В 2006–2010 гг. Геофизической службой РАН в рамках ФЦП “Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 г.” была разработана и создана система сейсмологических наблюдений для СПЦ нового поколения - сейсмическая подсистема СПЦ (СП СПЦ). Однако, несмотря на достигнутый высокий уровень автоматизации, используемые методические основы выработки прогноза цунами остаются теми же, что и пятьдесят лет назад, т.е. опасность цунами прогнозируется фактически по единственному критерию - величине магнитуды землетрясения. При таком подходе оправдываемость тревог цунами составляет около 30 %. Это подтверждается итогами работы СПЦ на Дальнем Востоке России, а также на Аляске, Японии и других региональных служб предупреждения.

Для повышения надежности и сокращения времени формирования сообщений об угрозе цунами, повышения достоверности принимаемых решений, снижения числа ложных тревог, снижения сейсмических рисков решаются следующие основные задачи:

Разработка и обоснование требований к сейсмической составляющей функциональной подсистемы предупреждения о цунами единой системы в Дальневосточном регионе.

Исследования эффективности применения в СПЦ магнитудно-географического критерия по С.Л. Соловьеву, основных характеристик СП СПЦ на ДВ РФ по имеющимся результатам эксплуатации.

Изучение свойств (параметров) очагов цунамигенных землетрясений.

Разработка и создание алгоритмов функционирования, обработки сейсмологических данных и принятия решения о возможности цунами с оценкой вероятности для различных уровней тревоги, обеспечивающих сокращение времени формирования сообщений об угрозе цунами и снижение числа ложных тревог цунами для защищаемых населенных пунктов.

Разработка организационного обеспечения сейсмической составляющей функциональной подсистемы предупреждения о цунами, включая разработку, отладку и внедрение регламентов работы в службе предупреждения о цунами единой системы в Дальневосточном регионе.

Приводятся основные результаты развития научно-методического обеспечения СП СПЦ.

В настоящее время решение о цунамигенности землетрясения в Российской системе предупреждения о цунами (СПЦ) принимается на основе магнитуды M_S, которая определяется по амплитуде поверхностных волн с периодом около 20 с. Известно, что магнитуда M_Sначинает насыщаться в диапазоне значений около 8.3–8.5. Решить эту проблему позволяет шкала моментных магнитуд M_W. Для быстрой оценки M_Wв ряде зарубежных центров предупреждения о цунами используется магнитуда M_WP, которая  определяется по сети станций путем интегрирования широкополосных записей смещений Р-волн. В условиях Дальневосточной сети станций использование стандартной методики не позволяет получить достаточно устойчивые оценки M_WP. Для повышения надежности этих оценок в данной работе предложен модифицированный алгоритм расчета по набору частотных полос. С использованием этого алгоритма получены оценки M_WPдля 92 землетрясений c M_W= 6.5–9.1, произошедших в период 1994–2013 гг. в зоне ответственности Российской СПЦ. Для расчета M_WPиспользованы записи широкополосных велосиметров STS-1, STS-2 и CMG-3 в диапазоне эпицентральных расстояний от 6 до 22 градусов. Максимальное расхождение полученных оценок c оценками M_Wиз глобального каталога CMT для поверхностных толчков не превышает 0.3 единиц магнитуды. При этом среднее значение невязки M_WP– M_Wсоставляет 0.02, среднеквадратическое отклонение – 0.11.

Современные населенные пункты имеют сложную совокупность систем жизнеобеспечения, поддерживающую необходимые санитарно-гигиенические условия, а также условия для труда, быта и отдыха населения. В условиях возникновения чрезвычайной ситуации, обусловленной воздействием волн цунами, системы жизнеобеспечения испытывают воздействия, которые могут вызвать их повреждения и нарушить нормальное функционирование, что, в свою очередь, может привести к тяжелым последствиям для населения.

Прогнозирование последствий повреждения систем жизнеобеспечения является важной задачей при планировании мероприятий по защите населения в чрезвычайных ситуациях.

