Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование спектра длинных волн в диапазоне периодов цунами на тихоокеанском побережье России

ВАК РФ 04.00.23, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Формирование спектра длинных волн в диапазоне периодов цунами на тихоокеанском побережье России"

ИНСТИТУТ МОРСКОЙ ГЕОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ ДВО РАН

На правах рукописи УДК 551.4 66 551.23

В ДИАПАЗОНЕ ПЕРИОДОВ ЦУНАМИ НА ТИХООКЕАНСКОМ ПОБЕРЕЖЬЕ РОССИИ

04.00.23 - Физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Южно-Сахалинск - 1996 г.

Работа выполнена в лаборатории цунами Института морской геологии и геофизики (ИМГиГ) ДВО РАН.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Покайеев Константин Васильевич.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Кузнецов Владимир Викторович, кандидат физико-математических наук Носов Михаил Александрович.

Ведущая организация: СоюзМорНИИПроект.

Защита сотоится 199£? г.

в часов на заселении Специализированного

совета Отделения Геофизики (Д 053.05.81) в Московском государственном университете

им.М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, ауд. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

физического факультета МГУ.

Автореферат разослан

1996 г.

Ученый секретарь Специализированного совета О'ГФ

/ / г

кандидат физико-математических наук В.Б.Смирнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Тихоокеанское побережье России неоднократно было подвержено цунами , в том числе катастрофическими ( последняя была вызвана сильнейшим землетрясением вблизи о.Шикотан осенью 1994 г.). При разработке мероприятий по обеспечению безопасности населения и устойчивой работы предприятий в цунамиопасных районах становится актуальным определение максимальной опасности волн цунами для конкретного участка побережья. С этой задачей связано создание системы своевременного и надежного прогноза катастрофических волн цунами (Единая автоматизированная система цунами), которая включает в себя два метода предсказания: гидрофизический и сейсмический. Первый из них предусматривает непосредственное измерение уровня океана с помощью высокочувствительных датчиков гидростатического давления. Изучение закономерностей поведения длинных волн в диапазоне от нескольких минут до часа поможет усовершенствовать уже созданные и разработать новые методы в гидрофизической подсистеме ЕАСЦ, а также представляет интерес для физики волновых процессов в окраинных морях. Кроме того, экспериментальные данные о колебаниях уровня в прибрежной зоне, полученные одновременно в нескольких точках исследуемой акватории, необходимы для целей детального цунамирайонирова-ния. Эти.данные помогают составить представление о характере трансформации и распространении длинных волн, оценить высоту волны на берегу и соответствующего заплеска по мере распространения и набегания на берег "в зависимости от высоты и периода волн. С учетом того, что регистрация уровня открытого океана несмотря на значительный прогресс в развитии морской измерительной техники остаются значительно редкими, проведение длительных полигонных измерений длинноволновых колебаний уровня особенно в цунамиопасных районах остается важной и актуальной задачей.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ явилось исследование на основе длительных натурных многоточечных наблюдений за уровнем океана в цунамиопасных районах Тихоокеанского побережья России особен-

ностей формирования и изменчивости спектров длинных волн периода цунами (от нескольких минут до часа) в шельфовой зоне и в "сложных акваториях". Изменчивость спектральных характеристик рассматривалась под воздействием следующих внешних факторов: возможного сейсмического источника, атмосферных процессов, за счет нелинейного взаимодействия ветровых волн и зыби. Исследовался вклад каждого из зарегистрированных источников длинноволнового шума в увеличение энергии этих колебаний при различных погодных условиях и механизмы возникновения и формирования длинных волн на периодах цунами. Ставилась задача исследования распространения и трансформации волны цунами на шельфе и при взаимодействии с берегом, проявления "локальных эффектов" для таких акваторий, как заливы, бухты, устье реки, где сказываются резонансные свойства акватории при импульсном воздействии набегающей волны.

