hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2023.16(3)-5hydrophysics-1237Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESМоделирование функций распределения высот волн цунами вдоль восточного побережья острова СахалинModeling of tsunami wave height distribution functions along the east coast of Sakhalin Islandhttps://orcid.org/0000-0002-1383-363XЗайцевА. И.ZaytsevA. I.

Андрей Иванович Зайцев

693023

ул. А.М. Горького, д. 25

Южно-Сахалинск

РИНЦ Author ID: 133746

Scopus Author ID: 36866694500

WoS Researcher ID: A-1772–2014

693023

Str. A.M. Gor’kogo, 25

Yuzhno-Sakhalinsk

aizaytsev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5092-0302ПелиновскийЕ. Н.PelinovskyE. N.

Ефим Наумович Пелиновский

603950

БОКС-120, ул. Ульянова, 46

603155

ул. Большая Печерская, 25/12

Нижний Новгород

РИНЦ Author ID: 103314

Scopus Author ID: 7004951110

WoS Researcher ID: I-3670–2013

603950

Box-120, Ulyanova Street, 46

603155

Str. Bolshaya Pecherskaya, 25/12

Nizhny Novgorod

pelinovsky@ipfran.ruСпециальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований ДВО РАНРоссияSpecial Design Bureau for Marine Research Automation of RAS Far Eastern BranchRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук»; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»РоссияInstitute of Applied Physics RAS; National Research University — Higher School of EconomicsRussian Federation2023191020231636271Copyright © Зайцев А.И., Пелиновский Е.Н., 20232023Зайцев А.И., Пелиновский Е.Н.Zaytsev A.I., Pelinovsky E.N.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/1237

   Изучаются функции распределение высот волн цунами вдоль восточного побережья острова Сахалин от источников, расположенных вдоль Курильских островов. Приводятся известные сведения о цунами на Сахалине. Многие из них моделировались численно, что позволяло оценить опасность волн цунами. В настоящей работе сделан упор на функциях распределения высот волн цунами, которые ранее вообще не рассчитывались для этого региона. С этой целью выполнены расчеты распространения волн цунами от гипотетических сильных землетрясений с М = 8,2, расположенных в районах Северных, Средних и Южных Курильских островов. Эти расчеты проведены с помощью вычислительного кода НАМИ-ДАНС, решающего нелинейные уравнения мелкой воды с использованием вложенных сеток с минимальным шагом около 9 м. Не имея достоверной прибрежной топографии, моделирование было выполнено до глубины около 3 м. Результаты расчетов подтвердили, что рассчитанные функции распределения высот волн цунами вдоль восточного побережья Сахалина хорошо аппроксимируются логнормальной функцией. Параметры этих распределений зависят от местоположения очага даже при одинаковых параметров землетрясения, что лишний раз подчеркивает существенную роль батиметрии морского дна на характеристики цунами на берегу.

   The functions of the distribution of tsunami wave heights along the eastern coast of Sakhalin Island from sources located along the Kuril Islands are being studied. Known information about the tsunami on Sakhalin is given. Many of them were modeled numerically, which made it possible to assess the hazard of tsunami waves. The present work focuses on the functions of distributing the heights of tsunami waves, which were not previously calculated for this region at all. To this case, calculations were made of the propagation of tsunami waves from hypothetical strong earthquakes with M = 8.2 located in the regions of the Northern, Middle and Southern Kuril Islands. These calculations were carried out using the NAMI-DANCE computational code, which solves non-linear shallow water equations using nested grids with a minimum grid is about 9 m. Having no reliable coastal topography, the modeling was carried out to a depth of about 3 m. The results of the calculations confirmed that the calculated functions of the distribution of tsunami wave heights along the eastern coast of Sakhalin are well approximated by the lognormal function. The parameters of these distributions depend on the location of the source even with the same earthquake parameters, which once again emphasizes the significant role of seabed bathymetry on the characteristics of a tsunami on the shore.

