региона и границы зоны ответственности СПЦ

12. Карта сейсмичности Дальневосточного региона, очаги сильных (M > 7) землетрясений и карта очагов цунами за весь исторический период наблюдений (с 12737 года)

13. Карта очагов цунами в Дальневосточном регионе России. Показано положение 111 очагов за период 1737-2012

14. Временная развертка Дальневосточного каталога цунами

15. Временная развертка Дальневосточного сейсмического каталога

16. 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 события Японское море 9 событий Охотское море 10 событий

17. Распределение 111 региональных событий по индексу достоверности: V=4 (достоверные) 74 события V=3 (вероятные) 21 событие V=2 (возможные) 6 событий V=1 (сомнительные) 10 событий Распределение 111 региональных событий по типу источника: Сейсмогенные 100 событий Вулканогенные 5 событий Обвальные 2 события Метеорологические 2 событий Неизвестной природы 2 события Распределение 111 региональных событий по интенсивности(в регионе): I ≥ 4 2 события I ≥ 3 9 событий I ≥ 2 16 события I ≥ 1 12 событий I ≥ 0 10 событий I < 0 40 событий I не определена 19 событий

18. 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.

19. Опубликованные каталоги цунами Дальневосточного региона: Соловьев, 1978 – 65 событий, Заякин, 1996 – 68 событий

20. Опубликованные сейсмические каталоги Дальнего Востока: Кондорская, Шебалин, 1977; Годзиковская, 2010

21. 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

22. ЧАСТЬ III Проблемы оперативного прогноза (принципиальные ограничения, зависимость I(M), размеры зон воздействия цунами)

23. Limits for 20-min (red) and 40-min (green) propagation time zones for the Kuril-Kamchatka tsunamigenic region

24. 100 % 80 7.0-7.4 60 40 20 0 6.0-6.4 6.5-6.9 7.5-7.9 8.0-9.5 233 76 24 10 0 no tsunami. 4 7 10 6 2 I<-0.5 1 4 7 5 3 -0.5<=I<=1.5 0 0 5 4 3 I>1.5 Доли цунамигенных событий (слабых, ощутимых и разрушительных) в общем числе подводных землетрясений, происшедших в Тихом океана с 1990 по 2010 год

25. Зависимость интенсивности цунамиI (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).

26. 1963 Зависимость интенсивности цунамиI (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

27. Зависимость интенсивности цунами от магнитуды Ms (слева) для цунамигенных событий, происшедших в Дальневосточном регионе РФ с 1737 по 2009 год

28. Анализ эффективности работы Дальневосточной СПЦ в 1958-2009 гг., выполненный в работе Гусяков, 2009

29. 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 Уруп 22.11.1969 Ms=7.3 I=3.0 Hm=15м п-ов Озерной 10.06.1975 Ms=7.0 I=2.0 Hm=5.5м о-в Шикотан

30. O k h o t s k S e a Oct.13, 1963 Ms=8.1 Hm=5m Oct.20, 1963 Ms=7.2 Hm=15m Jun.17, 1973 Ms=7.7 Hm=4.5m P A C I F I C O C E A N Jun.10, 1975 Ms=7.0 Hm=5m Очаги цунамигенных землетрясений в районе Южных Курил

31. Расчет распространения цунами на плоском дне от кругового (слева) и модельного сейсмического источника (справа) в виде вертикального взброса

32. Численное моделирование распространения цунами на модельном рельефе. Источник – пологий надвиг с магнитудой Mw=7.8 и размером разрыва 100 км.

33. Диаграмма излучения энергии цунами модельным очагом с Mw=7.8 и положение виртуальных береговых и донных мареографов

34. Расчетные мареограммы на берегу (слева), на краю шельфа (в центре) и на океаническом борту глубоководной впадиныt) (справа)

35. 10.06.1975 11.08.1969 Mw=8.2 Hm=5m Mw=7.0 Hm=5m 13.10.1963 20.10.1963 Mw=8.4 Hm=5m Mw=7.8 Hm=15m Comer (1983) Tsunami earthquakes and undersea deformation Tide gauge records from Wake and Midway for several tsunamis from South Kurile regionWake (D~3200 km),Midway ( D~3500 km)

36. Near-field and far-field heights for two Kamchatka events 13.04.1923 Ms=7.2 Hm=20m 03.02.1923 Ms=8.3 Hm=8m Far field heights 03.02 13.04 Hilo 6.1m 0.3m Honolulu 0.9m 0.2m

37. 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.

38. Часть IV Проблемы долгосрочной оценки цунамиопасности и цунами-риска (цунамирайонирования побережья, расчета карт затопления при цунами, оценки ущерба)

39. 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

40. Основные подходы к задаче цунамирайонирования: • Историко-вероятностный • Детерминированный • Методология PTHA Основные этапы историко-вероятностного подхода

41. Расчетная основа карты цунамирайонирования побережья Японского моря

42. Mw8.4 model sources Computed weave height distribution for 5 model Mw8.4 sources along the coastline (red), 50m (blue) , 200m (green) and 1000m (pink) depth contours

43. Historical run-up distribution along the coast of Honshu before and after 2011

44. Распределение измеренных высот цунами 11.03.2011 вдоль побережья Тохоку

45. ? ? 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.

46. 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.

47. ЧАСТЬ V Стратегия развития СПЦ и защиты населения от цунами • Основные направления развития СПЦ • Переход от бинарного (да/нет) прогноза к трехуровневому • Пространственное ограничение размеров зон выпуска тревог • 3) Спецификация прогнозных критериев для каждого защищаемого пункта • 4) Повышение готовности населения к редким стихийным бедствиям

48. Таблица тревог цунами, выпускаемых АЦПЦ в Палмере, Аляска

49. Таблицы типов сообщений и размеров зон, предлагаемых к использованию в СПЦ для Средиземноморья

50. Таблица тревог цунами, предлагаемая к использованию в СПЦ для Средиземноморья