При этом решались следующие Задачи:

1. С целью устранения из исходных экспериментальных рядов' уровня "приборных шумов":

а) провести анализ возможностей использования датчиков придонного давления вибротронного типа для измерения уровня моря в широком частотном диапазоне (от ветровых волн до низкочастотных колебаний с периодами до часа);

б) разработать методику подготовки данных о колебаниях уровня океана, в которых будет учтено влияние регистрирующей аппаратуры на измеряемое гидростатическое давление.

2. Провести полигонные натурные эксперименты для получения передаточных коэффициентов шельф-берег, шельф-бухта для конкретных цунамиопасных районов в зависимости от различных внешних факторов.

3. Провести анализ изменчивости спектра длинноволнового шума при различных нестационарных воздействиях внешних источников ("мегеоцунами", инфрагравитационные волны, возможный сейсмический источник и т.д.). Получить оценки этой нестационарности.

4. Определить влияние волноводных свойств шельфа, а также заливов, бухт на трансформацию спектров длинных волн с целью определения цунамиопасности побережья.

5.Исследовать длинноволновые колебания уровня на периодах цунами, вызванные атмосферным источником и пришедшие из открытого океана, а также вызванные проникновением энергии ветровых волн и зыби в изучаемую низкочастотную часть спектра.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Описание частотно-избирательных свойств шельфовой зоны проводился на основе полигонных измерений уровня моря в диапазоне периодов цунами.

Рассмотрены моменты нарушения стационарности в общем достаточно устойчивого спектра длинных волн в этом диапазоне. Получены оценки изменчивости спектральных и взаимоспектральных характеристик (прежде всего, передаточного коэффицтента от больших глубин к малым) при прохождении выраженных цугов прогрессивных волн.

В результате анализа записей уровня на шельфе о.Шикотан выделены аномальные колебаний типа "метеоцунами", демонстрирующие предельные границы изменчивости спектра естественного длинноволнового шума.

Описан механизм и получены эмпирические зависимости проникновения энергии ветровых волн и зыби в диапазон периодов цунами.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Получены эмпирические зависимости, позволяющие устранить влияние колебаний температуры в записях датчиков придонного гидростатического давления.

Определены значения коэффициентов усиления системы "шельф-берег" в зависимости от синоптических ситуаций и уровня прилива для района Усть-Камчатска, а также для некоторых бухт о.Шикотан с учетом особенностей течений в их горловинах.

Полученные оценки спектров длинных волн необходимо использовать при разработке алгоритмов выделения опасного сигнала (цунами) на фоне естественного длинноволнового шума для ЕАСЦ.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Автор принимала участие в проведении длительных натурных экспериментов по регистрации уровня океана в Камчатском заливе, на шельфе о.Шикотан совместно с группой сотрудников Гидрофизической обсерватории "Шикотан" ИМГиГ ДВО РАН. Автором проводились лабораторные и

натурные исследования влияния изменения температуры воды на измеряемое гидростатическое давление датчиками ПДВ. Принимала участие в разработке методики корректировки исходных рядов уровня, учитывающей ошибки записей давления, влияние температурных колебаний жидкости и атмосферного давления и методики проведения натурных экспериментов для непрерывной регистрации уровня океана в исследуемом частотном диапазоне Автор активно занималась обработкой обширного натурного материала, его интерпретацией и теоретическим анализом полученных данных.

АПРОБАЦИЯ. Материалы диссертации докладывались на ХУ1 и ХУ11 конференциях молодых ученых ИМГиГ (Южно-Сахалинск, 1989, 1991), на 3-й и 4-й Всесоюзных школах-семинарах "Методы гидрофизических исследований" (г.Светлогорск, 1989, 1992), на Всесоюзной конференции "Проблемы метрологии гидрофизических измерений" (г.Москва, 1990) , на Международной конференции "Мезо- и микроструктурные измерения в океане и моделирование процессов" (г.Санкт-Перегбург, 1992), на Совещании по природным и антропогенным катастрофам (г.Новосибирск, 1995) , на Совещании по цунами "Теория и методы оценки цунамириска" (г.Москва, 1995), на Международной конференции "Физические процессы на шельфе"(г.Светлогорск, 1996) , на семинарах отдела цунами ИМГиГ (1989-1996), кафедры физики моря физического факультета МГУ и СоюзМорНИИПроекта.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты работы изложены в 10 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

