КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-17-00313
НазваниеНаводнения на побережье Японского моря в условиях глобального потепления: штормовые нагоны, цунами и экстремальные приливы
Руководитель Медведев Игорь Павлович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук , г Москва
Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-504 - Механизмы возникновения и процессы распространения цунами, предвестники цунами
Ключевые слова Наводнения, Японское море, цунами, штормовые нагоны, приливы, численное моделирование, землетрясения, мареографы, спектральный анализ, палеоцунами, каталог, сейши, изменения климата
Код ГРНТИ37.25.23
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Основная научная проблема, на решение которой направлен проект, – комплексное исследование формирования экстремальных колебаний уровня Японского моря в условиях глобального изменения климата. Колебания уровня моря – один из основных параметров состояния морей и океанов. Изменения уровня моря имеют различные пространственные и временные масштабы. В некоторых случаях колебания уровня превышают критические отметки и приводят к затоплениям прибрежных территорий и низменностей – морским наводнениям. Тайфуны, приводящие к штормовым нагонам и затоплениям прибрежной инфраструктуры, на Дальнем востоке случаются нередко. В условиях меняющегося климата, по некоторым оценкам, их количество и частота для побережья России могут увеличиваться. В Японском море морские наводнения могут формироваться под воздействием разных гидрометеорологических процессов, основные из которых: цунами, метеоцунами, штормовые нагоны, приливы, сейши, а также высокочастотные инфрагравитационные волны и волновой нагон. Морские наводнения причиняют огромный ущерб экономике дальневосточных регионов и могут привести к человеческим жертвам. Представленный коллектив обладает уникальным опытом исследований всех выше перечисленных динамических процессов и может решить проблему оценки экстремальных значений уровня Японского моря с учетом всех возможных факторов на высокопрофессиональном уровне. Отдельное внимание будет уделено оценке экстремальных подъемов уровня Японского моря вблизи российских населенных пунктов. Использование береговых мареографов с дискретностью наблюдения от минут до месяцев, численного моделирования, спутниковой альтиметрии, а также работа с архивами и каталогами опасных природных явлений позволит получить наиболее точные и достоверные оценки опасности морских наводнений для этого региона.
Научная новизна исследования обусловлена широким комплексным подходом к оценкам экстремумов в колебаниях уровня моря, который позволит учесть влияние различных факторов при их формировании. Будет выполнен анализ колебаний уровня Японского моря с применением современных подходов к анализу динамических морских процессов (спектральный и вейвлет анализы, численное моделирование), что позволит оценить экстремальные проявления как отдельных волновых процессов, так и определить их возможное совместное проявление (суперпозицию нескольких процессов), которое может привести к катастрофическим наводнениям с редкими периодами повторяемости. Также будет исследовано влияние глобального изменения климата, в частности изменений среднего уровня Мирового океана, на межгодовую изменчивость экстремумов уровня Японского моря и будет дан прогноз на конец XXI в.
Отдельное внимание в текущем проекте будет уделено изучению региональных и удаленных цунами, вызванных извержением/взрывом подводных вулканов. Как показали последние события (взрыв вулкана Анак-Кракатау в 2018 и извержение вулкана Хунга-Тонга в 2022 г., когда фактическая высота цунами была существенно больше ожидаемой), вулканические цунами являются одним из важнейших вопросов современной науки об опасных природных явлениях, т.к. они имеют сложный источник генерации волн и различный механизм воздействия на океан (волны цунами «океанского» и «атмосферного» происхождения). Коллектив лаборатории цунами имеет существенный задел в исследовании подобных событий, в том числе в коллаборации с ведущими зарубежными специалистами, а также имеет доступ к большому количеству различных измерений в океане и атмосфере, что обеспечит достижимость решения поставленной задачи.
Комплексный подход, наличие в коллективе квалифицированных специалистов в области гидрофизики и численного моделирования, продуманный план работ, использование современных методов и средств исследования и наличие соответствующих современным требованиям вычислительных мощностей обеспечат своевременное достижение поставленных целей и получение запланированных результатов высокого качества.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1.5. Описание выполненных в отчетном году работ и полученных научных результатов для публикации на сайте РНФ
До 3 страниц (6 тыс. символов) текста, также указываются ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту.
В ходе работ по проекту была создана база данных записей уровня Японского моря различной дискретности. Для этого были собраны массивы среднемесячных, ежечасных и минутных данных для побережья моря из электронных ресурсов и архивов, и проведена их первичная обработка. Всего были собраны ряды среднемесячных значений уровня для 87 береговых пунктов Японского моря: 21 на побережье России, 37 – Японии, 28 – Южной Кореи и одна станция на побережье КНДР. Максимальная длительность составила 98 лет во Владивостоке.
