4.13 tsunamin aiheuttamien meren Pintavirtasuihkujen havaitseminen ja seuranta Mannerjalustoilla

kun tsunamiaallot kohtaavat jyrkät kaltevuudet mannerjalustojen reunoilla ja rannikolla, aalloista tulee epälineaarisia, ja liikevoiman säilyttäminen vesipatsaassa aiheuttaa meren pintavirtausten sirahduksia (eli suihkuja) syvyysjatkumoalueilla ja matalilla alueilla. Kuten Barrick (1979) käsitteli, sinimuotoinen tsunamiaalto näkyy jaksollisena pintavirtana. Sen aaltojen kiertonopeus maan pinnalla kuljettaa tutkan näkemät paljon lyhyemmät aallot, mikä lisää ympäristön virtakenttää ja tuottaa tutkan havaitseman selvän jäljen. Tsunami, jonka oletetaan etenevän kohtisuoraan syvyyden ääriviivoihin nähden, tuottaa meren pinnan virtausnopeuksia, jotka ovat päällekkäisiä ympäristön hitaasti vaihtelevan virtausnopeuden taustan kanssa. Jossain määrin on olemassa apriorinen kuvio suuria pintavirtauksia, jotka syntyvät, kun tsunami kohtaa jyrkät pohjagradientit mannerjalustan reunalla. Tsunamivirtauksilla on ominainen merkki, koska ne ovat yhtenäisiä suurilla etäisyyksillä, jolloin ne voidaan havaita, kun ne saapuvat tutkan peittoalueelle (Lipa et al., 2006).

Barrick (1979) ehdotti alun perin, että tsunamivaroitukseen käytettäisiin maissa toimivia HF-tutkajärjestelmiä. HF-tutkajärjestelmät toimivat tällä hetkellä jatkuvasti useilta rannikkopaikoilta ympäri maailmaa ja tarkkailevat meren pintavirtauksia ja aaltoja jopa 200 kilometrin etäisyyksille. Jokaiselle HF-tutkapaikalle on mahdollista laskea tsunamivastekuvio numeerisilla mallinnusmenetelmillä (Lipa et al., 2006; Heron ym., 2008). Ensimmäisen kertaluvun likiarvon mukaan meren pintavirtausten reagoinnin mannerjalustaa lähestyvään tsunamiin oletetaan olevan riippumaton tsunamin lähteen suunnasta. Tämä johtuu siitä, kuten aiemmin mainittiin, tsunamiaaltorintamat taittuvat syvässä vedessä ja lähestyvät hyllyn reunaa pienessä kulmassa ortogonaalisen ympäri. Tämä oletus voidaan testata kunkin sivuston numeerisia laskelmia toimittamat Greenslade et al. (2007). Simuloida signaaleja HF tutka tapauksessa tsunamin matkalla kohti rannikkoa, Dzvonkovskaja et al. (2009) laski tsunamin aiheuttaman meren pinnan virtausnopeuden oseanografisella HAMburg Shelf Ocean-mallilla (HAMSOM), muutti sen sitten moduloiviksi signaaleiksi ja superposed mitattuihin tutkan takaisinsirpalesignaaleihin. HAMSOM liittyy kitka-ja Coriolis-termeihin ja voi siten simuloida aaltojen etenemistä syvältä valtamereltä hyllyalueille, joissa epälineaarisilla prosesseilla on tärkeä rooli. Perinteisten signaalinkäsittelytekniikoiden jälkeen merenpinnan virtakartat sisältävät nopeasti muuttuvia tsunamin aiheuttamia virtaominaisuuksia, joita voidaan verrata HAMSOMIN dataan. Näissä kartoissa voidaan selvästi havaita erityisiä säteittäisiä tsunamivirtoja, jos käytetään sopivaa spatiaalista ja ajallista resoluutiota. Gurgel ym. (2011) on kuvattu tsunamin tunnistusalgoritmi, jota voidaan käyttää automaattisen tsunamivaroitusviestin antamiseen. Näihin spektreihin perustuvassa meren pintavirtakartassa on kuvio, joka muuttuu hyvin nopeasti hyllyalueella ennen kuin tsunamiaalto saavuttaa rannan. Näissä kartoissa on selvästi havaittu erityisiä säteittäisiä tsunamivirtauksia. Jos hyllyn reuna on riittävän kaukana rannikosta, tällaisten merkkien ilmaantumista voidaan seurata HF-tutkajärjestelmällä riittävän aikaisin, jotta voidaan antaa varoitusviesti lähestyvästä tsunamista. Meren pinnan nykyinen vastaus tulee siis allekirjoitus, jota voidaan etsiä tietojen analysointiprosessissa. Heron ym. (2008) ovat esittäneet mallilaskelmia meren pinnan virtavektoreista, kun 26.joulukuuta 2004 Intian valtameren tsunamin ensimmäinen aalto kohtasi Seychellien saaren mannerjalustan reunan osan.

