hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-1040Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESО моделировании Симуширских цунами 2006 и 2007 гг. в районе Средних КурилOn modelling 2006, 2007 Simushir tsunamis in the Central Kuril regionИвановаА. А.IvanovaA. A.

Москва

Moscow

КуликовЕ. А.KulikovE. A.

Москва

Moscow

ФайнИ. В.FainI. V.

Сидней, Британская Колумбия

Sidney, BC

Институт океанологии имени П. П. Ширшова РАНРоссияP. P. Shirshov Institute of Oceanology, RASRussian FederationИнститут океанских наукКанадаInstitute of Ocean SciencesCanada20172711202210356—64Copyright © Иванова А.А., Куликов Е.А., Файн И.В., 20222022Иванова А.А., Куликов Е.А., Файн И.В.Ivanova A.A., Kulikov E.A., Fain I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1040

Предметом исследования является оценка влияния качества данных о рельефе морского дна на способность численных моделей распространения цунами адекватно воспроизводить распределение максимальных высот волн вдоль побережья. Численные эксперименты были выполнены для двух Симуширских цунами 15.11.2006 г. и 13.01.2007 г в центральной части Курильских островов. Показано, что широко используемые батиметрические базы данных, такие как GEBCO, не обеспечивают необходимой точности и разрешающей способности цифровых карт батиметрии. В работе были использованы несколько источников данных, включая GEBCO в глубоководной части океана и данные ГУНИО на шельфе и мелководье. Показано, что расчеты, выполненные на сетках с разрешением 30 угловых секунд, обеспечивают только качественную оценку распределения высот цунами вдоль побережья. В то же время, количественное совпадение результатов моделирования и данных наблюдений удается получить только для сеток с пространственным разрешением не хуже 10 угловых секунд. Максимальные высоты цунами наблюдались вдоль побережья о. Матуа, что подтверждается модельными расчетами. Подробные исследования показали, что экстремальные высоты цунами и скоростей течений наблюдаются в бухте Двойная (о. Матуа) и связаны с возникновением собственных колебаний в бухте.

The subject of this study is to estimate how the quality of bottom bathymetry data effects on the capability of the numerical models to adequately reproduce the distribution of the maximum heights of tsunami waves along the coast. Numerical experiments have been carried out for the Simushir tsunamis of November 15, 2006 and January 13, 2007 in the Central Kuril region. It is shown that widely used bathymetry data bases, such as GEBCO, do not provide the required accuracy and resolution of digital bathymetry charts. Here we have used various data sources, including GEBCO in the deep ocean region and data from the GUNIO on the shelf and in the shallow waters. It is shown that the calculations performed for grids with a resolution of 30 arc seconds provide only a qualitative estimate of the distribution of tsunami heights along the coast. At the same time, a quantitative coincidence of the simulation results and the observational data can be obtained only for grids with a spatial resolution of 10 arc seconds or better. The maximum tsunami heights were observed along the coast of Isle Matua, which is confirmed by the model calculations. Detailed studies have shown that the extreme tsunami heights and current velocities are observed in the Dvoynaia Bay (Matua Island) and are associated with the occurrence of eigenmodes oscillations in the bay.

