一个覆盖太平洋区域的地震海啸波幅预报系统及检验

ji.ssn.0253-4193.2019.02.001 WangZongchen,YuanYe,WangPeitao,etal.Developmentandvalidationofatsunamiamplitudeforecastsystemcoveringthewhole PacificOcean[J].HaiyangXuebao,2019,41(2):1—13,doi:10.3969/ji.ssn.0253-4193.2019.02.001
关键词:定量海啸预警;海啸波幅预报;格林公式;后报检验
中 图 分 类 号 :P731.25
文 献 标 志 码 :A
文 章 编 号 :0253-4193(2019)02-0001-13
1 引言
2004年印 度 洋 大 海 啸(也 称 南 亚 海 啸)之 后,海 啸灾害被全世界所知晓,沿海国家纷纷开始投入大量 人 力 、物 力 和 财 力 建 设 海 啸 预 警 系 统[1]。 我 国 的 海 啸 预警建设起步相对较晚,很大原因可能是近代中国鲜 有明确 的 海 啸 致 灾 记 录[2]。 然 而,从 地 理 位 置 上 分 析,东海面临着来自太平洋的海啸风险;在南海区域, 马尼拉海沟 所 带 来 的 海 啸 风 险 同 样 不 可 忽 视。2010 年 智 利 矩 震 级(Mw)8.8 地 震 海 啸 在 中 国 沿 海 引 发 了 超过30cm 的海啸波[3];2011年的日本 Mw9.0地震
摘要:基于线性长波方程和缓变地形近岸波幅格林公式建立了覆盖整个太平洋区域的准实时地震海
啸波幅预报系统。系统利用了 GPU 并行加速技术,可在90s之内完成太平洋区域32h的海啸传播
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
计算和中国沿海城市岸段的波幅特征值预报。筛选了自2006年以来的9次发生在太平洋区域,矩震
级(Mw)超 过 8.0 且 资 料 丰 富 的 历 史 地 震 海 啸 事 件 ,对 预 报 系 统 进 行 了 后 报 检 验 。 结 果 表 明 ,线 性 长 波 模 型 能 够 很 好 的 模 拟 海 啸 在 大 洋 中 的 传 播 过 程 ;格 林 公 式 能 够 较 为 准 确 的 估 算 缓 变 水 深 和 开 阔 地
形 条 件 下 的 近 岸 海 啸 最 大 波 幅 ,波 幅 预 警 准 确 率 可 达 80% ,基 本 满 足 海 啸 预 警 需 求 。 以 2011 年 日 本
Mw9.0 地 震 海 啸 为 例 ,评 估 了 该 系 统 对 中 国 城 市 岸 段 的 波 幅 预 警 能 力 ,结 论 基 本 合 理 。 需 要 注 意 的
数据库方法可在震后短时间内根据震级和震源 深度迅速查询和估算海啸波幅。优点是流程简单,耗
收稿日期:2018-08-18;修订日期:2018-10-23。 基金项目:国家重点研发计划(2016YFC1401501);国家自然科学基金项目(41806045)。 作者简介:王宗辰(1988—),男,山东省龙口市人,研究实习员,主要从事海洋灾害预警、海啸和风暴潮研究。E-mail:wangzc@
第41卷 第2期
海洋学报
Vol.41,No.2
2019 年 2 月
HaiyangXuebao
February2019
王 宗 辰 ,原 野 ,王 培 涛 ,等 .一 个 覆 盖 太 平 洋 区 域 的 地 震 海 啸 波 幅 预 报 系 统 及 检 验[J].海 洋 学 报 ,2019,41(2):1—13,doi:10.3969/
面对 不 断 涌 现 的 定 量 海 啸 预 警 系 统,系 统 检 验 自然必不可少。Synolakis等 提 [16] 出 了 检 验 海 啸 数 值 模 型 稳 定 性 和 准 确 性 的 思 路 ,从 方 程 推 导 、物 理 试 验以及实地考察3个方面阐述了具体的检验方法。 上述方法虽然科学 严 谨,但 是 对 于 业 务 化 系 统 而 言 过于细致且不易开 展。Allen 和 Greenslade[17]介 绍 了8个常见的预报 检 验 指 数,并 且 以 澳 大 利 亚 联 合 海啸预警中 心 的 T2 海 啸 情 景 数 据 库 为 例,对 这 8 个指 数 适 用 性 进 行 了 对 比 分 析。Greenslade 等[18] 对印度洋区域7个不同的海啸预警系统进行了横向 统计分析,结果表明 波 幅 预 报 结 果 的 标 准 偏 差 高 达 62%。虽然不同预 警 系 统 采 用 的 方 法、模 型 和 水 深 数据不尽相同,但是 预 报 结 果 之 间 如 此 大 的 差 异 也 侧面反应了海啸预警系统的准确性和稳定性还有待 进一步验证。
是 ,利 用 该 系 统 计 算 对 海 啸 源 特 别 敏 感 的 近 场 海 啸 波 幅 可 能 产 生 较 大 偏 差 。 提 出 了 若 要 进 一 步 提 高
定量海啸波幅预警的准确率,可从以下两个方面加强研究和业务实践:一是采用多数据联合反演方法
提升海啸源的精度;二是提高格林公式的适用性,或者构建高效的近岸精细化海啸数值预报系统。
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海洋学报 41卷
时短,物理意义明确。不足之处是数据库方法既无法 应对地震目录之外的海啸场景,也无法根据震源机制 对预报结果进行订正。随着对地震海啸科学认知的 加深,数据库中的海啸情景还需要随时间更新。海啸 数值模型方法则可以实时计算海啸源和海啸传播。 其优势为可以针对任何位置的海底地震做出响应,随 着震源参数不断更新,海啸模拟结果也更加接近实际 情况。虽然该方法的时效性较数据库方法略显不足, 但是,其更广泛的适用性和更高的预报准确率是数据 库方法无法企及的优势。
一个覆盖太平洋区域的地震海啸 波幅预报系统及检验
王宗辰1,2,原野1,2,3,王培涛1,2,3,高义1,2,3,李宏伟1,2,侯京明1,2
(1.国家海洋环境预报中心,北京 100081;2.自然资源部 海啸预警中心,北京 100081;3.自然资源部 海洋灾害预报技术 研究重点实验室,北京 100081)
海啸事件中,我国舟山群岛附近监测到了约60cm 的 海啸波[4]。
及时、准确的海啸预警系统是应对海啸灾害的有 效手段。随着海啸源算法、浅水方程数值解法的逐渐 成熟和高性能计算机的快速发展,定量化逐渐成为海 啸预警系统的发展方 向[1]。定 量 海 啸 预 警 方 法 主 要 包括两大类,一类是海啸情景数据库方法[5-11];另 一 类是准实时海啸数值模型方法 ,两 [9,12-15] 者各有优势 和不足。