Системы жизнеобеспечения представляют собой сложные структуры, поэтому комплексное прогнозирование их поведения в условиях чрезвычайной ситуации на основе аналитических моделей, как правило, невозможно из-за отсутствия адекватных моделей, охватывающих все виды систем жизнеобеспечения и учитывающие их взаимодействие. Альтернативным подходом к проблеме прогнозирования поведения систем жизнеобеспечения в условиях чрезвычайной ситуации является подход, опирающийся на реализацию компьютерных систем, для которых экспертные знания и оценки также как и фактические измерения являются входными данными.

В докладе изложены принципы функционирования и архитектура компьютерной системы, которая предназначена для прогнозирования состояния системы жизнеобеспечения в условиях чрезвычайной ситуации, вызванной воздействием волн цунами.

Проведен анализ сейсмичности дальневосточного региона, выделены основные зоны возникновения цунамигенных землетрясений, угрожающих дальневосточному побережью РФ. На основе комплексного анализа механизмов очагов подводных землетрясений, данных о разломной тектонике построена предварительная сейсмотектоническая схема региона и выбраны параметры очагов модельных землетрясений в диапазоне магнитуд 7.8 – 9.0. Эти модельные очаги позволяют рассчитать смещения дна в очаговой области цунами, которые, в свою очередь, используются в качестве начальных данных для программы расчета распространения цунами на конкретных участках акватории Дальневосточного региона. По результатам анализа фактических высот цунами при реальных цунамигенных землетрясениях и результатов численного моделирования уточнено положение южной (в районе Хоккайдо) и восточной (в районе Командорских островов) границ зоны ответственности дальневосточной СПЦ. Предложены магнитудные пороги подводных землетрясений, превышение которых создает непосредственную угрозу цунами для дальневосточного побережья РФ.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (12-07-00406, 12-05-00894, 12-05-92697), Программы интеграционных фундаментальных исследований СО РАН (37б, 117а), Программы поддержки ведущих научных школ России (НШ-6293.2012.9)

По результатам численного моделирования распространения в Охотском море волн цунами, возникающих при землетрясениях, происходящих в Курило-Камчатской зоне, получена оценка цунамиопасности Охотоморского побережья. Результаты вычислительных экспериментов явно указывают на то, что реальная опасность для Охотоморского побережья (высоты волн более 2 м) возникает при подводных землетрясениях на шельфе и материковом склоне Курильской островной дуги при магнитудах более 8.4, а при предельно сильных землетрясениях (магнитуда 9.0) происходит интенсивное проникновение цунами в акваторию Охотского моря с захватом волновой энергии шельфами Сахалина, северной части Охотоморского побережья и западного побережья Камчатки. Высоты волн в районе Охотска и Магадана при этом могут достигать 10 м. Результаты работы будут использованы для модернизации национальной Службы предупреждения о цунами.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (12-07-00406, 12-05-00894), Программы интеграционных фундаментальных исследований СО РАН (37б, 117а), Программы поддержки ведущих научных школ России (НШ-6293.2012.9)

В докладе представлены результаты применения известного численного метода крупных частиц для оценки заплеска волн цунами побережье. При этом генерация волн цунами воспроизводится с использованием дислокационной модели Подъяпольского-Гусякова-Окады, процессы распространения по океану и наката волн на берег моделируются в рамках уравнений мелкой воды. Особое внимание уделяется методике определения границ заплеска, которые рассчитывались с помощью комплексного подхода, в котором результаты двумерного моделирования распространения волны до контрольных датчиков, расположенных на заданной глубине, используются в качестве краевых условий для последующего моделирования наката.

Рассматриваются также различные способы задания граничных условий на линии подвижного уреза – от использования специальных аналитических соотношений, до методик сквозного счета, без выделения линии уреза. Проверенные на известных тестовых задачах алгоритмы и методики были применены для решения задач об оценке заплеска на участки побережья в окрестностях Северо-Курильска и Малокурильска.

