地震海啸传播过程数值模拟研究.pdfVIP

地 震 地 磁 观 测 与 研 究 第 3o卷 第 2期 SE1SM0L0GICALAND GE0MAGNET1C Vo1．3O NO．2 2009年 4月 0BSERVAT10N AND RESEARCH Apr 2009 地震海啸传播过程数值模拟研究 董非非D 朱元清 周中红 邓 辉。 1)中国甘肃 730000中国地震 局兰州地震研究所 2)中国上海 200062上海市地震局 3)中国南昌330039江西省地震局 摘要 运用数值模拟 的方法 ，对常水深 4000m，8．0级纯倾滑直立断层触发的地震海啸，在大洋中 传播的前 2000S各时刻 的形态以及峰值进行研究。结果表明，地震海啸产生后的前 1000S左右 的时间内，存在数值震荡，幅值先快速衰减 ，再逐渐增大，此后 ，幅值随着时间的推移缓慢衰减。 关键词 地震海 啸；浅水波 ；数值模拟 中图分类号 ：P315．3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1003—3246(2009)02—0038—07 引言 Tsunami(海啸)意为港 口波 ，起源于 日本语对处于共振条件下港 口的海波大 幅度震荡现 象的描述 。大部分海啸是由海底地震引发的，称为地震海啸。海底形变导致海洋表面高度的 变化 ，势能转化为动能 ，向周围快速传播开来。地震海啸首波波长在量级上相 当于震源长轴尺 度 ，通常为几十或者几百千米 ，可描述为长波，传播速度为~／g ，其中h为海洋深度 ，以太平洋 平均深度4km为例，海啸波速可达200m／s。但海啸在深海传播过程中的幅值很小 ，只有 1m 左右 。当海啸到达近岸时 ，由于水深变浅 ，波长变小，幅值增大，一旦上岸，就可能会给沿岸地 区带来巨大危害 。 人们从远古时代就开始观察和记录海啸现象 ，特别是在 日本及地 中海地 区。所记录的最 早海啸发生在公元前 2000年，西南亚的叙利亚共和国的近岸地区(LanderJFetal，1989)。 在海洋中，传播的幅值超过一两米的海啸并不多见，这一量级相当于震级大于 8级 的地震 引发的海啸，全球大约 10年或者 20年才会发生一次大于 8级的越洋灾害性海啸。通常的中 级地震 (大约 6．5级)海啸一年会发生几次 ，引起的海啸幅值 只有几厘米 (太平洋海啸预警中心 资料)。 随着计算机技术的发展，用计算机模拟物模实验的数值仿真蓬勃发展 ，并 日益完善 。与物 模实验相比，数值仿真具有费用低 ，速度快，可获得较为详细的流场信息等优点。水波理论认 为，当海洋波浪波长 》^时 (^为海洋深度)，称为浅水波或长波 (波长相对水深很大 ，波速与 频率无关)；当 《^时，称为深水波或短波 (波长相对水深很小 ，水深已对波速无影响)。一般 作者简介 ：董非非(1982～)，女 ，陕西人 ，在读硕士 ，现从事地震海啸模拟方面研 基金项 目：国家 自然科学基金资助 本文收到 日期 ：2008—09—18 第 2期 董非非等 ：地震海啸传播过程数值模拟研究 39 定义导≤ 为浅水波，_h 1力珠水波， 告称为有限水深波(邹志利，2005)。 A 厶u ^ 厶 厶u ^ 通常海啸的波长要比海洋深度大得多，可近似认为是浅水波，故数值模型应采用浅水波方 程。目前常用的数值模拟软件包括 ，由南加利福尼亚大学研制的MOST模 型，康奈尔大学研 制的COMCOT海啸数值模拟软件，以及 日本东北大学研制的TUNAMI模 型等。以上的数 值方法 ，通过与实际发生的一些海啸相比较 ，以及配合相应的一些水动力学实验，表明在给定 震源发生条件下可以模拟海啸的传播 ，并能较精确地模拟海啸的走时和海啸波及地区涌浪大 小 。 本文基于C0Mc0T程序，以8．0级地震海啸为例，介绍数值模拟的方法原理以及计算 结果 (PhiliplfLiu，1998)。COMCOT全称为COrnellMuhigridCOuple