СТРУКТУРА И ОН&ЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения с основными выводами и списка литературы. Общий объем диссертации 116 страниц, в том числе 43 рисунка. Список литературы содержит 119 наименований, из них 55 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается цель работы и ее актуальность, дается краткое описание проведенных в России и в ми-

ре исследований в проблеме изучения длинных волн диапазона цунами, представлена общая характеристика явления и формулируется постановка задач диссертационной работы и ее практическая значимость. Отмечается научная новизна проведенных автором исследований и дается краткое изложение содержания диссертации.

Предмет исследования - длинные волны диапазона цунами с периодами от нескольких минут до одного часа, которые вызываются преимущественно атмосферными процессами, нелинейным взаимодействием ветровых волн и зыби и сейсмическим источником. Число натурных экспериментов по измерению этих волн незначительно, большинство из них проводились с целью исследования общих спектральных характеристик, свойства которых даны во введении. Однако рядом авторов отмечается, что в зоне шельфа и вблизи берега проявляются индивидуальные особенности спектров. Отклонение от осредненных характеристик длинноволновых колебаний уровня могут происходить под влиянием особенностей трасс распространения волн и за счет эффектов нестационарности при импульсном воздействии набегающей волны. Отмечается, что исследование трансформации спектра длинных волн диапазона цунами осложняется и тем обстоятельством, что слабо изучен вопрос влияния на него реальной геометрии бассейна, различных неоднородностей, эффектов диссипации и рассеяния волн и др. Поэтому именно натурный эксперимент может дать наиболее достоверные результаты при исследовании фоновых длинноволновых процессов при различных внешних условиях, о распространении волн цунами в изучаемых акваториях и передаточных свойств последних.

Во введении обсуждается изученность вопроса о механизмах ччзакачки" энергии длинноволновых колебаний в шельфовой и прибрежной зонах за счет явлений шельфового резонанса, эффектов "захвата" волновой энергии и "волновода" прибрежной областью. Одним из проявлений "закачки" энергии от высоких частот (ветровые волны, зыбь) в диапазон цунами являются инфрагравитационные волны (ИГ~волны), которые осложняют выделение высокочастотного сигнала цунами особенно при близком очаге возникновения этих волн на фоне естественного длинноволнового шума. ИГ-волны могут быть вызваны

как нелинейным взаимодействием ветровых волн и зыби, так и взаимодействием пришедших из океана длинных волн и шельфа. Анализ работ, посвященных исследованию этого типа волновых движений показывает, что данный вопрос практически не исследован, а с точки зрения проникновения энергии инфрагра-витационных волн в диапазон цунами их никто изучал.

Отмечается, что в задаче выделения опасного сигнала на фоне естественного длинноволнового шума важным обстоятельством становится получение достоверных данных об уровне океана, выделение так называемого "приборного шума" из общего сигнала.

В заключении введения дается вывод о необходимости дальнейшего изучения особенностей формирования и изменчивости спектров длинных волн (с периодами от нескольких минут до часа) в шельфовой зоне и в "сложных акваториях" на основе длительных натурных полигонных наблюдений за уровнем океана в цунамиопасных районах, излагается постановка задач диссертации.

Первая глава, состоящая из пяти параграфов, посвящена технике и методике измерений уровня океана и подготовке натурных данных. Описываются схемы и проведение полигонных натурных измерений, представлены карты исследуемых регионов

В ПЕРВОМ ПАРАГРАФЕ дается описание донной кабельной станции с гидростатическим датчиком давления вибротронного типа (ПДВ).