Для анализа синоптических и мезомасштабных колебаний уровня моря (приливы, нагоны и др.) были собраны ряды ежечасных наблюдений для 95 станций, расположенных на японском, корейском и российском побережьях. Продолжительность записей варьируется от 4 до 88 лет. Для российских станций длительность записей составляет до 20 лет. Для изучения высокочастотных колебаний уровня моря (цунами, сейши инфрагравитационные волны и др.) был собран массив ежеминутных наблюдений за уровнем моря для 41 станции, включающих 20 японских, 10 южнокорейских и 11 российских станций.
На основе имеющихся литературных источников и электронных каталогов в ходе работы над проектом была создана обширная база данных по мареограммам цунами для Японского моря. Она насчитывает около 200 записей. На текущий момент 132 записи уже переведены в цифровой вид, остальные ‒ в виде сканированных копий самих мареограмм или их графических аналогов. Всего были найдены записи уровня моря для 34 событий с 1934 по 2024 г. Имеются записи для 78 береговых пунктов, из них 52 японские станции, одна северокорейская, 13 российских и 12 южнокорейских станций. Для российских станций существуют записи 31 события с 1939 года по 2024 г.
Для расчета энергетических спектров экстремальных колебаний уровня Японского моря были использованы данные береговых мареографов с временной дискретностью 1 минута. Проведен анализ степени влияния траектории тайфунов на генерацию колебаний уровня моря в бухтах и заливах. Были рассмотрены циклоны, перемещающимися с юго-запада на северо-восток вдоль продольной оси моря, как супертайфун Хиннамнор 2022; вдоль западного побережья Японских островов ‒ тайфун Джеби 2018; над южной частью Японского архипелага с выходом в Тихий океан ‒ тайфун Нанмадол 2022; с востока над Сангарским проливом ‒ тайфун Лайонрок 2016 и над Корейским проливом на северо-запад ‒ тайфун Майсак 2020. Все рассмотренные циклоны (Джеби, Майсак, Хиннамнор и Нанмадол) вызвали колебания уровня моря преимущественно на одних и тех же частотах, но высокочастотная часть спектра существенно зависит от траектории циклона.
Для западного побережья южной части Японского моря было проведено исследование возможности восстановления энергетического спектра определенного события по данным другой станции в этом районе. Такой «опорной» станцией был выбран Уллын, расположенный на острове Уллындо напротив станций Сокчо, Тонхэ, Покханг, Пусан и Кадокто. Были рассмотрены колебания уровня моря, вызванные тайфунами Майсак и Хайшен в 2020 году и цунами от землетрясения Ното 2024 года. Рассчитанные спектры хорошо воспроизвели резонансные особенности почти каждого пункта, за исключением Кадокто. Наиболее заметные расхождения наблюдаются для колебаний уровня моря с периодами меньше 4 мин. Таким образом, была подтверждена возможность восстанавливать данные пунктов на побережье Корейского пролива в случае технических неполадок на одной из них с хорошей точностью.
В конце января 2024 г. в северной части Японского моря действовал сильный циклон, парализовавший жизнь региона на несколько дней. На основе анализа записей береговых мареографов были изучены особенности экстремальных колебаний уровня Японского моря, сформированных под влиянием этого циклона. С помощью цифровых фильтров и спектрально-временного анализа были выделены колебания уровня на различных частотных масштабах и определены их максимальные высоты. Штормовой нагон в Японском море имел небольшие высоты до 33 см, тогда как высокочастотные колебания уровня моря достигали экстремальных отметок, до 74 см в Рудной Пристани. Суммарная высота неприливных изменений уровня моря в Рудной Пристани 22 января составила 100 см, а размах колебаний достиг 147 см. Инфрагравитационные волны оказали существенное влияние на формирование экстремальных колебаний в Рудной Пристани.
Были выполнены эксперименты по расчету генерации и распространения исторических событий цунами в Японском море с помощью численного моделирования. Для оценки деформаций дна, вызванных землетрясениями, была использована сейсмотектоническая модель разрыва конечных размеров. Поле косейсмических деформаций (смещений) дна рассчитывалось с помощью формул Окада, с учетом реальной батиметрии. Всего в этом году было рассмотрено семь цунами сейсмического происхождения, пять из которых являются сильнейшими по инструментальным наблюдениям: 1940 (Mw 7.5), 1964 (Mw 7.5–7.7), 1971 (Mw 7.3), 1983 (Mw 7.7–7.8), 1993 (Mw 7.7), 2007 (Mw 6.2), 2024 (Mw 7.5) гг. Начиная с события 1971 г., для каждого из них был выполнен анализ имеющихся наблюдений (в том числе архивных мареограмм), построено несколько вариантов сейсмического источника, и на основе валидации модели выбрано оптимальное решение и выполнены численные расчеты генерации и распространения цунами с детальной оценкой для российского побережья. По результатам численного моделирования максимальная высота цунами на российском побережье составила более 2.4 м для 1983 г. и ~6 м для 1993 г. Последним рассмотренным в рамках работ событием является цунами, вызванное землетрясением на п-ве Ното 1 января 2024 г. (Mw 7.5). Был создан модельный очаг землетрясения и проведено численное моделирование. Распределение максимальных рассчитанных высот волн показало, что возвышенность Ямато является естественным барьером для Приморского края от цунами, возникающих в южной части моря.
