Ученые определили ключевые факторы, влияющие на силу волн при цунами и тайфунах и характер их распространения от очага «зарождения». По данным береговых наблюдений и результатам математического моделирования авторы оценили, как менялись характеристики волн, возникших в Японском море в результате землетрясения 1 января 2024 года и во время тайфунов в сентябре 2020 года. Оказалось, что сильнее всего на высоту и частоту волн, достигающих берегов, влияет характер прибрежного и донного рельефов, а также природа самих волн. Знания о том, как распространяются волны, вызванные землетрясениями и тайфунами, помогут улучшить системы раннего предупреждения природных катастроф и снизить ущерб от стихийных бедствий. Результаты исследований, поддержанных грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Ocean Engineering.
Японское море расположено в сейсмически активной зоне, поэтому сильные землетрясения, способные вызвать цунами, случаются здесь довольно часто — в среднем раз за 15 лет. 1 января 2024 года в Японском море в районе полуострова Ното на западном побережье острова Хонсю произошло землетрясение магнитудой 7,6. Землетрясение вызвало сильнейшее с 1993 года цунами с высотой волн до семи метров, которое распространилось по всей акватории Японского моря и достигло побережья России. Цунами представляют собой длинные океанические волны, которые, в отличие от обычных волн, охватывают всю толщу воды и могут, практически не затухая, распространяться на тысячи километров. В открытом океане их высота обычно не превышает нескольких десятков сантиметров, однако, когда такие волны достигают мелководья, они могут резко вырастать до нескольких метров и формировать разрушительные потоки. Подобные природные явления приводят к гибели людей и значительному экономическому ущербу, поэтому важно знать принципы распространения сейсмических и океанических волн, чтобы заблаговременно определить территории, подвергающиеся наибольшей опасности.
Ученые из Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН (Москва) с коллегами из Института морской геологии и геофизики ДВО РАН (Южно-Сахалинск) и Университета Бат (Великобритания) провели серию исследований, посвященных цунами, которое возникло в Японском море в 2024 году.
В первой работе авторы исследовали, как распространялись и трансформировались волны цунами в северной части Японского моря. Специалисты использовали данные береговых российских и японских станций, а также датчиков придонного давления, установленных в порту Холмск на острове Сахалин. Анализ показал, что характеристики волн цунами по мере их распространения к российскому и японскому побережьям менялись. Так, высота волн, достигших северного побережья Японского моря, отличалась в зависимости от местной топографии. Например, в порту Холмск из-за резонансных эффектов (то есть усиления) волны достигали 65 сантиметров, тогда как в открытом море их высота не превышала 15 сантиметров. Такой эффект оказался связан с несколькими факторами. Наиболее важным было то, что Татарский пролив, отделяющий остров Сахалин от материка, имеет V-образную форму. Из-за нее в проливе «захватываются» длинные волны (тип волн, к которым относится цунами), а их энергия увеличивается. Кроме того, важную роль сыграли резонансные эффекты, свойственные отдельным бухтам и заливам, например, наложение колебаний приходящих волн на уже имеющиеся в акватории.
Затем авторы численно смоделировали, как возникли и распространялись волны цунами после землетрясения в январе 2024 года. При создании модели ученые также использовали данные береговых измерений, но особое внимание уделили теперь южной и центральной частям моря, а также побережью Приморья. Оказалось, что особенности донного рельефа, в частности, подводная возвышенность Ямато, играли роль естественного барьера, защищающего побережье Приморья от волн и уменьшающего их величину.
В новой статье авторы проследили колебания уровня моря на побережье Корейского полуострова, вызванные цунами 1 января 2024 и тайфунами Майсак и Хайшен в сентябре 2020 года. Дело в том, что Японское море подвержено не только землетрясениям и цунами, но и тайфунам, которые вызывают сильные штормовые нагоны на побережье, что приводит к затоплению обширных территорий и повреждению береговой инфраструктуры. Так, в отдельных местах уровень моря при прохождении тайфунов может подниматься на 1,5–2 метра, при этом в случае Японского моря существенно страдает восточное побережье Корейского полуострова.
Для анализа ученые использовали данные шести станций для измерения уровня моря, три из которых расположены на западном побережье Японского моря, две — на южном побережье Корейского полуострова, и одна — на острове Уллындо в 120 километрах к востоку от Корейского полуострова. Такие станции записывают колебания уровня моря с точностью до одного сантиметра, при этом приборы снимают измерения каждую минуту, что позволяет получить спектральные характеристики волн (частоты и амплитуды колебаний). Исследователи определили среди массива данных так называемые фоновые колебания моря — волны, возникающие при обычных метеорологических условиях. Затем с помощью математического моделирования проанализировали оставшиеся данные — экстремальные волны, образующиеся при штормах, тайфунах и цунами.
Оказалось, что спектральные особенности длинных волн при тайфунах и цунами принципиально различаются: для тайфунов характерен широкополосный спектр, плавно повышающийся от низких частот к высоким. Другими словами, циклоны формируют сильные длинные волны с малыми периодами (менее 10 минут). Для цунами в Японском море характерен куполообразный спектр, с основным периодом волн в диапазоне от 6 от 40 минут.
«Полученные результаты позволяют лучше понять, как особенности местности — например, рельеф побережья и дна — влияют на распространение и силу волн, возникающих в море в результате землетрясения. Эта информация поможет выделить населенные пункты на российском побережье Японского моря, наиболее подверженные угрозе цунами. В дальнейшем мы планируем провести детальное районирование цунамиопасности российского побережья Японского моря, которое позволит оценить максимальные высоты цунами с различными периодами повторяемости. Полученные результаты помогут улучшить оперативный прогноз цунами на российском побережье Японского моря», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Игорь Медведев, кандидат физико-математических наук, руководитель лаборатории цунами имени С.Л. Соловьева Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