Измерения уровня моря проводились с помощью донной кабельной станции, являющейся одним из возможных инструментов для длительной (до одного года) непрерывной регистрации океанологических параметров в сложных гидрологических и погодных условиях. Регистрирующая часть аппаратуры располагается на берегу. Донные кабельные измерители уровня моря представляют собой герметичные контейнеры, внутри которых находятся датчики гидростатического давления вибротронного типа (ПДВ) и температуры. Две частоты £р и :£т, несущие информацию о давлении и температуре, передаются по одножильному кабелю к измерительно-регистрирующему комплексу,размещенному на берегу, где происходит их расфильтровка, измерение и регистрация в цифровом виде на компакт-кассете.

Чувствительность для ПДВ -0.1 Гц/см вод.ст., для датчика температуры ~ 1 Гц/1°С. Дискретность берегового измерителя может меняться в пределах от 1 до 60 секунд. Точность измерения ПДВ датчика ограничена ввиду чувствительности его к колебаниям температуры окружающей воды, которые особенно велики в устьях рек, на мелководье, в районах сильных течений. Для получения достоверных данных об уровне необходимо повысить точность измеряемого с помощью ПДВ давления, используя влияние температуры окружающей воды на регистрируемое нашим ПДВ датчиком давление. Предложена методика введения температурной поправки в получаемый ряд давления с учетом отклика ПДВ на температурный импульс, которая расширила диапазон исследования колебаний уровня океана (от ветровых волн до низкочастотных движений).

ВО ВТОРОМ ПАРАГРАФЕ описываются лабораторные и натурные эксперименты по определению температурной зависимости в записях уровня океана. Изучены особенности реакции ПДВ датчиков на измерения температуры окружающей жидкости. Дана методика определения функции отклика для этих датчиков на скачок температуры и удаление высокочастотных флуктуаций в записях давления, обусловленных колебаниями температуры воды. Предложен метод удаления из исходных данных уровня низкочастотных флуктуаций, связанных с изменением атмосферного давления, приливных колебаний моря. В результате анализу и расчету подвергаются остаточные ряды давления, которые, как показано,•являются достоверными данными об уровне океана.

ТРЕТИЙ ПАРАГРАФ содержит описание проведения натурного эксперимента в устье реки Камчатка и в Камчатском заливе. Представлены схемы районов наблюдений. Полигонные измерения проводились в течение более 1 месяца (осень 1988г.) . . Три датчика располагались в вершинах залива (дискретность измерения - 1 минута), один - в протоке Озерная (дискретность -1 минута). Еще три датчика находились над баром вблизи устья р.Камчатка на расстоянии -100 м друг от друга на глубинах ~ 3 м ( дискретность измерений - 1 секунда, непрерывная длительность регистрации - 1 месяц). Чистое время синхронной работы для всех 7 станций - около 4 суток. В разделе дается общая характеристика исследуемого района и по-

становка основных вопросов, решаемых в проведенном эксперименте.

В ЧЕТВЕРТОМ ПАРАГРАФЕ описываются натурные наблюдения за уровнем океана вблизи о.Шикотан. Один из датчиков ПДВ располагался в бухте Малокурильская около мареографа; два других - в районе бухты Димитрова с широким' горлом на расстояниях ~ 1 км, ~ 3 км от берега на глубинах ~ 40 м, ~ 60 м, соответственно. Еще два датчика были установлены в районе бухты Церковная, в которой проводилась регистрация уровня и скорости течения в горле бухты с помощью специализированной станции "Поток-2М". Дискретность всех регистраций -1 минута.

В ПЯТОМ ПЕРАГРАФЕ сформулированы выводы и результаты главы.

Во второй главе, состоящей их четырех параграфов, исследуются особенности спектров длинных волн! периода цунами вблизи берега (внутренняя акватория пос.Усть-Камчатска и шельф о.Шикотан). Начало главы содержит краткое обозрение существующих публикаций по вопросам детального цунамирайо-рования, месте натурного эксперимента в исследовании волновых полей для "сложных акваторий".