цунамичисленное моделированиелогнормально распределениеОхотское мореTsunaminumerical modelinglognormal distributionSea of OkhotskРабота поддержана госзаданием СКБ САМИ ДВО РАН тема № 123012000050-6 (раздел «Краткая сводка исторических цунами, наблюдавшихся на восточном побережье острова Сахалин»), госзаданием ИПФ РАН тема № 0030-2021-0007 (раздел «Функции распределения высот волн»), и гранта РНФ № 23-27-00325 (разделы «Математическая модель распространения цунами» и «Результаты численных расчетов»)The work was supported by the state assignment of the SRB AMR FEB RAS topic No. 123012000050-6 (section “Brief summary of historical tsunamis observed on the eastern coast of Sakhalin Island”), the state assignment of the IAP RAS topic No. 0030-2021-0007 (section “Wave height distribution functions”), and the grant of the Russian National Research Fund No. 23-27-00325 (sections “Mathematical model of tsunami propagation” and “Results of numerical calculations”)ReferencesГо Ч.Н., Кайстренко В.М., Пелиновский Е.Н., Симонов К.В. Количественная оценка цунамиопасности и схема цунамирайонирования. // Тихоокеанское побережье СССР. Тихоокеанский ежегодник. Владивосток: ДВО АН СССР, 1988. С. 9–17.Go Ch. N., Kaistrenko V.M., Pelinovsky E.N., Simonov K.V. Quantitative assessment of tsunami hazard and tsunimironation scheme. Pacific coast of the USSR. Pacific Yearbook. Vladivostok, DVO Academy of Sciences of the USSR, 1988, 9–17 (in Russian).Гусяков В.К., Кихтенко В.А., Чубаров Л.Б., Шокин Ю.И. Построение обзорных карт цунамирайонирования Дальневосточного побережья РФ в рамках методики PTHA // Вычислительные технологии. 2019. Т. 24, № 1. С. 55–72. doi: 10.25743/ICT.2019.24.1.005Gusyakov V.K., Kikhtenko V.A., Chubarov L.B., Shokin Yu.I. Regional tsunami hazard maps for the Far East coast of the Russian Federation built in the framework of the PTHA methodology. Computing Technologies. 2019, 24, 1, 55–72. doi: 10.25743/ICT.2019.24.1.005 (in Russian)Шокин Ю.И., Гусяков В.К., Кихтенко В.А., Чубаров Л.Б. Методика построения карт цунамиопасности и её реализация для Дальневосточного побережья Российской Федерации // Доклады Академии наук. 2019. Т. 489, № 4. С. 419–423. doi: 10.31857/S0869-56524894419-423Shokin Y.I., Kikhtenko V.A., Chubarov L.B., Gusiakov V.K. A methodology for mapping tsunami hazards and its implementation for the far eastern coast of the Russian Federation. Doklady Earth Sciences. 2019, 489, 2, 1444–1448. doi: 10.1134/S1028334X19120092Choi B.H., Pelinovsky E. Tsunamis along the coast. Hanrimwon Publishing Company, Korea. 2016. 206 p.Choi B.H., Pelinovsky E. Tsunamis along the coast. Hanrimwon Publishing Company, Korea. 2016, 206 p.Didenkulova I., Zaitsev A., Pelinovsky E. Tsunami distribution functions along the coast: extended. // Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10, No. 8. P. 1137. doi: 10.3390/jmse10081137Didenkulova I., Zaitsev A., Pelinovsky E. Tsunami distribution functions along the coast: extended. Journal of Marine Science and Engineering. 2022, 10, 8, 1137. doi: 10.3390/jmse10081137Соловьев С.Л. Повторяемость землетрясений и цунами в Тихом океане // Труды СахКНИИ.1972. Вып. 29. С. 7–47.Soloviev S.L. Recurrence of earthquakes and tsunamis in the Pacific Ocean. Proceedings of SakhKNII, 1972, 29, 7–47 (in Russian).Van Dorn W.G. Tsunamis // Advances in Hydroscience, (Ed. V.T. Chow), Acad. Press, London, 1965. Vol. 2. P. 1–48.Van Dorn W.G. Tsunamis. Advances in Hydroscience (Ed. V.T. Chow), Acad. Press, London, 1965, 2, 1–48.Kajiura K. Some statistics related to observed tsunami heights along the coast of Japan // Tsunamis — Their science and engineering. TERRAPUB, Tokyo. 