цунамичисленная модельрельеф дназаплеск цунамиtsunaminumerical modelbottom bathymetrytsunami inundationReferencesKowalik Z., Horillo J., Knight W., Logan T. The Kuril Islands tsunami of November 2006: Part I: Impact at Crescent City by distant scattering // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. C01020.Kowalik Z., Horillo J., Knight W., Logan T. The Kuril Islands tsunami of November 2006: Part I: Impact at Crescent City by distant scattering. J. Geophys. Res. 2008, 113, C01020.Uslu B., Borrero J. C., Dengler L. A., Synolakis C. E. Tsunami inundation at Crescent City, California generated by earthquakes along the Cascadia Subduction Zone // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. L20601.Uslu B., Borrero J. C., Dengler L. A., Synolakis C. E. Tsunami inundation at Crescent City, California generated by earthquakes along the Cascadia Subduction Zone. Geophys. Res. Lett. 2007, 34, L20601.Лаверов Н. П., Лаппо С. С., Лобковский Л. И., Куликов Е. А. Сильнейшие подводные землетрясения и катастрофические цунами. Анализ, моделирование, прогноз // Фундаментальные исследования океанов и морей. Кн. 1. М.: Наука, 2006. С. 191—209.Laverov N. P., Lappo S. S., Lobkovskiy L. I., Kulikov E. A. The strongest underwater earthquakes and catastrophic tsunami. Analysis, modeling, forecast. Fundamental studies of the oceans and seas. Moscow, Nauka. 2006, 1, 191—209 (in Russian).Лаверов Я. Я., Лаппо С. С., Лобковский Л. И., Баранов Б. В., Кулинич Р. Г., Карп Б. Я. Центрально-Курильская «брешь»: строение и сейсмический потенциал // ДАН. 2006. Т. 408, № 6. С. 1—4.Laverov N. P., Lappo S. S., Lobkovsky L. I., Baranov B. V., Kulinich R. G., Karp B. Ya. The Сentral Kuril «gap»: Structure and seismic potential. Doklady Earth Sciences. 2006, 409, 5, 787—790.Лобковский Л. И. Катастрофическое землетрясение и цунами 26.12.2004 в северной части Зондской островной дуги: геодинамический анализ и аналогия с Центральными Курилами // Вестн. РАЕН. 2005. № 2. С. 53—61.Lobkovskiy L. I. A catastrophic earthquake and tsunami on 26.12.2004 in the northern part of the Sunda island arc: geodynamic analysis and analogy with the Central Kurils. Vestnik RAEN. 2005, 2, 53—61 (in Russian).Лобковский Л. И., Мазова Р. Х., Катаева Л. Ю., Баранов Б. В. Генерация и распространение катастрофических цунами в акватории Охотского моря. Возможные сценарии // Докл. РАН. 2006. Т. 410, № 4. С. 528—531.Lobkovsky L. I., Mazova R. Kh., Kataeva L. Yu., Baranov B. V. Generation and Propagation of Tsunami Wave in the Okhotsk Sea Basin. Possible Scenarios. Doklady Earth Sciences. 2006, 410, 4, 528—531 (in Russian).Lobkovsky L., Kulikov E. Analysis of hypothetical strong earthquake and tsunami in the Central Kuril Arc // Geophys. Res. Abstracts. 2006. V. 8. 04138.Lobkovsky L., Kulikov E. Analysis of hypothetical strong earthquake and tsunami in the Central Kuril Arc. Geophys. Res. Abstracts. 2006, 8, 04138.Global CMT Web Page. URL: http://www.globalcmt.org (Дата обращения: 11.03.2017).Global CMT Web Page. URL: http://www.globalcmt.org (Accessed: 11.03.2017).Fujii Y., Satake K. Tsunami sources of November 2006 and January 2007 Great Kuril earthquakes // Bull. Seism. Soc. Amer. 2008. V. 98, № 3. P. 1559—1571.Fujii Y., Satake K. Tsunami sources of November 2006 and January 2007 Great Kuril earthquakes. Bull. Seism. Soc. Amer. 2008, 98, 3, 1559—1571.Rabinovich A. B., Lobkovsky L. I., Fine I. V., Thomson R. E., Ivelskaya T. N., Kulikov E. A. Near-source observations and modeling of the Kuril Islands tsunamis of 15 November 2006 and 13 January 2007 // Advances in Geosciences. 2008. V. 14. P. 105—116.Rabinovich A. B., Lobkovsky L. I., Fine I. V., Thomson R. E., Ivelskaya T. N., Kulikov E. A. Near-source observations and modeling of the Kuril Islands tsunamis of 15 November 2006 and 13 January 2007. Advances in Geosciences. 2008, 14, 105—116.Tanioka Y., Hasegawa Y., Kuwayama T. Tsunami waveform analyses of the 2006 underthrust and 2007 outer-rise Kurile earthquakes // Advances in Geosciences. 2008. V. 14. P. 129—134.Tanioka Y., Hasegawa Y., Kuwayama T. Tsunami waveform analyses of the 2006 underthrust and 2007 outer-rise Kurile earthquakes. Advances in Geosciences. 