Цунами – большая волна

Цунами - длинные гравитационные волны в океане, возникающие, в основном, вследствие подвижек дна в очаге подводных землетрясений, а также, вследствие подводных оползней, обвалов и т.п.

Тихоокеанское побережье России, на котором находится большая часть населения и экономики российского Дальнего Востока, подвержено разрушительному воздействию цунами, вызванных подводными землетрясениями и относящихся к чрезвычайно опасным явлениям. Очаги наиболее опасных для Дальнего Востока России цунами преимущественно сосредоточены в районе глубоководного Курило-Камчатского желоба, а также у западного побережья Латинской Америки.

История

4 ноября 1952 года мощным землетрясением (оценка магнитуды по разным источникам колеблется от 8,3 до 9,0), которое произошло в Тихом океане в 130 километрах от побережья Камчатки, было вызвано сильнейшее цунами. Три волны высотой до 15—18 метров (по разным источникам) уничтожили город Северо-Курильск и нанесли ущерб ряду прочих населённых пунктов Курильских островов и Камчатки. По официальным данным, погибло более двух тысяч человек.

Событие 1952 года стало ключевым в нашей стране. После него вышло постановление Правительства об организации службы предупреждения цунами (СПЦ).

В 1956 году Президиум АН СССР возложил на сейсмическую станцию «Южно-Сахалинск» задачу несения сейсмической части службы. С 1959 года эти функции выполняет также станция «Петропавловск». Позднее к ним были добавлены ещё 4 станции на Курильских островах.

Организация наблюдений за развитием цунами и обязанность об оповещении населения о цунами были возложены на Сахалинское и Камчатское управления Гидрометеослужбы. В 1958 г. была введена в строй станция цунами в Петропавловске-Камчатском, а через год - в Южно-Сахалинске и Курильске. В 1959 г. завершено строительство мареографных установок на м. Крильон и о-ве Матуа.

С 1961 г. к наблюдениям за волнами цунами были привлечены все метеостанции, расположенные на Курильских островах. Метеостанции были оборудованы высотными ориентирами для визуального определения высот волн. В пунктах Катангли, Корсаков, Крильон, Поронайск, Южно-Курильск, Курильск, Матуа, Бабушкино за изменением уровня моря стали проводиться инструментальные наблюдения. Были открыты ведомственные посты по наблюдению за цунами, построен мареограф в Северо-Курильске, организованы группы цунами для обеспечения круглосуточного дежурства, установлены мареографы в бухте Касатка (Буревестник) и на м. Терпения.

Главным критерием для принятия решения о тревоге цунами в службе был магнитудно-географический критерий, когда при регистрации землетрясения на сейсмической станции достигается пороговое значение магнитуды. Поэтому функционирование службы базировалось практически лишь на сейсмических наблюдениях, производившихся станциями АН СССР, оснащенных сейсмографами с механической или гальванометрической регистрацией. Естественно, не было никакой автоматической или автоматизированной обработки данных наблюдений. Наблюдения на береговых гидрометеорологических станциях, которые производились визуально либо механическими самописцами, играли вспомогательную роль, поэтому запись уровня моря на редких мареографных установках не могла играть существенную роль для оперативного предупреждения о цунами.

В 2003 году в связи с созданием Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) служба предупреждения о цунами получила статус функциональной подсистемы ФП РСЧС-Цунами.

За время существования службы на Курильских островах после землетрясений в Курило-Камчатской впадине наблюдалось 5 сильных цунами. У берегов Сахалина зарегистрировано более дву 21 случай цунами.

В период с 1991 г. по 2005 г. происходила деградация СПЦ, обусловленная как экономическими причинами, так и разрушением землетрясениями ряда наблюдательных сейсмических станций и морских гидрологических постов. Было множество проблем, ухудшающих достоверность и своевременность предупреждений о цунами. Среди них - очень малое число сейсмических станций, отсутствие возможности одновременной обработки данных нескольких станций, что приводило к задержкам и ошибкам в определении параметров землетрясений. Было необходимо воссоздать сеть морских наблюдений.

Начавшиеся в 2006 году мероприятия по новой модернизации СПЦ также инициированы чрезвычайным стихийным бедствием – цунами в Индийском океане 26 декабря 2004 года, унесшим жизни около 300 тысяч человек. В рамках федеральной целевой программы « Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года" реализованы мероприятия по совершенствованию системы предупреждения о цунами.

