清华大学水利系牛小静课题组完成南海区域海啸风险量化数据集
2022-04-30

近日,清华大学近岸海洋动力学研究组牛小静团队在海岸领域权威期刊Coastal Engineering上发表论文An approach for quantifying nearshore tsunami height probability and its application to the Pearl River Estuary。该研究利用构建的高效分析方法和概率模型,通过百万量级潜在海啸情景分析,给出了我国珠江口周边沿岸海啸风险的空间分布。

地震海啸是一种难以预测且破坏力极强的海洋灾害,历史上发生多次地震海啸造成灾难性破坏和重大人员伤亡的事件,例如2004 年印度洋海啸、2011年日本海啸、2018年印尼海啸等。相关研究表明,南海东侧马尼拉海沟区域菲律宾海板块正以每年55-91 mm的速度向亚欧大陆板块快速俯冲,累计应力一旦突然释放,引发的大地震将给中国南部沿海区域带来严重的海啸灾害。因而,量化评估这一威胁在南海岛礁及大陆沿岸诱发的海啸风险,可为沿海防护和敏感设施的规划设计提供科学支持。


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1 马尼拉海沟地震引发海啸过程(震源位置119°E16°N,震级9,震源深度100km,走向角,倾角30°,滑移角90°


对于特定地震引发的海啸过程,可通过高精度的海洋动力学模型很好地模拟。然而,由于地震引发的海啸威力受震源位置、震级、震源深度、走向角、倾角、滑移角等地震参数影响,这些参数具有强随机性和不确定性,因此全面评估海啸风险是一个很复杂的问题。课题组之前提出单位水面扰动模型解决了大量潜在海啸情景在海域内传播的高效模拟问题。在此基础上,课题组给出了南海海域海啸波高的重现期数据集,该数据集的空间分辨率为0.1°,可作为近岸风险评估的边界条件,亦可作为南海海域内和周边的工程建设规划中海啸风险的一个初步参考,更多详细数据可联系课题组获取。


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2 南海海啸波高2m(左)和5m(右)对应重现期的空间分布

 

进一步获取沿岸更高空间分辨率的海啸风险分布,则需要考虑海啸波在近岸浅水放大、非线性、色散性以及能量耗散等因素带来的影响。本研究针对我国人口密集、经济发达的粤港澳大湾区周边,给出了近岸更精细的海啸风险分布。从评估结果可以看到,复杂海岸地形对海啸波近岸放大的影响巨大,相距几公里的海岸可能面临完全不同的风险等级。研究中首次考虑了海啸在岸外100m水深处的周期—波高的联合概率分布,并综合了海啸波周期和波高对沿岸放大因子的影响,相比于传统基于Green公式估算放大因子的方法更科学地量化了近岸海啸风险。

 

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3 离岸区域海啸周期和波高的联合概率密度分布

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4 波幅0.1m周期40min的放大因子空间分布

 

研究指出珠海市南部海岸线、香港东海岸以及部分离岸岛屿迎浪面是该区域面临海啸风险较大的区域,千年一遇的情景下这些近岸区域可能面临波幅5m以上的海啸,应该更加注重这些区域沿岸海啸防灾工作。

 

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5 基于放大因子法得到的千年一遇海啸幅值空间分布

 

相关论文信息

Gao, X., Zhao, G., & Niu, X. (2022). An approach for quantifying nearshore tsunami height probability and its application to the Pearl River Estuary. Coastal Engineering, 104139. 

https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2022.104139


Zhang, X., & Niu, X. (2020). Probabilistic tsunami hazard assessment and its application to southeast coast of Hainan Island from Manila Trench. Coastal engineering, 155, 103596.

https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2019.103596