2008, 14, 129—134.Левин Б. В., Кайстренко В. М., Рыбин А. В. и др. Проявление цунами 15.11.2006 г. на Центральных Курильских островах и результаты моделирования высот заплесков // ДАН. 2008. Т. 419, № 1. C. 118—122.Levin B. W., Kaistrenko V. M., Rybin A. V., Nosov M. A., Kolesov S. V., Pinegina T. K., Kravchunovskaya E. A., Razzhigaeva N. G., Ganzei K. S., Sasorova E. V., Evdokimov Yu. V., Ivel'skaya T. N., Bourgeois J., MacInnes B., Fitzhugh B. Manifestations of the tsunami on November 15, 2006, on the central Kuril Islands and results of the runup heights modeling. Doklady Earth Sciences. 2008, 419, 1, 335—338.MacInnes B. T., Pinegina T. K., Bourgeois J., Razhigaeva N. G., Kaistrenko V. M., Kravchunovskaya E. A. Field survey and geological effects of the 15 November 2006 Kuril tsunami in the middle Kuril Islands // Tsunami Science Four Years after the 2004 Indian Ocean Tsunami. 2009. P. 9—36.MacInnes B. T., Pinegina T. K., Bourgeois J., Razhigaeva N. G., Kaistrenko V. M., Kravchunovskaya E. A. Field survey and geological effects of the 15 November 2006 Kuril tsunami in the middle Kuril Islands. Tsunami Science Four Years after the 2004 Indian Ocean Tsunami. 2009, 9—36.Imamura F. Review of tsunami simulation with a finite difference method // Long-wave runup models. 1995. P. 25—42.Imamura F. Review of tsunami simulation with a finite difference method. Long-wave runup models. 1995, 25—42.Titov V. V., Gonzalez F. I. Implementation and testing of the method of splitting tsunami (MOST) model // US Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration, Environmental Research Laboratories, Pacific Marine Environmental Laboratory. 1997. P. 1—11.Titov V. V., Gonzalez F. I. Implementation and testing of the method of splitting tsunami (MOST) model. US Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration, Environmental Research Laboratories, Pacific Marine Environmental Laboratory. 1997, 1—11.Куркин А. А., Зайцев А. И., Ялчинер А., Пелиновский Е. Н. Модифицированный вычислительный комплекс «ЦУНАМИ» для оценки рисков, связанных с цунами // Известия АИН им. А. М. Прохорова. Прикладная математика и механика. 2004. Т. 9. С. 88—100.Kurkin A. A., Zajcev A. I., YAlchiner A., Pelinovskij E. N. Modified computing complex «TSUNAMI» for the assessment of tsunami-related risks. Izvestiya AIN im. AM Prohorova. Prikladnaya matematika i mekhanika. 2004, 9, 88—100 (in Russian).Лобковский Л. И., Рабинович А. Б., Куликов Е. А., Иващенко А. И., Файн И. В., Томсон Р. Е., Ивельская Т. Н., Богданов Г. С. Курильские землетрясения и цунами 15 ноября 2006 г. и 13 января 2007 г. (наблюдения, анализ и численное моделирование) // Океанология. 2009. Т. 49, № 2. С. 181—197.Lobkovsky L. I., Rabinovich A. B., Kulikov E. A., Ivashchenko A. I., Fine I. V., Thomson R. E., Ivelskaya T. N., Bogdanov G. S. The Kuril Earthquakes and tsunamis of November 15, 2006, and January 13, 2007: Observations, analysis, and numerical modeling. Oceanology. 2009, 49, 2, 166—181.Куликов Е. А., Файн И. В., Яковенко О. И. Численное моделирование рассеяния длинных поверхностных волн на примере Японского цунами 2011 г. // Известия РАН. Cер. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 5. C. 567—577.Kulikov E. A., Yakovenko O. I., Fine I. V. Numerical modeling of the long surface waves scattering for the 2011 Japan tsunami: Case study. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics. 2014, 50, 5, 498—507.Centenary Edition of the GEBCO Digital Atlas, published on CD-ROM on behalf of the Intergovernmental Oceanographic Commission and the International Hydrographic Organization as part of the General Bathymetric Chart of the Oceans; British Oceanographic Data Centre, Liverpool, UK, 2003. URL: http://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/gebco_one_minute_grid (Дата обращения: 12.11.2016).Centenary Edition of the GEBCO Digital Atlas, published on CD—ROM on behalf of the Intergovernmental Oceanographic Commission and the International Hydrographic Organization as part of the General Bathymetric Chart of the Oceans; British