Некоторые расчеты проводились с использованием криволинейных адаптивных сеток. Полученные результаты сопоставляются с известными данными натурных наблюдений, определяются их зависимости от точности использованных батиметрии и топографии, величины трения на поверхности суши, а также от способов задания краевых условий.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (12-05-00894), Программы интеграционных фундаментальных исследований СО РАН (37б, 117а), Программы поддержки ведущих научных школ России (НШ-6293.2012.9)

Одним из самых опасных природных явлений на побережье Сахалинской области является цунами. Для прогноза цунами в настоящее время активно используется численное моделирование. Оценка точности численного моделирования цунами при использовании различных программных комплексов является актуальной задачей. В данной работе путем моделирования исторических цунами и сравнения результатов численного моделирования с данными наблюдений выполнена оценка точности следующих программных комплексов: “ANI”, разработанного В.Н. Храмушиным, и автоматизированной информационно-управляющей системы предупреждения о цунами (АИСПЦ), разработанного научно-производственным объединением «Тайфун» (ГУ НПО «Тайфун»).

В докладе представлены оценки цунамиопасности Черноморского побережья России. Черное море относится к числу водоемов, расположенных в зоне высокой сейсмической активности. Выделяются 4 основные сейсмоактивные зоны: (1) Крымская, (2) Западно-Кавказкая, (3) Cеверо-Анатолийская и (4) Западно-Черноморская (Болгарская).

Каталог цунами Черного моря включает 26 событий, при этом максимальные высоты волн цунами достигают 3-4 метра.

Таким образом, с учетом огромной концентрации людей на побережье и интенсивности хозяйственной деятельности, актуальность создания системы предупреждения о цунами для Черноморского побережья (СПЦ ЧМ) не вызывает сомнений.

Основные проектные и технологические решения по созданию СПЦ ЧМ базируются на решениях полученных в 2006–2012 г.г. в ходе модернизации СПЦ на Дальнем Востоке России.

В докладе приводятся основные проектные решения по основным комитетам СПЦ ЧМ, в том числе:  организационная и функциональная структура; сейсмическая и гидрофизическая (уровенная) компонента; центр СПЦ ЧМ; телекоммуникационная компонента.

Приведены также оценки стоимости работ по созданию СПЦ ЧМ.

Приливные колебания на тихоокеанском побережье России имеют значительную величину (максимальный за год размах приливных колебаний колеблется от 1.8 м на Южных до 2.3 м на Северных Курильских островах). Соответственно, прилив может, как существенно усилить, так и ослабить воздействие волн на побережье. Поэтому в практике работы Службы предупреждения о цунами всегда учитывается, на какую фазу прилива ожидается приход цунами. Ситуация осложняется в тех случаях, когда сильное землетрясение возбуждает мощные продолжительные колебания, как это было при Чилийском (27.02.2010) и Тохоку (11.03.2011) цунами.

Первые волны при Чилийском цунами подошли к берегам Камчатки и Курильских островов в момент высокой воды прилива. Однако первые волны не имели большой высоты (за исключением станций Ханасаки и бухты Церковная), волны с максимальной амплитудой пришлись на спадание уровня, а в некоторых пунктах (например, бухта Малокурильская) – на отрицательные значения приливного уровня относительно нулевого среднего. Поэтому прилив лишь в некоторых пунктах (где на начальном отрезке были волны значительной высоты) усилил цунами, в других (Северо-Курильск, Водопадная) его влияние было незначительным, в ряде пунктов ослабил воздействие цунами. Приход Тохоку цунами на Южные Курилы пришелся на полную воду прилива, который усилил его действие на побережье. Вероятно, именно это обстоятельство способствовало взлому льда в бухтах и устьях рек, что было главной особенностью проявления этого цунами.

Проблема количественной оценки цунамиопасности может быть решена в рамках вероятностной модели цунами-режима в исследуемом регионе. Показано, что:

• Функция повторяемости φ(h) высот цунами в регионе размерами первые сотни километров зависит от двух масштабных параметров f и H* и имеет следующую структуру φ(h)=f•F(h/H*), где частота сильных цунами f и функция F одни и те же для всего региона и только характеристическая высота цунами H* зависит от места на побережье.
• Функция F для малых высот цунами имеет степенную асимптотику ~с/h, сопоставимую с законом Гутенберга-Рихтера, причем величина параметра с (скорость) примерно на порядок выше (характерное увеличение высоты цунами при распространении от очага до берега) типичных значений скоростей вертикальных деформаций в зонах очагов цунами. Для больших значений высот цунами функция F хорошо аппроксимируется отрицательной экспонентой.
• Знание региональной функции повторяемости F и параметров f и H* позволяют строить карты цунамирайонирования для исследуемого региона.

