08.05.2019 19:36

Предложения российских экспертов внесены в резолюцию Межправительственной Океанографической Комиссии ЮНЕСКО

Категория: Общие, Научная жизнь

В начале апреля 2019 г. в городе Монтелимар (Никарагуа) состоялась 28-я сессия Межправительственной координационного группы по системе предупреждения цунами в Тихом океане, в ходе которой обсуждались вопросы состояния и развития систем предупреждения о цунами и мерах реагирования при их возникновении в Тихом океане, а также вопросы координации взаимодействия стран тихоокеанского побережья.

Российскую делегацию возглавил генеральный директор Научно-производственного объединения «Тайфун» Вячеслав Михайлович Шершаков. В качестве эксперта в области спутниковой геодезии и геодинамики в состав делегации Российской Федерации Минобрнауки России вошел главный научный сотрудник Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН д.ф.-м.н., профессор РАН Григорий Михайлович Стеблов. В рамках сессии он представил доклад о проведенных в России теоретических и практических исследованиях по эффективному применению систем ГНСС в ближних зонах сильнейших подводных землетрясений, в котором были предложены практические рекомендации по внедрению этих систем для усовершенствования глобальной системы предупреждения о цунами, оперативной выработки решений и объявления тревоги.

«Можно условно выделить две большие группы обсуждавшихся вопросов – это наукоемкие, о системах наблюдения и раннего определения параметров источника цунами, и вторая – организационные вопросы, о мерах реагирования при выявлении цунамигенных событий (схемы и карты эвакуации, системы оповещения населения и прочие). Я как эксперт участвовал в обсуждении первой группы вопросов, связанных с системами наблюдений и выявления источников» – комментирует свой доклад Григорий Михайлович. – «Наши расчеты о том, с какой оперативностью и с какой точностью по наблюдениям ГНСС в береговой зоне можно оценивать параметры очага, хорошо отработаны, а это критически важный вопрос, чтобы достоверно оценить именно источник цунами, потому что дальше работают гидродинамические модели. Мы показали как это можно рассчитать – действительно в течение нескольких минут. По результатам нами были сделаны практические рекомендации о том, как внедрять такие системы и чем определяется задержка. Вопрос оперативности здесь критичен, поэтому важно было оценить из чего складывается задержка выработки решений и иметь количественные характеристики.»

Презентация Г.М. Стеблова

Существующие в настоящее время системы наблюдений и выявления источников цунами основаны, в первую очередь, на обширной довольно плотной сети сейсмических наблюдений по всему земному шару, а также в них входят сети датчиков донного давления, которые фиксируют прохождение волны цунами и поплавковые датчики уровня воды (мареографы).

Недостатки последних двух систем обусловлены тем, что они фиксируют прохождение волны цунами, когда она уже пришла. Более раннее предупреждение цунами удается получить по сейсмическим наблюдениям, т.к. сейсмическая волна приходит гораздо раньше, чем волна цунами. Но и сейсмическая система тоже имеет свои труднопреодолимые ограничения, и по современным расчетам для надежной оценки цунами-опасности требуется около 20 минут. Это связано с тем, что в ближней зоне сейсмографы зашкаливают и нужны датчики сильных движений. Чтобы по сейсмическим наблюдениям оценить параметры сейсмического источника цунамигенного события необходимо набрать достаточное количество измерений именно на телесейсмических расстояниях, ввиду которых и невозможно сокращение времени оценки.

Радикальное решение этого вопроса найдено с помощью спутниковых геодезических наблюдений на основе глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). В ближней зоне они очень хорошо и без зашкаливания (без насыщения магнитуд) дают хорошую надежную оценку механизма очага землетрясения, причем в течение 3-5 минут, то есть за 30-40 минут до того, как придет волна цунами. Это та самая оперативность и точность, которая необходима, чтобы выдать предупреждение и запустить в действие уже отработанные меры по реагированию.

