4.13 Deteksjon og Overvåking Av Tsunami-Indusert Sjøoverflatestrømstråler på Kontinentalsokkelen

når tsunamibølger støter på bratte gradienter ved kantene av kontinentalsokkelen og ved kysten, blir bølgene ikke-lineære, og bevaring av momentum i vannsøylen gir spruter (dvs.jetstråler) av havoverflatestrømmer ved dybdediskontinuiteter og grunne områder. Som diskutert Av Barrick (1979), vises en sinusformet tsunamibølge som en periodisk overflatestrøm. Bølgens banehastighet på overflaten transporterer de mye kortere bølgene som ses av radaren, legger til omgivende strømfelt og produserer en klar signatur som kan påvises av radaren. Tsunamien, som antas å forplante vinkelrett på dybdekonturene, produserer sjøoverflatestrømhastigheter som overlagrer på den sakte varierende omgivende strømhastighetsbakgrunnen. Til en viss grad er det et a priori mønster av store overflatestrømmer som oppstår når en tsunami møter bratte bunngradienter på kanten av en kontinentalsokkel. Tsunami-strømmer har en karakteristisk signatur på grunn av deres sammenheng over store avstander, slik at de kan oppdages når de kommer i radardekningsområdet (Lipa et al., 2006).Barrick (1979) foreslo opprinnelig bruk av landbaserte hf-radarsystemer for tsunamivarsel. Hf-radarsystemer opererer for tiden kontinuerlig fra mange kystnære steder rundt om i verden, og overvåker havoverflatestrømmer og bølger til avstander på opptil 200 km. For HVER hf radar plassering, er det mulig å beregne en tsunami respons mønster av numeriske modelleringsmetoder (Lipa et al., 2006; Heron et al., 2008). Til en førsteordens tilnærming antas responsen fra sjøoverflatestrømmene til tsunamien som nærmer seg kontinentalsokkelen å være uavhengig av retningen til tsunamiens kilde. Dette skyldes, som nevnt tidligere, at tsunamibølgefronter brytes i dypt vann og vil nærme seg hyllekanten innenfor et lite utvalg av vinkler rundt ortogonale. Denne antakelsen kan testes for hvert område ved numeriske beregninger levert Av Greenslade et al. (2007). For å simulere signaler sett AV hf radar i tilfelle en tsunami reiser mot kysten, dzvonkovskaya et al. (2009) beregnet den tsunami-induserte sjøoverflatestrømhastigheten ved hjelp AV Den oceanografiske HAMburg Shelf Ocean Model (HAMSOM), og konverterte den til modulerende signaler og superposed til de målte radarens tilbakespredningssignaler. HAMSOM innebærer friksjon Og Coriolis vilkår og dermed kan simulere bølgeutbredelse fra dyphavet til hylle områder hvor ikke-lineære prosesser spiller en viktig rolle. Etter å ha brukt konvensjonelle signalbehandlingsteknikker, inneholder havoverflatestrømskartene de raskt skiftende tsunami-induserte strømfunksjonene, som kan sammenlignes med HAMSOM-dataene. De spesifikke radial tsunami nåværende signaturene kan tydelig observeres i disse kartene, hvis det er hensiktsmessig romlig og tidsmessig oppløsning. Gurgel et al. (2011) beskrev en tsunami deteksjonsalgoritme som kan brukes til å utstede en automatisert tsunami advarsel. Havoverflatestrømskartet basert på disse spektrene har et mønster som endrer seg veldig raskt i sokkelområdet før tsunamibølgen når stranden. Spesifikke radial tsunami nåværende signaturer er tydelig observert i disse kartene. Hvis hyllekanten er tilstrekkelig langt utenfor kysten, kan det første utseendet til slike signaturer overvåkes av ET hf-radarsystem tidlig nok til å utstede en advarselsmelding om en nærliggende tsunami. Havoverflatestrømsresponsen blir derfor en signatur som kan søkes etter i dataanalyseprosessen. Heron et al. (2008) har gitt modellberegninger av sjøoverflatestrømvektorer da den første bølgen av 26. desember 2004, Oppdaget Tsunamien I Indiahavet en del av kanten av kontinentalsokkelen På Seychellene.

