印尼海啸过程数值模拟研究及其风险评估

摘要

本文基于全球海洋环流与潮汐模型GOCTM对海啸传播过程进行了数值模拟研究，利用德国Alfred Wegener研究所（AWI）提供的初始水位作为海啸源，模拟2004年12月26日苏门答腊-安达曼Mw9.2地震引发的海啸波传播过程，并首次在海啸模拟的基础上，加入了潮汐模块，模拟在潮汐运动背景下，海啸波的传播特征。 GOCTM全球海洋模型继承了FVCOM的有限体积离散方法数值求解三维水动力原始控制方程组的优点，采用能够较好拟合海岸线的无结构三角形网格，同时全球网格设计避免了开边界条件给模拟造成的误差。通过一系列的实验证明，该模型可用于海啸波的传播模拟。 地震引起的海底位移，采用瞬时变形理论，近似地认为上覆海水与海底变形位移相同，得到初始水位条件，作为模型的驱动，进行海啸波传播的模拟。本文采用AWI研究所提供的关于2004年12月26日海啸源初始水位数据，插值到GOCTM模型网格中，作为模型的初始水位条件，驱动模型。在进行潮汐作用下海啸波传播模拟时，初始条件加入潮汐的水位和流场，打开潮汐模块，模拟2004年12月26日海啸发生时潮汐场下海啸波的传播。为了进行对比，本文设置了苏门答腊岛涨潮阶段下，海啸波传播的模拟实验。 本文采用记录了2004年12月26日海啸波信息的印度洋沿岸潮位站数据和海啸发生期间经过印度洋东部海域的卫星高度计数据，对模拟结果进行了验证。通过三个数值实验的模拟及分析，得到了以下结论：（1）在没有加入潮汐影响的海啸波传播过程模拟中，海啸波在大约25分钟左右首次抵达苏门答腊岛北端，水位可达4米左右，这一到达时间与日本的TUNAMI和德国AWI的TsunAWI模拟时间几乎相符。海啸波影响范围可达印度洋北部沿海地区及非洲索马里以北。海啸波在安达曼群岛及苏门答腊岛西部诸岛间由于波的反射出现波的叠加使水位增加。（2）通过GOCTM全球模型模拟的海啸波，到达时间与观测的潮位站数据相吻合，与卫星高度计数据对比，模拟水位在海啸传播的早期两个初始大波与高度计数据相吻合，但是水位值由于初始水位设置、网格分辨率选取等其它影响因素，一般小于实际测量数据。（3）考虑潮汐作用下，海啸波传播模拟实验结果表明潮汐影响着海啸波的水位分布，使海啸波在近岸的水位随着不同的潮汐时刻而改变，从而可能影响水位在陆地的爬升，对海啸的预报和预警造成不确定因素。（4）通过三个数值实验结果的对比，可以看出，潮汐的加入对于海啸波到达近岸的时间和波形影响不大，由于波向的折射，海啸波在海岸线凸起的地方，波向线产生辐聚，造成模拟水位的增大，在凹进去的海岸，波向线则会辐散，模拟水位减小。潮汐作用下，模拟得到的到达近岸时的水位可以近似的认为是潮位值和海啸波水位值的线性叠加，所以，可以考虑在预报海啸波时，与潮汐的预报同时进行，达到潮汐影响下海啸波预报的效果。 本文的最后，对我国海啸预报预警系统的建立，提出了一些需要解决的问题和建议，其中首要任务就是建立海啸数据库，以便进行海啸的快速预报和预警。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

第二章 基于全球海洋模型（GOCTM）的海啸数值模型介绍

第三章 模型设置

第四章 海啸波传播模拟结果及分析

第五章 结语

参考文献

致谢

个人简历、发表的学术论文