Проблема цунами является актуальным и практически востребованным направлением современной геофизики, находящимся на стыке физической океанологии и сейсмологии. 

За последнее десятилетние произошли 13 крупных цунами, которые унесли жизни более 250 тысяч человек и причинили колоссальный материальный ущерб. Наиболее катастрофические из этих событий – цунами в Индонезии 26.12.2004 и в Японии 11.03.2011 – убедительно показали, что, несмотря на обширные накопленные знания о физической природе цунами, разработанные математические модели явления и технологии прогноза, проблема цунами все еще далека от разрешения и требует привлечения новых идей и технологий. 

Ситуация существенно осложняется за счет стремительного роста населения прибрежной зоны, развития береговой инфраструктуры, интенсификации хозяйственной деятельности на шельфе (добыча углеводородов, прокладка трубопроводов, линий связи). Все эти факторы повышают уязвимость берегов к морским природным катастрофам, среди которых волны цунами играют не последнюю роль. 

В курсе приводятся сведения о наиболее ярких исторических событиях. Дается представление о «поражающих факторах» цунами. Обсуждаются существующие ныне и перспективные количественные характеристики силы цунами. Описываются профессиональные источники информации о волнах цунами (каталоги и базы данных) и анализируется статистика этого катастрофического явления. Обсуждаются особенности эволюции и проявления волн в области источника, в открытом океане, в мелководной зоне и на побережье. Рассматриваются физические модели формирования волн цунами подводными землетрясениями, оползнями, извержениями вулканов, атмосферными эффектами (метеоцунами) и падением метеоритов. Детально рассматривается процесс генерации цунами землетрясением. Обсуждается роль основных и вторичных эффектов, ответственных за формирование волн (сжимаемость воды, вращение Земли, нелинейность, динамика вспарывания разрыва). Описывается модель мгновенного источника и способ расчета начального возвышения водной поверхности в очаге цунами. Излагается метод расчета деформаций дна по параметрам очага землетрясения и, в том числе, современная версия этого метода, основанная на данных о распределении подвижки в очаге землетрясения (FFM). Описываются проявления гидроакустических эффектов в очаге цунами и в дальней зоне по данным глубоководных станций. Дается представление о способах регистрации цунами береговыми мареографами, донными датчиками давления, спутниковыми радиовысотомерами и др. Обсуждаются способы идентификации доисторических событий (палеоцунами). Излагаются физические принципы функционирования системы предупреждения о цунами. 

Курс содержит базовые сведения по физике моря, необходимые для понимания особенностей эволюции волн цунами. В частности, даются представления о стратификации, поверхностных и внутренних волнах в океане, геострофических течениях. Излагаются элементы потенциальной теории волн, теории длинных волн и лучевой теории. Описываются эффекты рефракции и захвата длинных волн, связанные с формами рельефа дна. Анализируется влияние фазовой и амплитудной дисперсии на распространение цунами. Обсуждается линейная (вязкая) и нелинейная (турбулентная) диссипация энергии цунами, а также рассеяние волн неоднородностями дна. Описываются современные подходы к численному моделированию цунами, обсуждаются возможности использования численных моделей для решения задач прогноза. Даются представления о родственном цунами явлении — моретрясение. Приводятся описания очевидцев и данные инструментальных наблюдений. Обсуждается опасность моретрясений для мореплавания. Описываются физические механизмы формирования моретрясений и их влияние на стратификационную структуру океана. Формулируются правила личной безопасности при нахождении в цунамиопасном регионе.