Lipa et al. (2006) viste at HF doppler radarsystemer i drift i dag er i stand til å oppdage tsunamistrømmer og gi viktig informasjon godt før støt, når den tilstøtende kontinentalsokkelen er bred. Heron et al. (2008) fant AT hf Doppler radar er godt kondisjonert til å observere overflatestrømbruddene ved kanten av kontinentalsokkelen og gi en advarsel på 40 minutter til 2 timer når sokkelen er 50 til 200 km bred. Ved bruk AV hf-radarteknologi er det imidlertid en avveining mellom presisjonen av overflatestrømhastighetsmålinger og tidsoppløsning. En fordel I S / N-forhold kan oppnås fra forkunnskapen om det romlige mønsteret til sprutene på kanten av kontinentalsokkelen. Det ble vist Av Heron et al. (2008) at faset array HF Doppler radar utplassert I Great Barrier Reef I Australia (hvor sokkelen dybden er ca 50 m) og opererer på en rutinemessig måte for kartlegging sjøoverflatestrømmer kan løse overflatestrøm spruter fra tsunamier i bølgeperioden området 5-30 minutter og i bølgelengdeområdet større enn ca 6 km. Dette nettverket er funnet å være godt betinget for bruk som en skjerm av små så vel som større tsunamier og har potensial til å bidra til forståelsen av tsunami genesis.

Når Doppler-radaren opererer i sin rutinemessige sjøoverflatestrøm-kartleggingsmodus, registrerer hver stasjon en tidsserie i gjennomsnitt (noen få minutter) med et praktisk samplingsintervall (for eksempel 10 minutter). I denne modusen kunne radaren bare oppdage tsunamier med bølgeperioder større enn to ganger samplingsintervallet (Nyquists utvalgskriterium). Med andre ord, hvis samplingsintervallet er 10 minutter, vil radaren bare oppdage tsunamier med en bølgeperiode på over 20 minutter. Men hvis HF Doppler-radaren skal brukes til deteksjon av tsunami-induserte forstørrede sjøoverflatestrømstråler (generert ved dybdediskontinuiteter) for advarselsformål, vil radaren måtte byttes til en» varslingsmodus » for operasjon, antagelig etter en seismisk varsling. Lipa et al. (2006) foreslo at i tilfelle en tsunami-trussel kunne tsunami watch-programvare (produsere nåværende hastigheter og lokal bølgeinformasjon på DE MANGE HF-radarene i drift rundt verdens kystlinjer) løpe parallelt (i bakgrunnen), aktivere en tsunamivarsel. Denne informasjonen vil være tilgjengelig for lokale myndigheter og vil være uvurderlig hvis internasjonal kommunikasjon mislykkes eller er for generell i sine spådommer. Globale modeller kan være utilstrekkelige for lokaliserte områder der den tilgjengelige batymetri kanskje ikke har tilstrekkelig oppløsning. I tillegg, når et skjelv epicenter er nær land, kan det være utilstrekkelig tid for den internasjonale kommunikasjonskjeden å bli aktivert. I slike tilfeller vil lokale systemer gi den eneste forhåndsvarselet. Et slikt system kan også lindre falsk alarm problemer som plager eksisterende tsunami watch systemer. Computer prediction modeller og tidlig varsling ordninger gjelder bare for tsunamier generert av jordskjelv; hf radar nettverk vil også være i stand til å oppdage tsunamier generert av undervanns skred og tidevannsboringer.

Ifølge Heron et al. (2008), den mest effektive bruken av en «varslingsmodus» for drift ville være å bistå advarselsnettverket ved å fylle gapet mellom dyphavssensorer og kystnivåmålere, og spesielt for å unngå falske alarmer på grunn av sin høye følsomhet sammenlignet med andre sensorer. Det kan imidlertid forventes at en tsunami vil være vanskeligere å oppdage hvis den er liten eller hvis bakgrunnsstrømhastighetene på grunn av tidevann, vind eller tetthetsgradienter i det overvåkede området er store og raskt varierende. For oppgaven med tsunami-deteksjon kan bakgrunnsstrømhastighetene betraktes som en slags «bakgrunnsstøy» som må fjernes for å oppnå tsunami-induserte strømmer tydeligere.Den beste måten å håndtere dette problemet er å bruke en oseanografisk modell for å simulere denne » bakgrunnsstøy.»For å holde modellresultatet nær de faktisk målte havstrømmene, kan det «styres» ved å bruke en dataassimileringsteknikk (Gurgel et al., 2011). I en feltapplikasjon vil det være nødvendig med en mulighetsstudie for hvert sted, basert på radaroverføringsfrekvens og tatt hensyn til de typiske nåværende regimene for stedet, i tillegg til batymetri. Det må understrekes at hvis oceanografiske radarer brukes til tsunami-deteksjon, må de drives i høy tidsmessig (2 min) og romlig (1,5–2.0 km) oppløsningsmodus for å få den beste følsomheten og kunne løse de raskt skiftende tsunami-signaturene. Gurgel et al. (2011) har funnet ut at en tsunami-indusert sjøoverflatestrømstrålesignatur forsvinner helt ved integrasjonstider større enn 25 min. De beskrev et forslag til en ny algoritme for automatisk deteksjon av tsunamier ved hjelp av en konstant falsk alarmrate (CFAR) tilnærming.