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, № 3. С. 61–76 (год публикации - 2025)
10.52002/0130-2906-2025-3-61-76
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., 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)
5. 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)
6. 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)
7. 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)
8. 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)
9. 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)
10. 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)
11. 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)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Продолжены работы по исследованию экстремальных колебаний уровня (наводнений) Японского моря. Разработана модель зон возникновения цунамигенных землетрясений в Японском море, основанная на данных о сейсмичности и геодинамике региона. Создан синтетический каталог цунамигенных землетрясений, который включает в себя 95325 событий с Mw от 4.85 до 8.29, из них 3406 событий с Mw от 7.0 до 8.29.
Были определены пропускные (фильтрующие) свойства проливов, соединяющие Японское море с Тихим океаном. Показано, что волны цунами не проходят через Татарский пролив (пролив Невельского). Самым эффективным проливом является пролив Лаперуза: он пропускает почти половину энергии волн, прошедших через него. Однако, учитывая, что волны, приходящиеся на него, значительно ослабляются при прохождении через Курильскую гряду, в основном энергия от удалённых цунами поступает через пролив Цугару. Показано, что через Корейский пролив волны цунами почти не попадают в Японское море, но покидают его.
Исследовано проникновение через проливы и проявление в акватории Японского моря сильнейших трансокеанских цунами. Наибольшие высоты трансокеанских цунами в Японском море были вызваны мегаземлетрясением в Чили в 1960 г.: на побережье Приморского края максимальная высота составила 56 см, для Хабаровского края – 30 см, для япономорского побережья о. Сахалин – 52 см. Наибольшие высоты цунами для всего моря получены для пролива Цугару (195 см) и Корейского пролива (144 см). Получено, что для побережья Приморского края больший эффект имеют более удаленные землетрясения (Чили, Аляска), тогда как для Сахалина и Хабаровского края – землетрясения Японо-Камчатского региона (Япония, Камчатка). Определены пороговые значения магнитуд удаленных землетрясений, для объявления тревоги цунами на разных участках российского побережья Японского моря. При землетрясениях вблизи Южной Америки с Mw ≥8.8 нужно объявлять тревогу на российском побережье Японского моря.
Детерминистский подход к оценке цунамиопасности базируется на сценарном численном моделировании генерации и распространения волн цунами от большого числа потенциальных очагов (наихудших сценариев) цунамигенных землетрясений. По результатам численных экспериментов расчета цунами от модельных землетрясений из базы данных активных разломов MLIT получено, что высота цунами на побережья Приморья может достигать 7.5 м, а на побережье о. Сахалин до 6 м. Были уточнены пороговые магнитуды и границы зон, соответствующих этим значениям магнитуды, для объявления тревоги цунами на побережье Японского моря.
Оценены отдельные вклады статических и динамических эффектов изменений атмосферного давления, а также изменений скорости ветра при генерации штормовых нагонов в Японском море. В южной и центральной частях Японского моря преобладает вклад динамических эффектов изменений атм. давления, тогда как в северной части моря выше вклад статических изменений атм. давления. Коэффициент детерминации показал преобладание влияния атм. давления на формирование колебаний уровня моря, в том числе экстремальных, над вкладом ветра (до 65 и 30% соответственно). С помощью численного моделирования получены пространственные поля (карты) непериодического уровня моря от тайфунов Майсак и Хайшен в сентябре 2020 г. Высота нагона превысила 1 м.
Анализ приливных колебаний на прибрежных мареографах и данных приливной модели TPXO10 выявил выраженный приливной резонанс в Татарском проливе. Обнаружено, что чем ближе частота приливной гармоники к собственной частоте бассейна 1.88 цикл/сут, тем выше равновесный отклик (усиление) на этой частоте по данным наблюдений и приливной модели TPXO10. Полученные результаты свидетельствуют о том, что полусуточные приливы в Татарском проливе имеют резонансный характер, что обусловлено влиянием собственной моды с периодом 12.8 ч.
Подготовлен архив информации о цунами и штормовых нагонов в Японском море, произошедших как в доинструментальный период, так и по данным современных баз данных, архивных мареограмм, а также данных береговых постов уровня моря
Проведены измерения уровня моря в бухте Витязь (Приморский край) с июня по октябрь 2025 г. Выполнена обработка полученных рядов наблюдений и оценены характеристики отдельных типов колебаний в этой части акватории. Величина приливных колебаний достигает 35 см. Сейши в бухте Витязь имеют периоды 87, 51, 18 и 6.5 мин.
Результаты исследований, поддержанных грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журналах «Ocean Engineering», «Океанология» и «Метеорология и гидрология».
С некоторыми результатами исследований можно ознакомиться по представленным ниже ссылкам:
https://ria.ru/20250721/nauka-2029994928.html
https://poisknews.ru/sejsmologiya/posle-zemletryaseniya-2024-goda-uchenye-opredelili-osobennosti-rasprostraneniya-czunami-v-yaponskom-more/
Публикации
1.
Цуканова Е.С., Медведев И.П., Хайдарзаде М., Владимирова И.
Tsunami propagation from the 2024 Noto Peninsula earthquake across the Sea of Japan: observations and modelling
Ocean Engineering, V. 336. 121730. (год публикации - 2025)
10.1016/j.oceaneng.2025.121730
2. Пилик Д.И., Медведев И.П., Цуканова Е.С., The 1971 Moneron tsunami: observations and modelling Oceanology (год публикации - 2025)
3.
Рабинович А.Б., Ковалев П.Д., Ковалев Д.П.
The Noto Peninsula tsunami of 1 January 2024 as observed in the northern Sea of Japan
Ocean Engineering, V. 327. 120892. (год публикации - 2025)
10.1016/j.oceaneng.2025.120892
4.
Смирнова Д.А., Рабинович А.Б.
On the use of remote island data to reconstruct sea level spectra associated with the 2020 typhoons Maysak and Haishen and with the 2024 Noto Peninsula tsunami on the eastern Korean coast
Ocean Engineering, V. 337. 121838. (год публикации - 2025)
10.1016/j.oceaneng.2025.121838
5.
Медведева А.Ю., Рабинович А.Б.
Observations and Numerical Modelling of the Sumatra Tsunami of 28 March 2005
Journal of Marine Science and Engineering, V. 13. No. 2. P. 290. (год публикации - 2025)
10.3390/jmse13020290