Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

09.07 Акустика землетрясений, вулканических извержений, иных катастрофических природных явлений

 

Lavrentiev M.M., Marchuk A.G. «Fast modelling of tsunami wave propagation using PC with hardware computer code acceleration» Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 14, № 4, с. 433-4З4 (2021)

За счет применения микросхемы вентильной матрицы, программируемой пользователем (Field Programmable Gates Array – FPGA), достигается значительное ускорение расчета распространения волн цунами на современном обычном персональном компьютере. Для численной аппроксимации системы уравнений мелкой воды использовалась двухступенчатая схема Мак-Кормака. На базе проведенных численных тестов авторы описывают идею моделирования распространения волн цунами на базе ПК. Проведенное сравнение с известными аналитическими решениями и с эталонным кодом показывает хорошую точность разработанного программного приложения. Расчет одного часа распространения волны занимает меньше 1 минуты на сетке 3000×2500 узлов. Используя технологию вложенных сеток, можно перейти от расчетной сетки с шагом 300 м до сетки с шагом 10 м. При использовании предложенного Калькулятора, весь вычислительный процесс (для расчета распространение волны от очага до берега) занимает около 2 мин. Получено распределение максимальных высот волн цунами вдоль побережья южной части Японии. В частности, исследуется зависимость максимальных высот волн от конкретного местоположения источника цунами. Модельный источник размером 100×200 км имеет реалистичные параметры для этого географического региона. Результаты численных экспериментов показывают, что только на отдельных участках всей береговой линии наблюдаются опасные амплитуды волн цунами. Наличие аномально высоких волн цунами в некоторых из этих районов могут быть вызваны особенностями локальной батиметрии. Предлагаемое аппаратное ускорение вычисления распространения волны цунами может быть использовано для быстрой (скажем, за несколько минут) оценки опасности цунами для конкретного населенного пункта или промышленного объекта на побережье.

Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 14, № 4, с. 433-4З4 (2021) | Рубрики: 07.14 09.07

 

Спивак А.А., Рыбнов Ю.С. «Акустические эффекты сильных землетрясений» Физика Земли, № 1, с. 41-50 (2021)

Приведены результаты инструментальных наблюдений за акустическими эффектами ряда сильных землетрясений, произошедших в Албании, Греции, Иране и Турции с магнитудой в интервале 5.1–6.9. Наблюдения выполнены в трех пунктах: Геофизической обсерватории “Михнево” (54.94°N; 37.73°E), в Центре геофизического мониторинга г. Москвы (55.70°N; 37.57°E) Института динамики геосфер Российской академии наук и в пункте, расположенном в г.Звенигород Московской области (55.69°N; 36.77°Е), что обеспечивало пеленги на источники акустических возмущений. Показано, что землетрясения с очагами, расположенными на расстояниях от ∼1845 до ∼2815 км от пунктов регистрации, вызывают возмущения атмосферы в виде распространяющихся в стратосферном волноводе акустических колебаний инфразвукового диапазона частот, а также в виде акустических колебаний, вызванных сейсмическими волнами. Приведены характерные периоды вызванных землетрясениями акустических сигналов. Выполнена оценка энергий акустического источника и землетрясения по спектральным характеристикам распространяющихся в стратосферном волноводе инфразвуковых сигналов.

Физика Земли, № 1, с. 41-50 (2021) | Рубрики: 09.06 09.07

 

Белашов В.Ю., Белашова Е.С., Харшиладзе О.А. «Проявление сейсмоэффектов в ионосфере в дальней зоне от очага землетрясения» Геомагнетизм и аэрономия, 61, № 1, с. 3-7 (2021)