ПЕРВЫЙ ПАРАГРАФ посвящен исследованию собственных частот Камчатского залива и передаточных свойств акватории п. Усть-Камчатска для диапазона цунами. Изучение модовой структуры залива показало, что большая часть энергии ( ~ 80% ) длинноволнового шума диапазона цунами представлена двумя составляющими : 0.017 цикл/мин и 0.026 цикл/мин, причем последняя наиболее энергетически значима.

Непрерывная регистрация уровня более чем в 1 месяц в протоке Озерная и в вершине залива (район устья реки) дала возможность получить спектральные характеристики при различных погодных условиях. Выявлено : а) при сильном штормовом волнении происходит значительное увеличение энергии длинноволновых колебаний в частотном диапазоне от 0.01 до 0.25 цикл/мин, что связано с проникновением в протоку прибойных биений; б) для различных интенсивностей волнения наблюдаемые волны распространяются из залива вглубь устья реки и протоку; в) в спокойную погоду из залива в протоку

проникают длинные волны с частотами 0.026, 0.04 цикл/мин, при шторме передаточный коэффициент усиливается на частоте 0.04 цикл/мин.

Изучается более подробно функция передачи длинноволновой энергии диапазона цунами во внутренюю акваторию пос. Усть-Камчатск. Методика исследования следующая: рассматривается линейная система с импульсной характеристикой к(т):

у ("Ь) — [ к(т)*х (Ъ-т)с1т , о

где х^) - сигнал на входе системы, у (11) - сигнал на выходе. Фурье-образы этих функций : У(со)= К(со)*Х(м), со - циклическая частота. Чтобы знать какой будет цунами в пункте побережья у({:), необходимо знать частотную характеристику передающей системы К (со). Исходя из спектра колебаний уровня в заливе (1) и в протоке (2) (рис.1) Камчатский залив рассматривался как генератор длинных волн. Коэффициент усиления системы (от (1) к (2)) изучался для энергозначимой частоты :£с.=0.02б цикл/мин от времени. Он определялся как отношение огибающей в протоке (2) к огибающей в заливе (1): к = Оу/Ох . Проверка состоятельности такой гипотезы проведена.

В работе исследовался вопрос о зависимости коэффициента к (XI;) от фазы прилива, где xt - ряд, отфильтрованный из х низкочастотным фильтром, и в котором доминируют колебания уровня приливного характера. Доказана состоятельность гипотезы о зависимости коэффициента усиления системы от среднего уровня моря в Камчатском заливе и получена эмпирическая зависимость:

к = (0.0038 ± о.оо13)+ (0.50 ± 0.04) , где в скобках - коэффициенты регрессии с 95%-ми доверительными интервалами. Значение к может различаться в два раза для полной и малой воды.' Этот эффект необходимо учитывать при оценке цунамиопасности района.

ВО ВТОРОМ ПАРАГРАФЕ предложена оценка зависимости коэффициента передачи распространения волн от скорости течений и колебаний уровня с помощью теоретической модели, в которой было сохранено геометрическое подобие реальных акваторий (залив, протока, устье реки) и использованы уравнения гидродинамики для скоростей течений и колебаний уров-

ня. Уравнения решались численными методами в конечных разностях. Полученные теоретические оценки были сопоставлены с натурными данными. Показано, что коэффициент усиления системы "залив-устье реки-протока" в широком частотном диапазоне действительно зависит от таких параметров, как приливной уровень, скоростей течений в устье реки и в протоке Озерная. Эта зависимость в большей степени выражена на собственных частотах Камчатского залива: 0.026, 0.017 цикл/мин

ТРЕТИЙ ПАРАГРАФ посвящен результатам анализа экспериментальных исследований длинноволнового шума (о.Шикотан).

Изучены резонансно-частотные свойства различных бухт острова (Церковная, Димитрова, Малокурильская). Экспериментальная оценка частот собственных мод бухт совпадает с оценками численного моделирования.