1983. P. 131–145.Kajiura K. Some statistics related to observed tsunami heights along the coast of Japan. Tsunamis — Their science and engineering, 1983. TERRAPUB, Tokyo, 131–145.Go C.N. Statistical properties of tsunami runup heights on the coasts of the Kuril Isles and Japan // Tsunami along the Coast; Choi, B.H., Pelinovsky, E., Eds.; Seoul, Korea: Hanrimwon Publishing Co., 2016. P. 155–180.Go C.N. Statistical properties of tsunami runup heights on the coasts of the Kuril Isles and Japan. Tsunami along the Coast; Choi, B.H., Pelinovsky, E., Eds.; Hanrimwon Publishing Co., Seoul, Korea, 2016, 155–180.Пелиновский Е.Н., Рябов И.А. Функции распределения высот заплесков цунами (по данным международных экспедиций 1992–1998 гг.) // Океанология. 2000. Т. 40, № 5. С. 645–652;Pelinovsky E.N., Ryabov I.A. Functions of distribution of tsunami spatula heights (according to international expeditions 1992–1998). Oceanology. 2000, 40, 5, 645–652.Kim D., Kim B.J., Lee S.-O., Cho Y.-S. Best-fit distribution and log-normality for tsunami heights along coastal lines // Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2014. Vol. 28. P. 881–893. doi: 10.1007/s00477-013-0778-yKim D., Kim B.J., Lee S.-O., Cho Y.-S. Best-fit distribution and log-normality for tsunami heights along coastal lines. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2014, 28, 881–893. doi: 10.1007/s00477-013-0778-yChoi B.H., Hong S.J., Pelinovsky E. Distribution of runup heights of the December 26, 2004 tsunami in the Indian Ocean. // Geophysical Research Letters. 2006. Vol. 33, No. 13. L13601. doi: 10.1029/2006GL025867Choi B.H., Hong S.J., Pelinovsky E. Distribution of runup heights of the December 26, 2004 tsunami in the Indian Ocean. Geophysical Research Letters. 2006, 33, 13, L13601. doi: 10.1029/2006GL025867Choi B.H., Min B.I., Pelinovsky E., Tsuji Y., Kim K.O. Comparable analysis of the distribution functions of runup heights of the 1896, 1933 and 2011 Japanese Tsunamis in the Sanriku Area // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2012. Vol. 12. P. 1463–1467. doi:10.5194/nhess-12-1463-2012Choi B.H., Min B.I., Pelinovsky E., Tsuji Y., Kim K.O. Comparable analysis of the distribution functions of runup heights of the 1896, 1933 and 2011 Japanese Tsunamis in the Sanriku Area. Natural Hazards and Earth System Sciences. 2012, 12, 1463–1467. doi: 10.5194/nhess-12-1463-2012Соловьев С.Л. Основные данные о цунами на Тихоокеанском побережье СССР // Изучение цунами в открытом океане. М.: Наука, 1978. С. 61–138.Soloviev S.L. Basic data on the tsunami on the Pacific coast of the USSR. In the book: Studying the tsunami in the open ocean. M., Nauka, 1978, 61–138 (in Russian).Соловьев С.Л., Го Ч.Н., Ким Х.С. Каталог цунами в Тихом океане, 1969–1982. М.: Межведомственный геофизический комитет, 1986. 164 с.Soloviev S.L., Guo C.H., Kim H.S. Pacific Tsunami Catalogue, 1969–1982. M., Interdepartmental Geophysical Committee, 1986. 164 p. (in Russian).Ким Х.С., Рабинович А.Б. Цунами на северо-западном побережье Охотского моря // Природные катастрофы и стихийные бедствия в Дальневосточном регионе. Сборник научных трудов. Владивосток, 1990. Т. 1. С. 206–218.Kim H.S., Rabinovich AB. Tsunami on the northwestern coast of the Sea of Okhotsk. Natural disasters and natural disasters in the Far Eastern region. Collection of scientific works. Vladivostok, 1990, 1, 206–218 (in Russian).Зайцев А.И., Костенко И.С., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н. Цунами на острове Сахалин: Наблюдения и численное моделирование. Нижний Новгород, 2016. 122 с.Zaitsev A.I., Kostenko I.S., Kurkin A.A., Pelinovsky E.N. Tsunami on Sakhalin Island: Observations and numerical modeling. Nizhny Novgorod, 2016. 