Именно этот вопрос, затронутый, в частности, в докладе Г.М. Стеблова, активно обсуждался на сессии, в первую очередь представителями американской делегации. «В моем докладе было описано преимущество предложенных нами методик по сравнению с американскими коллегами» – поясняет Григорий Михайлович. – «Для оценки параметров очагов у них использовались эмпирические зависимости между наблюдаемыми с помощью ГНСС смещениями с теми подвижками в очаге, которые нужно оценить. Мы же используем физическое моделирование, по нашим понятиям гораздо более точное и адекватное, которое позволяет связать наблюдаемые измерения на земной поверхности в береговой зоне и на островах, где есть возможность установить станции ГНСС, с теми подвижками в очаге землетрясений, по которым вычисляются энергетические и динамические характеристики источников цунами.

Время, необходимое для выработки решения и объявления тревоги, складывается из трех основных компонент: время распространения сигнала, время доставки измерений в обрабатывающий центр и время обработки измерений.

Все эти три слагаемых можно сократить: время распространения сигнала – путем сгущения сети и приближения наблюдательных пунктов к возможным источникам сейсмических событий; время доставки сигналов – путем организации каналов передачи данных в режиме реального времени; время обработки – за счет предварительного вычисления функций отклика, что требует наибольших вычислительных ресурсов. Теория дислокаций в упругой среде позволяет связать распределенную подвижку в очаге со смещениями на поверхности. Сначала решается задача в так называемой обратной постановке – по смещениям на поверхности находится подвижка в очаге. Как только находится распределение подвижки в очаге, мы снова решаем прямую задачу – над эпицентром мы определяем вертикальное поднятие морского дна и горизонтальное движение континентального склона, его скорость. Это и есть две главные составляющие энергии очага цунами.

Если всё это сделать по мере поступления данных, то время оценки параметров очага по измерениям ГНСС сокращается до 3-5 минут.

Далее нами были предложены практические шаги для интеграции системы дополнений на основе ГНСС в глобальную систему предупреждения цунами. Это развитие региональных систем ГНСС с достаточно густым покрытием в береговых зонах, подверженных воздействию цунами. А также развитие и организация каналов передачи данных в режиме реального времени в обрабатывающий центр, организация самих обрабатывающих центров, разработка алгоритмов, позволяющих из этих измерений выполнять оценки параметров очага землетрясений, предполагаемых цунамигенными.

Все эти рекомендации получили активную поддержку со стороны профильных специалистов, а также нашли свое отражение в резолюции заседания сессии в виде рекомендаций странам-участницам Межправительственной координационной группы по взаимодействию в области использования данных ГНСС.» (Выдержка из резолюции)

По предложению руководителя российской делегации В.М. Шершакова было согласовано включение представителя Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Профессора РАН Григория Михайловича Стеблова в состав рабочей группы по проблеме интегрированных сетей датчиков системы раннего предупреждения цунами в Тихом океане (PTWS) для обнаружения и определения характеристик цунами (WG2 Task Team: Integrated PTWS Sensor Networks for Tsunami Detection and Characterisation).

Следует отметить, что предлагаемая нашими учеными система не тестировалась в России в режиме реального времени, поскольку (со слов Г.М. Стеблова) «мы в качестве службы не функционировали. Обсуждался вопрос – можно ли предложенные алгоритмы реализовать в виде службы, а не ограничиваться только научными изысканиями, но он, естественно, сводился по существу к организационным и финансовым решениям.» Однако ретроспективные сопоставления с уточненными сейсмическими оценками давали хорошую сходимость по скалярному сейсмическому моменту и распределению вектора подвижки в очаге. При этом получение оценки сейсмических смещений возможно в течение 3-5 минут (после того, как приходит рэлеевская волна), а не через 25-30 минут или через несколько дней, как происходит уточнение в существующей практике. Кроме того, тестирование системы показало ее адекватность относительно ложных срабатываний (например, Охотоморское землетрясение 2013 года не было отнесено системой ГНСС к цунамигенным). Таким образом, преимущество использования данных ГНСС и результатов их анализа будет заключаться в улучшении прогнозов воздействия цунами в отношении уязвимых участков береговых линий и в возможности спасения большой части населения, особенно в ближней зоне очагов.

 

Ссылки по теме:

28-я сессия Межправительственной координационной группы по системе предупреждения о цунами в Тихом океане

Принятые рекомендации ICG/PTWS

Межправительственная океанографическая комиссия (МОК) ЮНЕСКО 

Морские исследования России