С помощью региональной приливной модели была рассчитана экстремальная величина приливных колебаний Японского моря. Максимальная величина прилива изменяется внутри акватории моря от 15 см в северной части Корейского пролива до 290 см в северной части Татарского пролива. По данным береговых станций с помощью гармонического анализа были рассчитаны основные приливные параметры и показано, что максимальная величина прилива может достигать: во Владивостоке – 47 см, в Находке – 42 см, в Рудной пристани – 40 см, в Холмске – 35 см; и возрастать к северу до 76 см в Советской гавани, 99 см в Углегорске и 244 см в Де-Кастри.
Публикации
1. Медведев И.П., Смирнова Д.А., Цуканова Е.С. Экстремальные колебания уровня в северной части Японского моря в январе 2024 г. Метеорология и гидрология (год публикации - 2025)
2. Ильин В.И. Медведев И.П, Архипкин В.С. Собственные и индуцированные приливы в Японском море Моря России: современные методы исследований и их практические применения = Seas of Russia: Modern Research Methods and Their Practical Application: тезисы докладов VIII Всероссийской научной конференции, Севастополь, 23–27 сентября 2024 г. – Севастополь : ФГБУН ФИЦ МГИ, 2024., С. 166-167. (год публикации - 2024)
3. Смирнова Д.А., Медведев И.П. Экстремальные непериодические колебания уровня Японского моря, возникающие под влиянием различных метеорологических факторов Комплексные исследования Мирового океана. Материалы VIII Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Владивосток, 13–17 мая 2024 г. Владивосток: ННЦМБ ДВО РАН, 2024., С. 217-218. (год публикации - 2024)
4. Цуканова Е.С., Рабинович А.Б., Медведев И.П., Медведева А.Ю. Сильнейшие цунами в Японском море по инструментальным наблюдениям Океанология (год публикации - 2025)
5. Цуканова Е.С., Медведев И.П., Владимирова И.С., Медведева А.Ю. Цунами в Японском море 1 января 2024 года Комплексные исследования Мирового океана. Материалы VIII Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Владивосток, 13–17 мая 2024 г. Владивосток: ННЦМБ ДВО РАН, 2024., С. 252. (год публикации - 2024)
6. Медведев И. Смирнова Д., Медведева А. Impact of wind waves on high-frequency sea level oscillations Abstract Book. The 3rd World Conference on Meteotsunamis. Bodrum, 2024. (год публикации - 2024)
7. Пилик Д.И., Медведев И.П., Цуканова Е.С. Цунами в северной части Японского моря V всероссийская научная конференция с международным участием «ВОЛНЫ ЦУНАМИ: МОДЕЛИРОВАНИЕ, МОНИТОРИНГ, ПРОГНОЗ». Конференция приурочена к годовщинам двух знаковых событий: 30-летию Шикотанского и 20-летию Индонезийского цунами. 12-13 ноября 2024 г. Сборник тезисов докладов / Под ред. М.А.Носова. - М.: Научный совет по проблемам цунами ОНЗ РАН, 2024 г, С. 28-29. (год публикации - 2024)
8. Смирнова Д., Медведев И. The extreme seiches in the Sea of Japan caused by typhoons Abstract Book. The 3rd World Conference on Meteotsunamis. Bodrum, 2024. (год публикации - 2024)
9. Пилик Д.И., Медведев И.П., Цуканова Е.С. Цунами в северной части Японского моря Комплексные исследования Мирового океана. Материалы VIII Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Владивосток, 13–17 мая 2024 г. Владивосток: ННЦМБ ДВО РАН, 2024., С. 192. (год публикации - 2024)
10. Цуканова E.С., Медведев И.П., Владимирова И.С. Ното цунами 1 января 2024 г. V всероссийская научная конференция с международным участием «ВОЛНЫ ЦУНАМИ: МОДЕЛИРОВАНИЕ, МОНИТОРИНГ, ПРОГНОЗ». Конференция приурочена к годовщинам двух знаковых событий: 30-летию Шикотанского и 20-летию Индонезийского цунами. 12-13 ноября 2024 г. Сборник тезисов докладов / Под ред. М.А.Носова. - М.: Научный совет по проблемам цунами ОНЗ РАН, 2024 г, С. 24-25. (год публикации - 2024)
11. Цуканова Е., Медведева И., Медведева А. The 2022 Tonga tsunami in the northwestern Pacific Ocean Abstract Book. The 3rd World Conference on Meteotsunamis. Bodrum, 2024. (год публикации - 2024)
12. Медведева А., Выдрин Д., Крылов А., Ширыборова А., Каноглу У., Медведев И. The tsunami on 6 February 2023 in the Northeastern Mediterranean on the coast of Turkey Abstract Book. The 3rd World Conference on Meteotsunamis. Bodrum, 2024. (год публикации - 2024)