Тревога цунами

Принятие решений об объявлении тревоги об угрозе цунами и отмены тревоги об угрозе цунами осуществляется на основе магнитудно-географического критерия и результатов обработки данных инструментальных и визуальных наблюдений за уровнем моря. Магнитудно-географический метод определения опасности возникновения цунами в результате подводного землетрясения использует два критерия: географическое расположение эпицентра землетрясения в определенной области Тихого океана, превышение порогового для этой области значения магнитуды. Если оба критерия удовлетворены, то считается, что цунами возникнет и тревога должна безусловно объявляться.

При регистрации подводного землетрясения сейсмическая информация поступает в соответствующий пункт (центр) сейсмологической подсистемы, который рассчитывает и оценивает параметры землетрясений: координаты эпицентра, глубину гипоцентра землетрясения, магнитуду, цунамигенность землетрясения.

При очагах цунами в ближней зоне соответствующего цунамизащищаемого пункта ответственность за объявление тревоги цунами возложена на Единую Геофизическую Службу Российской Академии Наук. Поэтому, при близком сильном землетрясении, в случае признания его цунамигенным, в первую очередь, по магнитудно-географическому критерию, соответствующая сейсмостанция немедленно формирует и передает в каналы связи по схеме оповещения сигналы и сообщения об угрозе цунами по регламенту работы системы. Одновременно параметры землетрясения передаются в соответствующий Центр предупреждения о цунами СПЦ.

Специфика технологии функционирования СПЦ состоит в том, что если очаг цунамигенного землетрясения находится в ближней зоне относительно соответствующего пункта, то тревога по этому пункту (или району) объявляется немедленно.

Если землетрясение находится в дальней зоне Тихого океана, то имеется резерв времени для детального сравнительного анализа сейсмологических данных и данных измерений уровня моря, а также данных от зарубежных центров.

Центр предупреждения о цунами СПЦ, получив предварительные параметры и оценку цунамигенности землетрясения, немедленно начинает анализ поступающей информации.

Одновременно начинается непрерывная обработка данных об уровне моря, поступающих от гидрофизической (уровенной) сети СПЦ.

На основе поступивших сейсмологических данных в Центре СПЦ производится предварительный расчет времен воздействия волн цунами на цунамизащищаемые пункты (времен подхода первой и последней волны цунами) и ожидаемых высот волн.

При наличии резерва времени, ведется непрерывный анализ информации, поступающей с сети измерений уровня моря. Данные измерений уровня моря позволяют определить, как сам факт возникновения волны, так и её основные параметры: оценку времени прихода, амплитуду первой волны и другие.

Наличие инструментальных наблюдений за уровнем моря позволяет подтвердить или отменить тревожное сообщение, переданное в соответствующий пункт, до которого волна цунами должна дойти позже.

Отмена угрозы цунами производиться по данным сети измерений уровня моря. Состояние угрозы цунами отменяется, если в течение нормативного времени после прихода волны цунами ни в одном пункте измерений не зафиксирован факт прихода волны цунами.

СПЦ сегодня

В настоящее время в составе СПЦ:

• 11 специализированных широкополосных сейсмических станций с сейсмическими микрогруппами;
• 16 пунктов регистрации станций сильных движений;
• 3 региональных сейсмических информационно-обрабатывающих центра (РИОЦ);
• 23 береговых автоматизированных поста наблюдений за уровнем моря;
• комплекс донной гидрофизической станции в открытом океане;
• 3 Центра наблюдений и предупреждения о цунами (Центры цунами);
• высокоскоростные каналы сбора и распространения информации;
• современные технологии и средства для оповещения населения и организаций об угрозе цунами.

Сейсмическая подсистема СПЦ

Сейсмическая подсистема обеспечивает:

• непрерывные наблюдения за сейсмологической обстановкой на акватории Тихого океана, включая Японское, Охотское и Берингово моря;
• обнаружение и регистрацию землетрясений в круглосуточном непрерывном режиме;
• обработку сейсмических сигналов в автоматическом и автоматизированном режимах с целью оперативного определения параметров сильных землетрясений (время в очаге, координаты, магнитуда, глубина гипоцентра), по одной станции, по локальной группе станций, по сети станций и оценки их цунамигенности;
• передачу результатов обработки сейсмологических данных (параметры очагов землетрясений) в центры СПЦ на региональном и федеральном уровнях;
• принятие решения об угрозе цунами по одной станции, по локальной группе станций, по сети станций при близких цунамигенных землетрясениях;
• передачу сигналов предупреждения о цунами на локальном, региональном и федеральном уровне по схемам оповещения СПЦ;
• обмен данными наблюдений с российскими и международными сейсмологическими центрами и центрами предупреждения о цунами;
• сбор, накопление и систематизация данных сейсмологических наблюдений, обобщение и анализ записей цунамигенных землетрясений в целях развития научно-методического  и информационного обеспечения СПЦ.