На основе результатов теоретических исследований проявления сейсмической активности показано, что в результате воздействия на атмосферу и нейтральную компоненту ионосферы акустического импульса, вызванного поверхностной волной Рэлея, как в наземных экспериментах, так и в спутниковых наблюдениях на высотах F-области ионосферы могут регистрироваться возмущения вертикальной скорости нейтральной компоненты и электронной концентрации, что приводит к последующему формированию и эволюции в дальней зоне уединенной внутренней гравитационной волны (ВГВ) и возбуждению этой волной перемещающегося ионосферного возмущения (ПИВ) с соответствующими им характерными пространственными масштабами, распространяющих радиально от эпицентра под углами, близкими к горизонтали, со скоростями ∼200 мс–1. Рассмотрение 3-мерного случая с учетом всех значимых факторов (слабых нелинейности и дисперсии, диссипации и стохастических флуктуаций волнового поля) позволило уточнить полученные ранее другими авторами результаты и показало, что в дальней зоне от эпицентра землетрясения форма ионосферного отклика на сейсмическое событие существенно зависит от значений основных параметров ионосферы, определяющих ее дисперсионные характеристики, флуктуационные и диссипативные процессы в области распространения ВГВ и возбуждаемого ей ПИВ: это может быть и уединенное волновое возмущение, и волновой пакет с характерными масштабами ВГВ. При этом установлено, что имеют место как фазовый сдвиг ПИВ относительно фазы ВГВ (в пределах 0.5–5 мин), так и эффект релаксации в восстановлении электронной концентрации после прохождения солитона ВГВ. Полученные результаты анализа сейсмоионосферных пост-эффектов, выражающихся в формировании в дальней зоне солитоноподобных возмущений ВГВ и ПИВ и представляющих большой интерес, в частности, для лучшего понимания причинно-следственных связей в системе твердая земля–атмосфера–ионосфера, может использоваться для пеленгации эпицентров землетрясений и выделения сейсмообусловленных колебаний в спектре ионосферных флуктуаций.

Геомагнетизм и аэрономия, 61, № 1, с. 3-7 (2021) | Рубрики: 09.06 09.07

 

Писаренко В.Ф., Любушин А.А., Родкин М.В. «Максимальные землетрясения в будущих интервалах времени» Физика Земли, № 2, с. 27-45 (2021)

Исследуются проблемы, связанные с максимальными землетрясениями в сейсмоактивном регионе. В работах авторов (Писаренко В.Ф., Родкин М.В. Неустойчивость параметра Mmax и альтернатива его применению // Физика Земли. 2009. № 12. С. 48–59; Pisarenko V., Rodkin M. Heavy-Tailed Distributions in Disaster Analysis. Advances in Natural and Technological Hazards Research. Springer, Dordrecht–Heidelberg–London–New York. 2010. V. 30; Pisarenko V.F., Rodkin M.V. The maximum earthquake in future Т years: Checking by a real catalog // Chaos, Solitons & Fractals. 2015. V. 74. P. 89–98) была предложена альтернатива неоднозначно определяемому параметру Ммах (максимальной региональной магнитуде) в виде четко определенного, статистически обоснованного параметра – максимальной магнитуды землетрясения в данном регионе в заданный, будущий интервал времени Т. Изучаются статистические характеристики этого параметра – квантили с заданным уровнем доверия q. Впервые оценка смещения, стандартного отклонения и среднеквадратичного отклонения таких квантилей проведена на большом количестве (1000 штук) независимых выборок (искусственных каталогов) с известным законом распределения. Это дало возможность сравнить получаемую при этом “истинную” точность оценок с той, которая получается по одному каталогу с неизвестным законом распределения. Оценена реальная эффективность оценок квантилей на примерах с точно известным ответом, а также продемонстрирована устойчивость и робастность этих квантилей как информативной и важной характеристики сейсмического риска. Проведенные сравнения позволяют получить оценки разброса квантилей в области больших времен Т и при весьма строгих границах доверительного уровня q. Оценки квантилей максимальных событий в будущем интервале времени получаются существенно более робастными при более сильном загибе вниз графика повторяемости. Выведено соотношение между квантилями одиночного землетрясения и квантилями максимального землетрясения в будущем интервале времени Т, которое позволяет устанавливать эквивалентность между длительностью интервала Т и уровнем значимости (надежностью) q, что для распределений с тяжелыми хвостами необходимо учитывать при оценивании сейсмического риска. При статистическом анализе использованы два различных метода оценки параметров: метод максимального правдоподобия и Байесовский метод. Они показали примерно равную эффективность. С помощью этих методов получен вывод о том, что оценка долгосрочной сейсмической опасности для регионов с явно выраженным загибом вниз графика повторяемости является весьма устойчивой и робастной.

Физика Земли, № 2, с. 27-45 (2021) | Рубрики: 09.07 09.10