Lipa ym. (2006) osoitti, että nykyään käytössä olevat HF Doppler-tutkajärjestelmät kykenevät havaitsemaan tsunamivirtaukset ja antamaan elintärkeää tietoa hyvissä ajoin ennen törmäystä, kun viereinen mannerjalusta on leveä. Heron ym. (2008) totesi, että HF Doppler-tutka on hyvin ehdollistettu havainnoimaan mannerjalustan reunoilla olevia pintavirtapurkauksia ja antamaan varoituksen 40 minuutista 2 tuntiin, kun hylly on 50-200 km leveä. HF-tutkatekniikan käytössä pintavirran nopeusmittausten tarkkuuden ja aikaresoluution välillä on kuitenkin vaihtokauppa. Etu S / N-suhteessa saadaan, kun tiedetään etukäteen mannerjalustan reunoilla olevien ruiskujen spatiaalinen kuvio. Sen osoittivat Heron et al. (2008) että vaiheistettu array HF Doppler tutka käytössä Iso valliriutta Australiassa (jossa hylly syvyys on noin 50 m) ja toimii rutiininomaisesti kartoitus meren pintavirrat voi ratkaista pintavirran squirts alkaen tsunamit aaltojakson alueella 5-30 minuuttia ja aallonpituusalueella suurempi kuin noin 6 km. Tämän verkon on todettu olevan hyvin ehdollistettu käytettäväksi pienten ja suurempien tsunamien tarkkailijana ja sillä on potentiaalia edistää tsunamin syntyhistorian ymmärtämistä.

kun Doppler-tutka toimii rutiininomaisessa merenpinnan virtakartoitustilassaan, jokainen asema tallentaa aikakeskiarvon (muutaman minuutin) otantavälillä (vaikkapa 10 minuuttia). Tässä tilassa tutka pystyi havaitsemaan vain tsunameja, joiden aaltojaksot olivat yli kaksinkertaiset näytteenottoväliin nähden (Nyquistin näytteenottokriteeri). Toisin sanoen, jos näytteenottoväli on 10 minuuttia, tutka havaitsisi vain tsunameja, joiden aaltoaika on yli 20 minuuttia. Jos kuitenkin HF-doppler-tutkaa aiotaan käyttää tsunamin aiheuttamien suurennettujen meren pintavirtasuihkujen (syvyysjatkumojen) havaitsemiseen varoitustarkoituksiin, tutka olisi kytkettävä ”varoitustilaan”, oletettavasti seismisen hälytyksen jälkeen. Lipa ym. (2006) ehdotti, että tsunamin uhan sattuessa tsunami watch-ohjelmisto (joka tuottaa nykyisiä nopeuksia ja paikallista aaltotietoa maailman rannikoilla toimivissa HF-tutkissa) voisi toimia rinnakkain (taustalla) ja aktivoida tsunamivaroituksen. Tämä tieto olisi paikallisviranomaisten saatavilla, ja se olisi korvaamatonta, jos kansainvälinen viestintä epäonnistuu tai niiden ennusteet ovat liian yleisluontoisia. Maailmanlaajuiset mallit saattavat olla riittämättömiä paikallisille alueille, joilla käytettävissä oleva kylpymetria ei välttämättä ole riittävän erottelukykyinen. Lisäksi kun järistyksen keskus on lähellä rantaa, kansainvälisen viestintäketjun aktivoitumiseen ei ehkä ole riittävästi aikaa. Tällöin paikalliset järjestelmät antaisivat ainoan ennakkovaroituksen. Tällainen järjestelmä voi myös lievittää olemassa olevia tsunamivartiointijärjestelmiä vaivaavia vääriä hälytyksiä. Tietokoneiden ennustemalleja ja ennakkovaroitusjärjestelmiä sovelletaan vain maanjäristysten aiheuttamiin tsunameihin; HF-tutkaverkostot pystyisivät havaitsemaan myös vedenalaisten kivivyöryjen ja vuorovesiviemärien aiheuttamat tsunamit.

mukaan Heron et al. (2008), ”hälytystilan” toiminnan tehokkain hyöty olisi auttaa varoitusverkkoa täyttämällä syvänmeren antureiden ja rannikkotason mittareiden välinen aukko ja erityisesti välttämään vääriä hälytyksiä, koska se on erittäin herkkä muihin antureihin verrattuna. On kuitenkin oletettavaa, että tsunamia on vaikeampi havaita, jos se on pieni tai jos vuoroveden, tuulten tai seuratun alueen tiheysgradienttien aiheuttamat taustavirrat ovat suuria ja nopeasti vaihtelevia. Tsunamin havaitsemista varten taustavirtojen nopeuksia voidaan pitää eräänlaisena ”taustahälynä”, joka on poistettava, jotta tsunamin aiheuttamat virtaukset saadaan selvemmin.

paras tapa käsitellä tätä vaikeutta on käyttää merentutkimusmallia simuloimaan tätä ”taustamelua.”Jotta mallitulos pysyisi lähellä todellisuudessa mitattuja merivirtoja, sitä voidaan ”ohjata” soveltamalla tietojen assimilaatiotekniikkaa (Gurgel et al., 2011). Kenttäsovelluksessa kuhunkin paikkaan tarvittaisiin toteutettavuustutkimus, joka perustuisi tutkan lähetystaajuuteen ja jossa otettaisiin huomioon paikkakunnalle tyypilliset virtajärjestelmät syvyysmittauksen lisäksi. On korostettava, että jos tsunamin havaitsemiseen käytetään merentutkimustutkia, niitä on käytettävä korkealla ajallisella (2 min) ja spatiaalisella (1,5–2.0 km) resoluutiotila, jotta saadaan paras herkkyys ja pystytään ratkaisemaan nopeasti muuttuvat tsunamijäljet. Gurgel ym. (2011) ovat havainneet, että tsunamin aiheuttama meren pinnan nykyinen jet allekirjoitus katoaa kokonaan integraatio kertaa suurempi kuin 25 min. He kuvailivat ehdotusta uudeksi algoritmiksi tsunamien automaattiseen havaitsemiseen käyttämällä jatkuvaa väärää hälytysnopeutta (CFAR).