Применение способа оперативного прогноза цунами в целом дает результат, вполне пригодный для принятия решения об объявлении тревоги и ее отмене. Тем не менее, встречаются случаи не вполне удачных расчетов, в которых наблюдаются излишние высокочастотные колебания в хвостовой части волнового пакета, не отвечающие реальности. Эти высокочастотные колебания не влияют на процесс выработки решения о тревоге цунами.

Проведен сравнительный спектральный анализ натурных данных и численных вспомогательных функций, входящих в расчетное соотношение, как для удачных, так и не вполне удачных прогнозов недавних цунами. Выявлена возможная причина не вполне удачных прогнозов.

Выполнено моделирование оперативного прогноза цунами 2010 г. (Чили), 2011 г. (Тохоку) в открытом океане и вблизи населенных пунктов Курильских островов.

В соответствии с определением понятия «оперативный прогноз цунами» сформулированным IOC UNESCO (2013), по данным глубоководных станций системы DART рассчитаны основные характеристики ожидаемого цунами: время первого вступления, времена прихода максимальных волн, их амплитуды и длительность цунами. Сравнение форм расчетных цунами с формами наблюдавшихся цунами показывает вполне хорошее их совпадение. Качество прогноза достаточно для принятия решения об объявлении тревоги цунами и об отмене тревоги.

Выполнено сравнение с результатами подобных расчетов, выполненных на основе других программ оперативного прогноза цунами.

Сахалинская область является уникальным для России регионом, географическое положение которого обязывает заниматься задачами наблюдения и контроля в дальневосточных морях, поддерживать работоспособность и действенность систем предупреждения об опасных морских явлениях, самым опасным из которых является цунами. Более 50 лет назад были разработаны положения прогноза цунами, которые легли в основу службы предупреждения о цунами. Рабочим методом прогнозирования цунами был и по-прежнему остается сейсмический метод. За истекшие годы служба цунами претерпела некоторые изменения, но в целом ее структура и принцип действия сохранились.

Служба предупреждения  о цунами нацелена, прежде всего,  на прогноз от близких курило-камчатских землетрясений и носит характер региональной службы. В России в настоящее время действует Камчатский центр СПЦ, обеспечивающий предупреждение о цунами по Камчатской области, Приморский центр СПЦ и Сахалинская СПЦ, обеспечивающая предупреждение о цунами в Сахалинской обл., Приморском и Хабаровском краях.

Действующая Служба предупреждения о цунами в Сахалинской области отвечает за подачу тревоги о возможном цунами на побережья островов Курильской гряды и острова Сахалин, а также на все Российское побережье Японского моря.

В период 2006–2010 гг., благодаря участию Геофизической службы РАН в Федеральной целевой программе (ФЦП) «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года», была осуществлена масштабная модернизация системы сейсмологических наблюдений на Дальнем Востоке.

Эффективность работы сейсмической подсистемы СПЦ на одном из этапов модернизации системы сейсмологических наблюдений на Дальнем Востоке была продемонстрирована 11 марта 2011 года. В результате оперативной обработки данных корпоративной сети дальневосточных сейсмических станций землетрясения дежурными операторами ИОЦ СФ ГС РАН были определены параметры катастрофического землетрясения Тохоку (Япония) и произведена оценка его цунамиопасности.

В докладе будут представлены результаты многолетней работы Сахалинского филиала по службе предупреждения о цунами в Сахалинской области на примере работы РИОЦ «Южно-Сахалинск» по сильнейшим цунамигенным землетрясениям.

Описываются исторические этапы становления РИОЦ «Владивосток». Рассматривается методика подготовки и повышения квалификации сотрудников. Рассказывается о техническом оснащении РИОЦ «Владивосток» и о собственных технических разработках по усовершенствованию материальной базы. Приводятся примеры результатов обработки сейсмологических событий. Рассказывается о ведении научной и исследовательской работы.

В работе представлены результаты работы Информационно-обрабатывающего цента «Петропавловск» по обработке землетрясений в рамках Службы предупреждения о цунами и Службы срочных донесений. Произведены оценки качества работы ИОЦ: соответствие временным нормативам и оценки расхождения параметров очагов, полученные ИОЦ и независимым агентством (NEIC). Показано, что качество работы ИОЦ удовлетворяет действующим регламентам.