Список всех тем лекций

Лекция 1. Цунами в жизни человека.
Цунами в искусстве Главный фактор увеличения цунами риска Кто занимается проблемой цунами? Съемки цунами Необходимость изучения цунами Поражающие факторы Значение слова "Цунами" Описание волны цунами формулами Особенности цунами

Лекция 2. Причины возникновения цунами.
Причины цунами Землетрясения Оползни и обвалы Вулканические извержения Метеоцунами Космогенные причины Подводные взрывы

Лекция 3. Как и чем регистрировать цунами.
Волна цунами в открытом океане Накат цунами на берег Способы регистрации волн цунами Описания очевидцев Береговые станции уровня моря Глубоководные мореографы Система DONET Измерители течений Дрифтеры Спутниковые альтиметры GPS буи Возмущения в ионосфере Береговые радары Отложения цунами

Лекция 4. Предсказание цунами.
Способы регистрации цунами Отложение цунами как способ регистрации Важнейшие способы регистрации Характеристики силы цунами Шкала Соловьёва-Имамуры Базы данных Сила землетрясения Сейсмические волны Основные понятия землетрясений

Лекция 5. Связь между цунами и землетрясениями.
Области субдукции Сейсмическая томография Основные понятия землетрясений Шкала магнитуд Энергия землетрясения Частота землетрясения Связь между цунами и землетрясениями Механизм очага землетрясений

Лекция 6. Моделирование источников цунами.
Энергия цунами как функция глубины очага землетрясения Косейсмические деформации при реальных землетрясениях Исследование площадок разрыва Связь векторного поля дна и его поверхности Общий метод расчета "Источника цунами" Функции моментной амплитуды Амплитуда деформации дна как функция моментной магнитуды Вытесненный объем как функция моментной магнитуды Энергия цунами как функция моментной магнитуды Отображение на реальных очагах

Лекция 7. Модели волновых движений в океане.
Модели, которые можно получить Определение волны Классификация волн в океане Гравитационные волны Математическое описание волн водного слоя Составление системы уравнений Граничные условия Начальные условия Решение полученных уравнений Приближения для уравнений Влияние вращения Земли на процессы в океане Геофизические приближения Выбор удобных приближений

Лекция 8. Рельеф дна в моделировании цунами.
Приближения в математической модели Уравнения линейной теории длинных волн Волновое уравнение для неровного дна Влияние рельефа на распространение длинных волн Приближение геометрической оптики Ход волновых лучей в различных областях океана Поведение лучей на реальном рельефе Закон Грина Закон для скорости течения Взаимодействие волны со ступенькой Взаимодействие волны с прямоугольным препятствием Взаимодействие волны с мелкомасштабным препятствием Генерация волн при сейсмических движениях дна Неоднородное волновое уравнение Сравнение подвижности дна со смещением и без

Лекция 9. Линейные теории длинных волн.
День распространения информации о цунами Волны цунами при движениях дна Подвижка с остаточным движением Бегущая подвижка Гравитационные волны как предвестники цунами Метеоцунами Основные закономерности Источники цунами в реальности Биполярное возмущение Линейная потенциальная теория волн Физическая постановка задачи Уравнения для линейных гравитационных волн Физический результат теорий

Лекция 10. Линейная потенциальная теория волн.
Линейная потенциальная теория волн Сопоставление теории длинных волн и потенциальной теории Подвижка с остаточным смещением Подвижка без остаточного смещения Резюме по подвижкам и смещению Поршневая и мембранная подвижки Поле скорости течения вблизи источника Иллюстрация движения частиц Бегущая подвижка в районе источника 3D задача о генерации цунами деформациями дна Модельный закон деформации дна Диспергирующие волны Плоская задача для потенциальной теории

Лекция 11. Дисперсия волн, гидроакустика и сжимаемость воды.
Дисперсия волн цунами Синтетические и реальные волновые формы Движение частиц жидкости в монохроматической волне Траектории движения частиц в линейной потенциальной волне Давление на дне и смещение свободной поверхности Давления на дне, вызванные землетрясениями и цунами Гидроакустические эффекты Эффект "Т-фаза" Распространение сигнала от очага землетрясения Сжимаемость воды Генерация цунами с учетом сжимаемой воды Формула для несжимаемой жидкости Отклик водного слоя на колебания дна

Лекция 12. Динамика и прогнозы цунами.
Отклик водного слоя на движение дна Численные модели динамики цунами Первые численные модели Классификация моделей Уравнения нелинейной теории длинных волн Методы решения уравнений Вычислительная трудоёмкость задачи Успехи прогнозов цунами Долгосрочный и краткосрочный прогнозы Правила безопасности во время цунами