Лаборатория математического моделирования волн цунами

Зав. лабораторией д.ф.-м.н. Гусяков Вячеслав Константинович, эл. адрес gvk@sscc.ru

Лаборатория состоит из 10 сотрудников, среди которых 2 доктора и 2 кандидата наук.

Основными научными направлениями лаборатории являются: (1) изучение условий возбуждения волн цунами очагами подводных землетрясений; (2) создание методов и программ расчета распространения цунами в океане с учетом реального рельефа дна; (3) решение обратных задач по восстановлению источника (очага) цунами по мареографным наблюдениям; (4) информационное обеспечение исследований проблемы цунами (создание и поддержка баз данных наблюдений цунами и поддерживающих их графических оболочек); (5) разработка методов оценки долгосрочного цунами-риска (цунамирайонирование побережья). В последние годы значительное внимание уделяется также задачам, связанным с оценкой опасности падения космических тел на Землю. Ниже перечислены основные результаты, полученные в рамках этих наравлений.

Разработаны численные методы расчета кинематики и динамики волн цунами, протестированные на полученных аналитически точных решениях. Эти методы используются для изучения особенностей поведения волн цунами и расчетов времен распространения цунами в океане с реальным рельефом дна.

В рамках направления по решению обратных задач предложен новый подход к определению формы источника цунами и выбору оптимальной системы наблюдения. Предложенный метод позволяет преодолеть неизбежную некорректность и нестабильность решения обратной задачи, выбрать наиболее информативные данные, получаемые от системы наблюдения, восстановить форму источника цунами, а также без дополнительных расчетов получить амплитуды волны в местах, где наблюдения отсутствуют. Полученные результаты могут быть использованы при планировании систем наблюдений при прогнозе цунами.

В рамках информационного обеспечения исследований проблемы цунами в лаборатории поддерживается Глобальная база данных по цунами GTDB (Global Tsunami DataBase), покрывающая период с 2000 г. до н.э. по настоящее время. Для работы с ней создана специализированная графическая оболочка (PDM/TSU – Parametric Data Manager for Tsunami Database), содержащая средства выборки и анализа данных, а также их визуализации на цифровой карте. Для удаленных пользователей обеспечивается доступ к параметрическим каталогам событий и каталогу высот цунами через графический пользовательский интерфейс сайта (http://tsun.sscc.ru/gtdb/default.aspx). Поддержка и обновление базы осуществляется как путем добавления новых цунамигенных событий, возникающих в Мировом океане, так и путем коррекции параметров уже имеющихся событий на основе вновь обнаруженных данных или новой интерпретации имеющихся сведений.

По тематике оценки опасностей, угрожающих Земле из космоса, основным направлением работы является создание полного каталога импактных структур (кратеров) на поверхности Земли, возникающих в результате падений космических тел, а также болидных взрывов в атмосфере, зарегистрированных визуально и инструментальными средствами. В поддерживаемой в лаборатории базе данных EDEIS (Expert Database on the Earth Impact Structures) (https://tsun.sscc.ru/nh/impact.php) на сегодняшний день содержатся данные о 1225 импактных структурах Земли разной степени достоверности. Собранные данные используются для получения оценок вероятности падений и создаваемых ими рисков.

 

Наиболее значимые публикации лаборатории:
Воронина Т. А., Воронин В. В. Выбор наиболее информативной части системы мониторинга цунами на основе метода R-решения // Вычислительные методы и программирование. 2022. Т. 23. С. 230–239. http://DOI: 10.26089/NumMet.v23r314.
Гусяков В. К. Сильнейшие цунами мирового океана и проблема безопасности морских побережий // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 90, №5. C. 496–507.
Гусяков В. К. Цунами на Дальневосточном побережье России: историческая перспектива и современная проблематика // Геология и геофизика. 2016. № 9. С. 1601–1615.
Марчук Ан. Г. Методы расчета прямых и обратных задач кинематики цунами. Новосибирск: СО РАН: Наука, 2019. 171 с. ISBN 978–5–6042857–9–4.
Gusiakov V. K. Global occurrence of large tsunamis and tsunami-like waves within the last 120 years (1900–2019) // Pure Appl. Geophys. 2020. V. 177. P. 1261–1266 . https://doi.org/10.1007/s00024-020-02437-9.
Gusiakov V.K. Meteotsunamis at global scale: problems of event identification, parameterization and cataloguing // Nat Hazards. 2021. V. 106. P. 1105–1123. https://doi.org/10.1007/s11069-020-04230-2.
Hayashi K., Vazhenin A.P., Marchuk An. Distributed nested streamed models of tsunami waves // International Journal of Computational Science and Engineering. 2020. V. 23. No. 2. P. 124–135. DOI: 10.1504/IJCSE.2020.110531.
Lavrentiev M., Lysakov K., Marchuk An., Oblaukhov K., Shadrin M. Hardware/software solution for low power evaluation of tsunami danger // Journal of Low Power Electronics and Applications. 2022. V. 12, iss. 1. P. 6. https://doi.org/10.3390/jlpea12010006.
Voronina T. A., Romanenko A. A. The new method of tsunami source reconstruction with r-solution inversion method // Pure and Applied Geophysics. 2016. 173, N 12. 4089–4099. DOI: 10.1007/s00024-016-1286-z.
Voronina T. A. Recovering a tsunami source and designing an observational system based on an r-solution method //Numer. Anal. Appl. 2016. V. 9, No. 4. P. 267–276. DOI: 10.1134/S1995423916040017.

 

Базы данных по природным катастрофам, созданные и поддерживаемые лабораторией:

База данных цунами в мировом океане. http://tsun.sscc.ru/nh/tsun_descr.html

База данных импактных структур земли. http://tsun.sscc.ru/nh/edeis.html