Для быстрой оценки опасности цунами предлагается использовать записи приборов сильных движений. В работе Соловьева и Поплавской, 1982, установлена корреляционная зависимость между высотой цунами и балльностью сотрясений в пункте. В работе Чеброва и др., 2011, эта зависимость скомбинирована с зависимостью балльности от пиковых амплитуд записей сильных движений и на этой основе предложена схема быстрой оценки цунамигенности землетрясения. В данной работе изучение корреляционных зависимостей продолжено на обильном материале Японии. На первом этапе собраны и систематизированы первичные данные по наблюденным высотам цунами и макросейсмической интенсивности, а также записи сильных движений в пунктах на побережье Японии. В каталог включены данные как исторических землетрясений так и инструментально зарегистрированных землетрясений включая землетрясение Тохоку 2011. При сборе данных использовались следующие источники: японские отчеты, научные публикации и базы данных по сильным движениям и цунами, а также оригинальные данные по отдельным землетрясениям. На втором этапе работы проведен анализ наблюденных данных. В частности изучена корреляция высот цунами и пиковых скоростей V_max. Проведен регрессионный анализ отсортированных данных и сделаны предварительные оценки средних пороговых значений V_max для цунами 1.0м. Полученные оценки сравниваются с аналогичными оценками полученными косвенным путем (по корреляции высот цунами с макросейсмической интенсивностью), обсуждаются причины их отличий и предлагаются пути уточнения пороговых V_max.

Работы по изучению отложений палеоцунами на побережье Берингова моря проводились в 1998–1999, 2002–2004, 2009 гг. За время исследований был изучен участок берега общей протяженностью около 360 км. В результате, были получены подробные данные об отложениях цунами за период  около 2000 лет. По отложениям цунами была проведена реконструкция их параметров; показано вероятное положение очаговых зон цунамигенных палеоземлетрясений вдоль западного обрамления Командорской котловины, оценена магнитуда Mt и средняя повторяемость.

За ~2000 лет, в Беринговом море произошло 10 цунамигенных землетрясений с магнитудами Mt в интервале 7.0–8.1. Минимальная повторяемость сильных (свыше 3 м) цунами для побережья залива Озерной, п-ова Озерной и Укинского залива составила 70 лет,  для пролива Литке – 280 лет. 

Основная особенность проявлений цунами в Беринговом море – относительно короткие горизонтальные заплески на суше (менее 400 м) и максимальные высоты менее 10 м. Эти цунами представляют реальную угрозу для населения, т.к. большинство поселков на побережье расположено на узких косах в устьях рек, на высоте 4–5 м над уровнем моря.

Представлен алгоритм расчета карты сотрясений территории вследствие сильного землетрясения в реальном времени. Алгоритм рассчитан на применение в оперативном режиме в Службе предупреждения о цунами и Службе срочных донесений. В качестве информационной основы для расчета итоговой карты используются записи сейсмических станций, поступающие в реальном времени. Для восстановления параметров колебания грунта используется моделирование макросейсмического поля на основе представления о некогерентном протяженном очаге. Методика допускает использование станционных поправок за грунтовые условия.

Обсуждается опыт оценки магнитуд сильных землетрясений в оперативном режиме в РИОЦ «Петропавловск». Проведено сравнение полученных магнитуд с оценками других сейсмических агентств. Рассматривается возможность введения магнитудных поправок, что должно обеспечить более точные энергетические оценки в СПЦ и ССД. Отдельно рассмотрен вопрос станционной поправки магнитуды MS на станции «Петропавловск».

Обсуждается работа центра «Цунами» Приморского УГМС за 2013–2013 гг. Приводятся данные о сотрудничестве с РИОЦ «Владивосток», регламентным мероприятиям, учебным тревогами. Приведены данные о времени реакции Центра «Цунами» по результатам учений. Также обсуждаются случаи неполадок с оборудованием, приводящих к потере данных. Отдельно рассмотрены международные учения «Тихоокеанская волна 2013» в мае 2013 г.