Описан натурный эксперимент, нацеленный на исследование модовой структуры собственных колебаний бухты с узким горлом (Церковная) и их энергетических характеристик в связи с волновыми процессами в примыкающей акватории. Проводилась регистрация уровня и скорости течения в горле бухты. Обнаружена высокая связанность колебаний уровня на шельфе и скорости течения в горле бухты на частоте £0~О.О5 цикл/мин (рис. 2), которая очень близка ко второй моде Курильского шельфа (£~0.04 цикл/мин), что позволяет предположить присутствие резонансного механизма накачки низшей моды собственных колебаний бухты (мода Гельмгольца), коим является шельф о.Шикотан.

Для двух датчиков (в бухте Цековная и вне ее) сравнивались спектральные и взаимоспектральные характеристики колебаний уровня в периоды времени, которые имели различные осредненные значения уровня энергии длинноволнового шума. В частности, отмечено, что наибольшую опасность для бухты представляют колебания в диапазоне от 0.046 до 0.06 цикл/мин.

С помощью одновременно работающих трех датчиков ПДВ, два из которых были на шельфе острова и один в бухте, удалось зарегистрировать явление "метеоцунами", при котором происходит сильное увеличение длинноволнового шума, вызванного атмосферными фронтами. В записях уровня были обнару-

жены цуги прогрессивных волн с периодом ~ 5 0 мин, которые по характеру проявления, длинам и периодам аналогичны сейсмическим волнам цунами (рис. 3). Максимальная амплитуда колебаний была ~2 0 см. Проведен тщательный сравнительный анализ спектральных характеристик колебаний уровня при прохождении цуга этих волн и в их отсутствие. Отмечено: а) увеличение уровня энергии в широком частотном диапазоне, а не только на периодах пришедшего цуга волн; б) выделение колебаний с периодами, совпадающими с резонансными для данного шельфа Т ~ 25, 12.5 мин. Для станции (3) выделены колебания с приодом Т ~ 50 мин, характерной для Курильского шельфа. В работе рассмотрены и взаимоспектральные характеристики между станциями в спокойную погоду и при "метеоцунами".

В ЧЕТВЕРТОМ ПАРАГРАФЕ сформулированы основные результаты и выводы исследования длинных волн частот цунами, наблюдавшиеся в натурных экспериментах (Камчатский залив, о.Шикотан), характера этих волновых движений на шельфе и в примыкающих к нему акваториях (бухтах, заливе).

Третья глава, состоящая из пяти параграфов, посвящена исследованию волнового поля в устье реки Камчатка и обнаруженным в данной акватории инфрагравитационным волнам.

Начало главы содержит краткое обоснование проведенного специализированного длительного натурного эксперимента по измерению волн над баром р.Камчатка в широком частотном диапазоне ' (от ветровых волн до длинных периода цунами), который позволил исследовать подробно один из источников длинноволнового шума - инфрагравитационные волны.

В ПЕРВОМ ПАРАГРАФЕ представлен анализ исследований ИГ-волн, которые тесно связаны с именами А.Манка, М.Лонге-Хиг-гинса и Р.Стюарта, Е.Г.Никифорова, А.Боуэна, Д.Инмана, Б.Галлахера, В.С.Бычкова и С.С.Стрекалова и др . В разделе речь идет о природе возникновения этих волн, характере проявления, воздействия на береговые и прибрежные сооружения. Рассмотрены статистические характеристики инфрагравитацион-ных волн и их связь с параметрами ветровых волн.

ВТОРОЙ ПАРАГРАФ посвящен описанию натурного эксперимента над баром р.Камчатка и общей схемы обработки данных наблюдений за уровнем, которая позволила провести анализ волновых движений в широком частотном диапазоне (0.002-0.5 Гц) при различных интенсивностях волнения.