Сейсмическая подсистема СПЦ включает в себя:

• сеть сейсмологических наблюдений, состоящую из опорных (ОЦС) и вспомогательных (ВЦС) специализированных сейсмических станций, оснащенных широкополосными велосиметрами и акселерометрами, и пунктов регистрации сильных движений (ПР СД), оснащенных акселерометрами;
• региональные информационно-обрабатывающие центры (РИОЦ) Геофизической службы РАН, оснащенные спутниковой коммуникационной системой.

Для уточнения решения о возможности цунами привлекаются данные станций глобальной цифровой сети GSN и станций региональных сетей ГС РАН.

ОЦС предназначены для защиты от цунами населенных пунктов, ответственных объектов или участков побережья с высокой цунами опасностью, представляют собой сейсмические группы с размерами 15–25 км или более.

ВЦС предназначены для защиты от цунами населенных пунктов или участков побережья с относительно низкой цунами опасностью, для дополнения сети сейсмологических наблюдений с целью ее оптимизации.

Все ОЦС и ВЦС обеспечивают только по своим данным распознавание сильных землетрясений, работают в непрерывном автоматическом и автоматизированном режиме и могут давать сообщение в локальную систему оповещения населенного пункта, где они расположены, о происходящем сильном землетрясении, которое потенциально может вызвать цунами. Данные ОЦС и ВЦС передаются в реальном масштабе времени в региональные информационно-обрабатывающие центры Геофизической службы РАН.

Пункты регистрации сильных движений, оснащенные акселерометрами установлены максимально близко к очаговым зонам возможных сильных землетрясений в Курило-Камчатском регионе, работают в автономном автоматическом режиме. Сеть акселерометров, включая ПР СД, ВЦС и выносные пункты ОЦС, предназначена для регистрации сильных и сильнейших землетрясений без искажений, включая ближнюю зону и сам очаг землетрясения, где максимально возможные ускорения движения грунта достигают g и более. Данные сети акселерометров или результаты их обработки также, как и других специализированных станций, в масштабе реального времени поступают на региональные ИОЦ.

Все специализированные сейсмические станции и пункты регистрации сильных движений СПЦ оснащены:

• однотипными широкополосными датчиками сейсмических сигналов;
• однотипными методами, алгоритмами, оборудованием и программным обеспечением цифровой регистрации и обработки сейсмических данных в автоматическом и автоматизированном режимах.

Гидрофизическая (уровенная) сеть СПЦ

Гидрофизическая сеть обеспечивает:

• непрерывные наблюдения за уровнем моря и измерения уровня различными методами;
• передачу измеренных данных в центры сбора и обработки данных соответствующего уровня СПЦ;
• сбор и накопление первичных измерительных данных об уровне моря;
• получение и накопление данных о проявлениях цунами на берегу (величине заплеска, характере воздействия на объекты).

Автоматизированные посты измерений уровня моря оснащены измерительным оборудованием сертифицированным на территории Российской Федерации, стандартизированными интерфейсами и протоколами обмена данных, современной аппаратурой связи, обеспечивающей передачу данных по различным системам связи: сотовой связи, телефонным DSL каналам, системами спутниковой связи, аппаратурой бесперебойного питания.

Региональные информационно-обрабатывающие центры Единой геофизической службы РАН

Региональные информационно-обрабатывающие центры ГС РАН в городах Петропавловск-Камчатский, Южно-Сахалинск и Владивосток одновременно (параллельно) решают задачу определения параметров сильных землетрясений. Параллельная работа региональных ИОЦ обеспечивается созданием их равного и полного доступа к данным всех сейсмических станций, вовлеченных в службу предупреждения о цунами. Это обеспечивает резервирование выполнения функций каждого ИОЦ.

Сеть сбора данных реализована  на спутниковых (VSAT) каналах связи, на выделенных ресурсах  Internet, специализированных радио Ethernet сетях технологической связи диапазона 5,3 Ггц.

Программное обеспечение СП СПЦ  обеспечивает отображение потоков сейсмических данных в реальном времени на мониторах, автоматическую и автоматизированную оценку параметров сильного землетрясения на уровне ИОЦ, опорной и вспомогательной специализированной сейсмической станции.