Oceanographic Data Centre, Liverpool, UK, 2003. URL: http://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/gebco_one_minute_grid (Accessed: 12.11.2016).Ji C. Rupture process of the 2006 November 15 Magnitude 8.3 Kuril Island Earthquake. URL: http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews/2006/usvcam/finite_fault.php (Дата обращения: 12.11.2016).Ji C. Rupture process of the 2006 November 15 Magnitude 8.3 Kuril Island Earthquake. URL: http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews/2006/usvcam/finite_fault.php (Accessed: 12.11.2016).Ji C. Rupture process of the 2007 January 13 Magnitude 8.1Kuril Island Earthquake. URL: http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews/2007/us2007xmae/finite_fault.php (Дата обращения: 12.11.2016).Ji C. Rupture process of the 2007 January 13 Magnitude 8.1Kuril Island Earthquake. URL: http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews/2007/us2007xmae/finite_fault.php (Accessed: 12.11.2016).Файн И. В., Куликов Е. А. Расчет смещений поверхности океана в очаге цунами, вызываемых мгновенной вертикальной подвижкой дна при подводном землетрясении // ЖВТ. 2011. Т. 16, № 2. С. 111—118.Fine I. V., Kulikov E. A. Calculation of sea surface displacements in a tsunami source area сaused by instantaneous vertical deformation of the seabed due to an underwater earthquake. Journal Vychislitel'nye Tekhnologii. 2011, 16, 2, 111—118 (in Russian).Amante C., Eakins B. W. ETOPO1 - 1 Arc-Minute Global Relief Model: Procedures, Data Sources and Analysis // NOAA Technical Memorandum NESDIS NGDC-24. 2009. 19 p.Amante C., Eakins B. W. ETOPO1 - 1 Arc-Minute Global Relief Model: Procedures, Data Sources and Analysis. NOAA Technical Memorandum NESDIS NGDC-24. 2009, 19.GEBCO 30 arc-second grid. British Oceanographic Data Center. The GEBCO_2014 Grid. 2016. URL: https://www.bodc.ac.uk/data/documents/nodb/301801/ (Дата обращения: 12.11.2016).GEBCO 30 arc—second grid. British Oceanographic Data Center. The GEBCO_2014 Grid. URL: https://www.bodc.ac.uk/data/documents/nodb/301801/ (Accessed: 12.11.2016).Куликов Е. А., Гусяков В. К., Иванова А. А., Баранов Б. В. Численное моделирование цунами и рельеф дна // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. 2016. № 6. С. 3—14.Kulikov E. A., Gusiakov V. K., Ivanova A. A., Baranov B. V. Numerical Tsunami Modeling and the Bottom Relief. Moscow University Physics Bulletin. 2016, 71, 6, 527—536.Каталог карт и книг ГУНиО РФ. Тихий океан. № 7407. URL: http://www.morkniga.ru/p803748.html (Дата обращения: 11.11.2016).Catalog of maps and books of State Administration of Navigation and Oceanography (GUNIO). Pacific Ocean. № 7407. URL: http://www.morkniga.ru/p803748.html (Accessed: 11.11.2016).Pelinovsky E. N., Mazova R. K. Exact analytical solutions of nonlinear problems of tsunami wave run-up on slopes with different profiles // Natural Hazards. 1992, V. 6, № 3. P. 227—249.Pelinovsky E. N., Mazova R. K. Exact analytical solutions of nonlinear problems of tsunami wave run—up on slopes with different profiles. Natural Hazards. 1992, 6, 3, 227—249.Carrier G. F., Greenspan H. P. Water waves of finite amplitude on a sloping beach // Journal of Fluid Mechanics. 1958. V. 4, № 01. P. 97—109.Carrier G. F., Greenspan H. P. Water waves of finite amplitude on a sloping beach. Journal of Fluid Mechanics. 1958, 4, 01, 97—109.Kaistrenko V. M. Exact solutions for wave run-up description on a sloping beach // Избранные вопросы современной математики: тезисы международной научной конференции. Калининград: Издательство КГТУ, 2005. С. 83—86.Kaistrenko V. M. Exact solutions for wave run—up description on a sloping beach. Proc. of international scientific conference «Izbrannye voprosy sovremennoj matematiki». Kaliningrad, 2005, 83—86.Lynett P. J. et al. Observations and modeling of tsunami-induced currents in ports and harbors // Earth and Planetary Science Letters. 2012. V. 327. P. 68—74.Lynett P. J. et al. Observations and modeling of tsunami—induced currents in ports and harbors. Earth and Planetary Science Letters. 2012, 327, 68—74.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.