В ТРЕТЬЕМ ПАРАГРАФЕ представлено исследование ветрового поля над баром р.Камчатка. Дан анализ выявленных инфра-гравитационных волн, с периодом ~ 1 минута и установлены их основные свойства:

В инфрагравитационные волны носят характер прогрессивных длинных волн, распространяющихся из Камчатского залива в устье р.Камчатка, т.е. Камчатский залив является своего ро-да источником прогрессивных волн во внутреннюю акваторию (в устье реки, протоку Озерная) (рис. 4);

П энергия инфрагравитационных волн имеет высокую корреляцию с суммарной энергией колебаний уровня в диапазоне частот "ветровые волны-зыбь";

В получена эмпирическая зависимость между энергиями обнаруженных ИГ-волн Ехп и высокочастотных колебаний уровня

(Е^Ец) :

lO.OOOi3 , ,,.г, ,,,,

Ет = 0.0056-л.лоозе *(ЕГ4 Ец) 1"41±-'"2 , к=0.88, '

где Ех,ц,1П - средняя энергия в соответствующем диапазоне, к - коэффициент корреляции, доверительный интервал которого

соответсвует 95%-ой вероятности.

В ЧЕТВЕРТОМ ПАРАГРАФЕ обсуждается природа обнаруженных низкочастотных колебаний, для чего были сделаны соответствующие количественные оценки взаимосвязи энергии инфрагравитационных волн с суммарной энергией в диапазоне частот ветровых волн и зыби 0.005 - 0.5 Гц. Расчет нормированной взаимной корреляционной функции Bg,-, между колебаниями для амплитуд огибающей ветровых волн QB4 и для инфрагравитационных волн Ii выявил высокую связанность между ними, при-

чем отмечается запаздывание %ч относительно 0ВЧ при временном сдвиге т ~ 10 сек для веек наборов реализаций. Полученные значения функции взаимной корреляции между высокочастотными и инфрагравитационными колебаниями свидетельствуют о том, что наряду с "прибойными биениями" (ИГ-волнами, вызванными нелинейным взаимодействием ветровых волн и зыби) присутсвуют краевые волны этого же частотного диапазона.

В ПЯТОМ ПАРАГРАФЕ представлены основные результаты и выводы по исследованию волнового поля над баром р.Камчатка.

В Заключении сформулированы основные выводы работы.

1) На основе лабораторных и натурных данных получены эмпирические зависимости и разработана методика, позволяющая исключить влияние атмосферного давления и температурных ко-лебаний окружающей воды на измеряемое гидростатическое дав-ление датчиками вибротронного типа, которая может быть ус-пешно применена в исследовании волновых процессов в широком частотном диапазоне (от 0.01 до 10 цикл/мин).

2) Разработана методика и проведены длительные многоточечные натурные эксперименты по регистрации колебаний уровня океана в таких районах как Камчатский залив, устье р_.Камчатка, на шельфе и в бухтах о.Шикотан в диапазоне периодов волн от ветровых до длинных (до частоты ~0.01 цикл/мин) при различных интенсивностях волнения.

3) Получены оценки передаточных коэффициентов шельф-берег, шельф-бухта для конкретных цунамиопасных районов с учетом фазы прилива, погодных условий, собственных частот акваторий. Эти оценки совпадают с результатами численных расчетов.

4) Выявлен эффект нестационарности спектральных характеристик длинноволновых движений уровня на примере "метеоцунами", при которой наблюдалось увеличение энергии на 1

-1.5 порядка в широком диапазоне (от 2 мин до 2 час),исследована изменчивость взаимоспектральных характеристик.

5) На основе специализированного эксперимента в устье реки Камчатка обнаружены инфрагравитационные волны, которые носили прогрессивный характер. Получены эмпирические зависимости между энергиями инфрагравитационных волн и высокочастотных колебаний уровня (ветровые волны-зыбь). Предложен механизм возникновения ИГ-волн. Их диапазон входит в диапазон цунами.

6) Показана эффективность использования натурного эксперимента, заключающегося в проведении длительных синхронных многоточечных измерений колебаний уровня в широком частотном диапазоне и в последующем выделении составляющих в диапазоне цунами.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Тупоршин В.Н., Евстюнин В.В., Литвин E.H., Шельтинг Е.В. Техника и методика натурных измерений уровня моря с помощью датчиков давления вибротронного типа. // Тезисы 3-й Всесоюзной школы семинара "Методы гидрофизических исследований" , г.Светлогорск ,16-25 мая, 1989, с.99.

