海啸灾害数值预报技术研究现状.pdf

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1、第28卷第3期2011年06月海洋预报MARINEFORECASTSVbl．28．No．3Jun．201l海啸灾害数值预报技术研究现状王培涛，赵联大，于福江，侯京明(国家海洋环境预报中心，北京100081)摘要：海啸数值预报技术在海啸预警、防灾减灾工作及海啸物理机制研究工作中都具有举足轻重的作用，特别是在海啸预警及海啸防灾减灾工作中扮演着重要的角色。根据海啸产生及海啸波传播的特征，分别总结了海啸源产生数值模型、海啸传播和淹没模型的研究现状，重点介绍了当前主流地震海啸数值预报模型数值预报技术的发展、预警系统建设及应用现状。旨在为下一步高

2、精度海啸数值预报模型的研究提供指导、为实时海啸预警系统研发提供理论参考。关键词：海啸灾害；数值预报；研究现状中图分类号：P731文献标识码：A文章编号：1003—0239(2011)03—0074—061引言海啸是生活在沿海地区的人们所面临的最严重的自然灾害之一，也是联合国“国际减灾十年”所确定的全球重大自然灾害之一n，。它的超强破坏力主要来自因强大作用力引起的水体的上升或下降所产生巨大势能转变为水体动能后的系列长波。海啸通常是由海底地震、海底火山爆发、海底大面积滑坡、海底核爆炸等海底事件，或行星撞击所产生的系列具有超长波长和周期(与

3、风浪相比)的大洋行波，其中海底地震是诱发海啸的主要原因，据不完全统计全球90％左右的海啸事件是由海底地震引发C2]，其中“倾滑型”地震是引起海啸的最大“元凶”；随着海底大规模的、突然的上下抬升会使变形区上覆盖的水体以波动的形式向外传播。海啸在大洋中的传播速度高达700--900km／h，传播过程中受摩擦力很小，能量衰减微弱。当海啸波进入浅水区，水深沿着波向线逐渐变浅、波能传播速度逐渐减慢、波后能量的输入率大于波前能量的输出率；此时波长变短，波能沿程累积，巨大水体能量在垂向和水平方向分布都将变得聚集，表现为波高陡增，流速变急，会对沿岸、

4、尤其是海湾、河口地区带来巨大灾害。近年来频发的海底地震诱发的海啸灾害正在引起人们越来越广泛的关注。2004年12月26日印度洋苏门答腊地震海啸不仅造成了近30万人伤亡，还给印度洋沿岸国家造成了超过100亿美元的经济损失，这次巨灾促使人们对海啸的危险性进行了重新认识[3-4]，受海啸威胁的国家开始加大了对海啸物理机制研究和海啸预警系统建设的支持力度。我国东南沿海，特别是台湾岛东南部和南海海域是海啸地震的高发区，也是我国沿海最有可能遭受海啸灾害的地区，研究表明马尼拉海沟发生Mw>8．0地震时，我国华南沿海最大增水将超过3m筘，，应给予高度

5、重视，进一步完善海啸预警系统。海啸数值预报模型是探索海啸生成机制、评估海啸灾害和建立实时海啸预警系统的重要工具和技术手段；本文将重点介绍当前主流地震海啸数值预报模型实现方法、数值预报技术的发展和应用现状，国际上主流的基于数值预报技术的海啸预警系统，为进一步海啸数值预报技术的研究提供参考和借鉴。收稿日期：2011-01—14基金项目：“十一五”国家科技攻关项目：“近海重大海洋灾害预警关键技术研究”(2006BAC03802)作者简介：王培涛(1981一)，男，助理研究员，主要从事风暴潮、海啸预警报技术研究。E-mail：wpt@nmef

6、c．gov．ca3期王培涛等：海啸灾害数值预报技术研究现状752海啸数值预报技术研究方法一个完善的海啸预警系统必须能够快速、准确的给出海啸到达近岸的时间、海啸在近岸的波幅以及海啸淹没的范罔，这些信息是建寺海啸撤离方案，进行海啸防灾减灾最主要的依据；而这些最基本预警信息的获得都无疑需要直接或间接的通过海啸数值预报技术来实现。通常，根据海啸波的物理特性将海啸物理过程分为3个阶段，即海啸产生阶段(Generation)、传播阶段(Propagation)以及淹没过程(Inunda—tion)；相应的海啸数值预报模型根据海啸物理过程也由3部分

7、组成：计算海啸初始位移场的海啸源模型，也称断层模型；基于非线性浅水方程或类Boussinesq方程、计算海啸波传播的传播模型；考虑沿岸地形、地物、采用动态移动边界技术来实现海啸爬高及与沿岸相互作用的淹没模型。国内外海啸研究者主要针对这3个阶段来研究海啸的生成机制、部署海啸监测系统、评估海啸灾害和风险区划、建立实时的海啸预警系统。2．1海啸源模型如前所述海啸是由海底地震断层活动和海底大面积滑坡等海底事件所触发，所以海啸源模型的研究就成为海啸数值预报模型研究的基础。它直接关系到海啸波在大洋中的传播及海啸与近岸的相互作用，海啸源的适用性对海

8、啸模型模拟结果显得尤为重要。现阶段用于描述海啸产生阶段海底变形的模型主要集中在断层模型和滑坡模型方面，由于海底滑坡特征参数难以获取，所以这方面的研究基本上仍停留在实验室和理论研究阶段。断层模型主要通过利用海床位移量来估算