122 p. (in Russian).Заякин Ю.А. Цунами на Дальнем Востоке России. Петропавловск-Камчатский: Камшат, 1996. 88 с.Zayakin Yu.A. Tsunami in the Russian Far East. Petropavlovsk-Kamchatsky, Kamshat, 1996. 88 p. (in Russian).MacInnes B.T., Bourgeois J., Pinegina T.K. et al. Field survey geological effects of the 15 november 2006 Kuril Tsunami in the middle Kuril Islands // Pure and Applied Geophysics. 2009. Vol. 166, No. 1–2. P. 9–36. doi: 10.1007/978-3-0346-0064-4_2MacInnes B.T., Bourgeois J., Pinegina T.K. et al. Field survey geological effects of the 15 november 2006 Kuril Tsunami in the middle Kuril Islands. Pure and Applied Geophysics. 2009, 166, 1–2, 9–36. doi: 10.1007/978-3-0346-0064-4_2Злобин Т.К., Левин Б.В., Полец А.Ю. Первые результаты сопоставления катастрофических Симуширских землетрясений 15 ноября 2006 г. (M = 8.3) и 13 января 2007 г. (M = 8.1) и глубинного строения земной коры Центральных Курил // Доклады Академии наук. 2008. Т. 420, № 1. С. 111–115.Zlobin T.K., Levin B.W., Polets A. Yu. First results of the comparison of Catastrophic Simushir earthquakes on November 15, 2006 (M = 8.3), and Junuary 13, 2007 (M = 8.1), with the deep structure of the Earth’s crust in the central Kuril Islands. Doklady Earth Sciences. 2008, 420, 1, 615–619.Zaytsev A.I., Dogan G.G., Dolgikh G.I., Dolgikh S.G., Yalciner A.C., Pelinovsky E.N. The 25 March 2020 tsunami at the Kuril Islands: analysis and numerical simulation // Science of Tsunami Hazards. 2020. Vol. 39, No. 4. P. 243–253.Zaytsev A.I., Dogan G.G., Dolgikh G.I., Dolgikh S.G., Yalciner A.C., Pelinovsky E.N. The 25 March 2020 tsunami at the Kuril Islands: analysis and numerical simulation. Science of Tsunami Hazards. 2020, 39, 4, 243–253.Левин Б.В., Кайстренко В.М., Рыбин А.В. и др. Проявления цунами 15 ноября 2006 г. на Центральных Курильских островах и результаты моделирования заплесков // Доклады Академии наук. 2008. Т. 419, № 1. С. 118–122.Levin B.W., Kaistrenko V.M., Rybin A.V. et al. 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.Zaytsev A., Kurkin A., Pelinovsky E., Yalciner A.C. Numerical tsunami model NAMI-DANCE // Science of Tsunami Hazards. 2019. Vol. 38, No. 4. P. 151–168.Zaytsev A., Kurkin A., Pelinovsky E., Yalciner A.C. Numerical tsunami model NAMI-DANCE. Science of Tsunami Hazards. 2019, 38, 4, 151–168.Ozer Sozdinler C., Yalciner A.C., Zaytsev A. Investigation of tsunami hydrodynamic in inundation zones with different structural layouts // Pure and Applied Geophysics. 2015. Vol. 172, No. 3–4. P. 931–952. doi: 10.1007/s00024-014-0947-zOzer Sozdinler C., Yalciner A.C., Zaytsev A. Investigation of tsunami hydrodynamic in inundation zones with different structural layouts. Pure and Applied Geophysics. 2015, 172, 3–4, 931–952. doi:10.1007/s00024-014-0947-zOzer Sozdinler C., Yalciner A.C., Zaytsev A., Suppasri A., Imamura F. Investigation of hydrodynamic parameters and the effects of breakwaters during the 2011 Great East Japan tsunami in Kamaishi Bay // Pure and Applied Geophysics. 2015. Vol. 172, No. 12. P. 3473–3491. doi: 10.1007/s00024-015-1051-8Ozer Sozdinler C., Yalciner A.C., Zaytsev A., Suppasri A., Imamura F. Investigation of hydrodynamic parameters and the effects of breakwaters during the 2011 Great East Japan tsunami in Kamaishi Bay. Pure and Applied Geophysics. 2015, 172, 12, 3473–3491. doi:10.1007/s00024-015-1051-8Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bulletin of the Seismological Society of America. 1985. Vol. 75. No. 4. Р. 1135–1154.Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space. Bulletin of the Seismological Society of America. 1985, 75(4), 1135–1154.

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