2. Тупоршин В.Н., Евстюнин В.В., Литвин E.H. Экспериментальное исследование волновых процессов в районе устья реки Камчатка // В сб. "Актуальные вопросы геологии, геофизики и биологии", Материалы XYI конференции молодых ученых ИМГиГ , г. Южно-Сахалинск, 1989, с.134-145.

3. Тупоршин В.Н., Евстюнин В.В., Шельтинг Е.В., Литвин E.H. Экспериментальное исследование частотных характеристик Камчатского залива. // Тезисы Всесоюзной конференции " Проблемы метрологии гидрофизических измерений", Москва, 27-31 мая 1990, с.324 .

4. Литвин E.H., Тупоршин В.Н. Об особенностях распространения длинных волн во внутренней акватории Усть-Камчатска. // Актуальные воросы геологии, Геофизики

и биологии, Материалы XYII конференции молодых ученых ИМГиГ, г.Южно-Сахалинск, 1991, с.221-229.

5 . Литвин E.H., Показеев К.В., Тупоршин В.Н. Инфрагравитационные волны в Камчатском заливе. // Тезисы 4-й школы-семинара " Методы гидрофизических исследований", г.Светлогорск, май 1992, с.27-28.

6. Литвин E.H., Показеев К.В., Тупоршин В.Н. Натурное определение передаточных характеристик устья реки в диапазоне частот цунами. // Там же, с. 28-29.

7. Литвин E.H., Показеев К.В., Тупоршин В.Н. Инфрагравитационные волны в устье реки Камчатка". // Океанология, 1992, т.32, вып.2, с.211-218.

8. Литвин E.H., Показеев К.В., Тупоршин В.Н. Инфрагравитационные волны в районе устья реки Камчатка. // Тезисы Международной конференции "Мезо- и микроструктурные измерения в океане и моделирование процессов", Санкт-Петербург, 8-12 сентября 1992, с.41.

9. Литвин E.H., Показеев К.В., Тупоршин В.Н. Использование натурного эксперимента для целей цунамирайонирования. // В трудах "Совещания по природным и антропогенным катастрофам", Новосибирск , сентябрь 1995.

10. Литвин E.H., Шевченко Г. В. Анализ длинноволновых процессов в диапазоне периодов цунами на шельфе острова Шикотан. // Тезисы Международной конференции " Физические процессы на шельфе", г. Светлогорск, 1996, с. 55-56.

Рис.1 Спектры колебаний уровня моря в заливе (1) и в протоке (2) и когерентности между ними.

40.00

0.00

см м 1.'.:;н Т

"'■'", 2

/

'о,.

У \ \

\

-Г"--1-г

10

) - См/сек) к мин

10 н цикл/мин

/ ч / \

0.00

10 0.5 -1

0.40.3 Н 0.2 0.1 -0.0 -

I

-Т—I—гп

10"

г цикл/мин

ПС <7 У~> /с

— -V..

"-ч-'Ч

"1-г

10

~т—гп 10 ~1 цикл/мин

Рис.2 а) Спектры колебаний уровня моря на шельфе (1) •и в бухте (2); б) Спектр колебаний меридиональной составляющей вектора скорости течения ; в) Функция когерентности колебаний уровня на шельфе и меридиональной компоненты вектора скорости.

Рис.3 Цуг прогрессивных волн типа "метеоцунами", зарегистрированных вблизи о.Шикотан.

Л, см' г;

Рис. 4 Спектральные оценки колебаний уровня .

а) 5 - энергетические спектры для датчиков: 1 (удаленный от берега)- жирная линия 7 2 (средний) - тонкая линия ; 3 (ближайший к берегу) - пунктир;

б) И2 - квадрат когерентности между датчиками 1 и 2?

в) ф - спектр запаздывания фазы между датчиками 1 и 2;