4.13大陸棚における津波による海面流ジェットの検出とモニタリング

大陸棚の端と海岸で津波波が急勾配に遭遇すると、波は非線形になり、水柱内の運動量の保存は、深さの不連続と浅い領域で海面流のホヤ(すなわちジェット)を生成する。 Barrick(1979)によって議論されたように、正弦波津波波は周期的な表面電流として現れる。 表面でのその波の軌道速度は、レーダーによって見られるはるかに短い波を輸送し、周囲の電流場に加え、レーダーによって検出可能な明確な署名を生成する。 深さの輪郭に垂直に伝播すると仮定される津波は、ゆっくりと変化する周囲の電流速度の背景に重畳する海面電流速度を生成する。 ある程度までは、津波が大陸棚の端で急な底生勾配に遭遇したときに発生する大きな表面電流の先験的なパターンがあります。 津波の流れは、長い距離にわたってそれらの一貫性のために特徴的な特徴を有し、それによってそれらがレーダーカバー領域に到着したときにそれらを検, 2006).Barrick(1979)は、もともと津波警報のための海岸ベースのHFレーダーシステムの使用を提案しました。 HFレーダーシステムは現在、世界中の多くの沿岸の場所から継続的に動作し、海面の流れと波を最大200kmの距離まで監視しています。 各HFレーダー位置について、数値モデリング法によって津波応答パターンを計算することが可能である（Lipa et al., 2006; ヘロン他, 2008). 一次近似では、大陸棚に接近する津波に対する海面流の応答は、津波の発生源の方向とは無関係であると仮定される。 これは、先に述べたように、津波の波面は深海で屈折し、直交する周りの小さな角度の範囲内で棚の端に近づくためです。 この仮定は、Greenslade et al.によって提供される数値計算によって各サイトについてテストすることができます。 (2007). 津波が海岸に向かって移動した場合にHFレーダーによって見られる信号をシミュレートするために、Dzvonkovskaya et al。 (2009)は、hamburg Shelf Ocean Model(HAMSOM)を用いて津波による海面電流速度を計算し、それを変調信号に変換し、測定されたレーダー後方散乱信号に重ね合わせた。 ハムソムは摩擦とコリオリの項を含むため、深海から非線形過程が重要な役割を果たす棚地への波の伝播をシミュレートすることができます。 従来の信号処理技術を適用した後、海面電流マップには、HAMSOMデータと比較することができる急速に変化する津波誘起電流特徴が含まれています。 適切な空間的および時間的解像度が使用される場合、特定の放射状津波電流シグネチャは、これらのマップで明確に観察することができます。 Gurgel et al. (2011)は、自動津波警告メッセージを発行するために使用できる津波検出アルゴリズムを説明しました。 これらのスペクトルに基づく海面電流マップは、津波が浜辺に到達する前に棚部で非常に迅速に変化するパターンを有する。 これらの地図では、特定の放射状津波電流の署名が明確に観察されています。 棚の端が海岸から十分に離れている場合、そのような署名の最初の出現は、接近する津波についての警告メッセージを発行するのに十分早くHFレーダ したがって、海面電流応答は、データ解析プロセスで探すことができる署名になります。 ヘロン他 (2008)は、2004年12月26日の第一波が、インド洋津波がセーシェル島の大陸棚の端の部分に遭遇したときに、海面電流ベクトルのモデル計算を提供している。

Lipa et al. (2006)は、現在運用されているHFドップラーレーダーシステムが、隣接する大陸棚が広いときに、津波の流れを検出し、衝撃の前に重要な情報を提供することがで ヘロン他 (2008)は、HFドップラーレーダーが大陸棚の端での表面電流バーストを観察し、棚が50-200kmの幅で40分-2時間の警告を与えるためによく調整されていることを発見した。 しかし、HFレーダー技術を使用する場合、表面電流速度測定の精度と時間分解能との間にはトレードオフがあります。 大陸棚端のホヤの空間パターンの事前知識から，Ｓ／Ｎ比の利点を得ることができた。 それはHeronらによって示された。 (2008)では、オーストラリアのグレートバリアリーフ（棚の深さは約50m）に配備され、海面流をマッピングするためのルーチンの方法で動作するフェーズドアレイHFドップラーレーダーは、波周期5-30分の範囲と約6kmを超える波長範囲で津波からの表面電流ホヤを解決できることが示されている。 このネットワークは、小規模および大規模な津波のモニターとして使用するためによく調整されており、津波の起源の理解に貢献する可能性があります。

ドップラーレーダーが日常的な海面電流マッピングモードで動作する場合、各ステーションは、便利なサンプリング間隔（例えば、10分）で時間平均（数分）の時系列 このモードでは、レーダーはサンプリング間隔の2倍以上の波周期を持つ津波のみを検出することができました（ナイキストのサンプリング基準）。 つまり、サンプリング間隔が10分であれば、レーダーは波周期が20分を超える津波のみを検出することになります。 しかし、HFドップラーレーダーが津波による拡大海面流ジェット（深さ不連続で発生する）の検出に使用される場合は、おそらく地震警報の後に、レーダーを”警報モード”に切り替える必要がある。 Lipa et al. (2006)は、津波の脅威が発生した場合には、津波監視ソフトウェア（世界の海岸線の周りで動作している多くのHFレーダーで現在の速度と局所波情報を生成）が（バックグラウンドインで）並行して実行し、津波警報を活性化することができることを示唆した。 この情報は地方自治体に利用可能であり、国際的な通信が失敗したり、予測があまりにも一般的であれば非常に貴重なものになります。 グローバルモデルは、利用可能な海底測定が適切な解像度ではない可能性があるローカライズされた領域には不十分である可能性があります。 また、地震の震源地が海岸に近い場合、国際通信チェーンが活性化されるまでの時間が不十分である可能性があります。 そのような場合、ローカルシステムは唯一の事前警告を提供します。 このようなシステムはまた、既存の津波監視システムを悩ま誤警報の問題を軽減することができます。 コンピュータによる予測モデルと早期警報方式は、地震によって発生した津波にのみ適用され、HFレーダーネットワークは水中の岩滑りや潮汐ボアによって発生した津波を検出することもできる。

Heronらによると。 (2008),操作の”警告モード”の最も効果的なユーティリティは、深海センサーと沿岸海面ゲージとの間のギャップを埋めることによって警告ネットワークを支援する しかし、津波が小さいか、監視されている地域の潮、風、または密度勾配による背景電流速度が大きく、急速に変化しているかどうかを検出することは、より困難になることが予想される。 津波検出のタスクのために、背景電流速度は、津波誘起電流をより明確に得るために除去する必要がある一種の”背景雑音”と考えることができる。

この難しさを処理する最良の方法は、この”背景雑音”をシミュレートするために海洋学モデルを使用することです。「モデル結果を実際に測定された海流に近づけるために、データ同化技術を適用することによって「ガイド」することができます（Gurgel et al., 2011). フィールドアプリケーションでは、レーダー送信周波数に基づいて、海底測定に加えて、場所の典型的な電流レジームを考慮に入れて、各場所にフィージビリティスタディが必要になります。 津波の検出に海洋レーダーを使用する場合は、高い時間（2分）と空間（1.5–2）で操作する必要があることを強調する必要があります。0キロ）解像度モード最高の感度を持っているし、すぐに変化する津波の署名を解決することができるようにするために。 Gurgel et al. (2011)は、津波によって引き起こされる海面流ジェット署名が25分より大きい積分倍で完全に消えることを発見した。 定誤警報率（ＣＦＡＲ）アプローチを用いた津波の自動検出のための新しいアルゴリズムの提案について述べた。