Задача предупреждения о цунами в ближней зоне решается быстро по данным специализированной сейсмической станции, которая размещена в защищаемом пункте или его окрестностях, на основе  автоматизированной оценки макросейсмической интенсивности (балльности) с использованием знаний о пространственно-временных закономерностях распределения очагов сильных землетрясений в Курило-Камчатской сейсмофокальной зоне.

В режиме автоматической обработки выполняются: детектирование и сопровождение сигналов; оценки азимута на событие, вступлений Р, S волн, максимума поверхностной волны; оценка координат эпицентра; оценка магнитуд по различным сейсмическим волнам, оценка значений  инструментальной интенсивности сотрясений.

Центры наблюдения и предупреждения о цунами

Центры наблюдения и предупреждения о цунами Росгидромета действуют в составе территориальных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета и размещаются в г.г Южно-Сахалинск, Петропавловск-Камчатский и Владивосток.

Центры наблюдения и и предупреждения о цунами обеспечивают:

• общее руководство деятельностью звена предупреждения о цунами территориальной подсистемы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций РСЧС-ЦУНАМИ и осуществление контроля выполнения задач по предупреждению о цунами;
• организацию и осуществление непрерывных наблюдений за уровнем моря для обнаружения; волн цунами;
• наблюдение за распространением цунами по данным регистрации изменения уровня моря;
• обработку данных для обнаружения аномальных изменений уровня, фильтрация гидрологических явлений, обнаружение цунамиподобных сигналов и идентификация волн цунами;
• расчет характеристик волн цунами (времена вступления, амплитуды, периоды);
• расчеты и прогнозирование характеристик цунами (времена подхода волн цунами к пунктам побережья, высоты волн цунами в пунктах побережья), анализ ситуации, принятие решений об объявлении тревоги цунами;
• своевременное предупреждение по данным сейсмических и гидрометеорологических станций, а также зарубежных служб предупреждения о цунами, Центров управления в кризисных ситуациях в субъектах федерации, органов исполнительной власти о вероятном возникновении цунами при подводных землетрясениях в дальней зоне;
• выпуск предупреждений об угрозе цунами в случаях обнаружения цунами по данным наблюдений за уровнем моря;
• оперативное и научно-методическое взаимодействие  с СПЦ зарубежных стран в рамках участия России в Международной системе  предупреждения о цунами в Тихом океане, действующей под эгидой Межправительственной океанографической комиссии (МОК) ЮНЕСКО;
• накопление, анализ и обобщение информации о цунами;
• обеспечение мероприятий по обучение и подготовка населения к действиям при чрезвычайных ситуациях, вызванных цунами.

СПЦ сегодня обеспечивает:

• оповещение об угрозах цунами в срок не позднее 4-х минут после регистрации землетрясения по макросейсмическим проявлениям для ближайших к эпицентру защищаемых пунктов;
• определение параметров землетрясений (время в очаге, координаты эпицентра, магнитуда, глубина очага) и оценка его цунамигенности в срок не более 7 минут при очагах  в ближней зоне и не более 30 минут для удаленных землетрясений;
• анализ ситуации, принятие решений об объявлении тревоги цунами в срок не более 5 минут после получения параметров землетрясения;
• доведение сообщений вида «Шторм, цунами» до территориальных Центров МЧС России в срок не более 1 минуты;
• практически полное исключение пропусков цунами и снижение до минимума количество ложных тревог об угрозах цунами.

Возрастание  сейсмической активности в Тихоокеанском регионе, развитие инфраструктуры Дальнего Востока  России свидетельствуют о жизненной необходимости  дальнейшего развития российской системы предупреждения о цунами.

Реализацию мероприятий по развитию СПЦ осуществляют коллективы ученых и специалистов организаций Росгидромета и Российской академии наук:

Научно-производственное объединение "Тайфун" (НПО «Тайфун»);

Дальневосточный региональный научно - исследовательский гидрометеорологический институт (ДВНИГМИ);

Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – мировой центр данных (ВНИИГМИ-МЦД);

Государственный океанографический  институт (ГОИН);

Главный радиометеорологический центр (ГРМЦ);

Геофизическая служба РАН (ГС РАН);

Институт вычислительных технологий сибирского отделения РАН (ИВТ СО РАН);

Институт океанологии им. П. П. Ширшова (ИО РАН);

Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН (ИВМ и МГ СО  РАН);

Институт Морской Геологии и Геофизики Дальневосточного отделения  РАН (ИМГиГ ДВО РАН).