南海海啸非线性反问题预报模式研究

论文摘要

马尼拉海沟是南海最有可能引发海啸的潜在地震源。一旦诱发海啸，将会对我国南方沿海地区造成重大损失，因此开展该区域的海啸预报技术研究，对我国海啸预警预案及防灾减灾具有重要意义。本文采用COMCOT海啸模式建立了南海海啸计算模型，应用该模型模拟计算了马尼拉海沟潜在震源区37个单元板块单位滑动产生的海啸在区域内的传播过程，由计算结果组成南海海啸源线性数据库，将海啸浮标监测数据与数据库结合的反问题方法构建了南海线性反问题海啸预报模式，并以震源区假想地震海啸发生为案例，应用预报模式对近岸海啸进行预测。和正问题结果比较，对近岸水深较大的区域，预报结果很好。以海南岛和台湾岛附近海域为例，采用30min和60min海啸监测数据，预测的波高误差分别在25%和17%以内，海啸波周期较为一致，预报的计算时间在2min内。针对陆架较宽、水深较浅，海啸传播发生非线性变形剧烈的区域，建立了这些区域内非线性海啸波数据库，再通过寻求线性和非线性海啸波的对应关系，构建了南海非线性海啸预报模式，以珠江口外海为例，30min和60min反演海啸波高分别偏小27%、18%，海啸波到达时间一致，预报的计算时间在3min内。采用COMCOT海啸计算模式和全球潮汐模式TPXO7.1结合，建立了南海海啸与潮汐耦合数值模型，采用香港潮位站实测数据对模型潮汐模拟进行了验证，潮汐计算结果与实测数据吻合较好，高、低潮位平均误差小于15cm、20cm。在潮汐验证基础上，以马尼拉海沟潜在震源区假想地震海啸为案例，进行了8.0、9.0级地震海啸与潮汐耦合情景模拟计算。结果表明，海啸与潮汐线性叠加结果是偏安全的，即预报模式中海啸单独计算可以满足预报要求；9.0级地震算例结果显示，海啸波在珠江口和海南海域波高为2.0-3.0m，海啸先行波为正波在高潮位到达时，出现异常高潮位，深圳外海海啸潮位将达到2.6-2.7m，海啸先行波为负波在低潮位到达时，出现异常低潮位，深圳外海海啸潮位将达到-2.5m；异常高低潮位将对沿岸工程造成很大的破环，淹没范围也会更广。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 海啸及其特点
• 1.1.2 海啸灾害
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 海啸数值模拟及主要模型
• 1.2.2 海啸与潮汐耦合数值研究
• 1.2.3 海啸预报
• 1.3 南海海啸相关研究
• 1.3.1 南海海啸风险分析
• 1.3.2 南海海啸灾害数值研究
• 1.4 本文研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 第2章 南海地震海啸计算模型的建立
• 2.1 COMCOT 模式介绍
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 数值格式
• 2.1.3 初始条件和边界条件
• 2.2 计算区域
• 2.3 情景计算
• 2.3.1 算例设置
• 2.3.2 海啸传播走时
• 2.3.3 海啸传播过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 海啸线性反问题预报模式的建立
• 3.1 海啸计算模型设置
• 3.2 海啸数据库的建立
• 3.2.1 海啸浮标监测点
• 3.2.2 构建海啸源数据库
• 3.3 反问题计算方法
• 3.4 预报算例结果分析
• 3.4.1 监测数据
• 3.4.2 震源反演结果
• 3.4.3 预报结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 海啸非线性预报模式
• 4.1 建立局部区域非线性数据库
• 4.2 非线性预报方法
• 4.3 预报结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 潮汐海啸波耦合数值模拟
• 5.1 耦合模型的建立和验证
• 5.1.1 计算网格和地形数据
• 5.1.2 TPXO7.1 模式和耦合过程
• 5.1.3 潮汐验证
• 5.2 海啸与潮汐耦合情景计算分析
• 5.2.1 算例设置
• 5.2.2 Mw=8.0
• 5.2.3 Mw=9.0
• 5.3 地震海啸风险分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果