4.13 detectie en Monitoring van door de Tsunami veroorzaakte Zeeoppervlaktestralen op continentale planken

wanneer tsunami-golven steile hellingen tegenkomen aan de randen van continentale planken en aan de kust, worden de golven niet-lineair, en het behoud van het momentum in de waterkolom produceert spetters (d.w.z. jets) van zeeoppervlaktestromingen op gebieden met diepteafwijkingen en ondiepe gebieden. Zoals besproken door Barrick (1979), verschijnt een sinusoïdale tsunami golf als een periodieke oppervlaktestroom. Zijn golfbaansnelheid aan het oppervlak transporteert de veel kortere golven die door de radar worden gezien, wat bijdraagt aan het omgevingsstroomveld en een duidelijke signatuur produceert die door de radar kan worden gedetecteerd. De tsunami, waarvan wordt aangenomen dat hij zich loodrecht op de dieptecontouren voortplant, produceert de zeestroomsnelheden die bovenop de langzaam wisselende achtergrond van de omgevingsstroomsnelheid liggen. Tot op zekere hoogte is er een a priori patroon van grote oppervlaktestromingen die optreden wanneer een tsunami steile benthische gradiënten tegenkomt aan de rand van een continentaal plat. Tsunami stromingen hebben een karakteristieke signatuur vanwege hun samenhang over grote afstanden, waardoor ze kunnen worden gedetecteerd wanneer ze aankomen in het radardekkingsgebied (Lipa et al., 2006).Barrick (1979) stelde oorspronkelijk het gebruik voor van HF-radarsystemen aan de wal voor tsunami-waarschuwing. HF-radarsystemen werken momenteel continu vanuit vele kustlocaties over de hele wereld en monitoren oceaanoppervlaktestromingen en-golven tot afstanden tot 200 km. Voor elke HF radar locatie, is het mogelijk om een tsunami reactie patroon te berekenen door numerieke modelleringsmethoden (Lipa et al., 2006; Heron et al., 2008). Bij benadering van de eerste orde wordt aangenomen dat de reactie van de zeestromingen op de tsunami die het continentaal plat nadert, onafhankelijk is van de richting van de bron van de tsunami. Dit komt omdat, zoals eerder vermeld, tsunami golf fronten worden gebroken in diep water en zal de plank rand te benaderen binnen een klein bereik van hoeken rond orthogonale. Deze aanname kan voor elke locatie worden getest door numerieke berekeningen van Greenslade et al. (2007). Om de signalen gezien door HF radar te simuleren in het geval van een tsunami reizen naar de kust, Dzvonkovskaya et al. (2009) berekende de tsunami-geïnduceerde zee oppervlaktestroomsnelheid met behulp van het oceanografische HAMburg Shelf Ocean Model (HAMSOM), vervolgens omgezet in modulerende signalen en superposed aan de gemeten radar backscatter signalen. HAMSOM omvat de wrijving en Coriolis termen en kan zo golfvoortplanting simuleren van de diepe oceaan naar schapgebieden waar niet-lineaire processen een belangrijke rol spelen. Na toepassing van conventionele signaalverwerkingstechnieken bevatten de zeeoppervlaktekaarten de snel veranderende tsunami-geà nduceerde stroomkenmerken, die kunnen worden vergeleken met de HAMSOM-gegevens. De specifieke radiale tsunami huidige signaturen kunnen duidelijk worden waargenomen in deze kaarten, indien de juiste ruimtelijke en temporele resolutie wordt gebruikt. Gurgel et al. (2011) beschreef een tsunami detectie algoritme dat kan worden gebruikt om een geautomatiseerde tsunami waarschuwing uit te geven. De zeeoppervlaktekaart op basis van deze spectra heeft een patroon dat zeer snel verandert in het schapgebied voordat de tsunami het strand bereikt. Specifieke radiale tsunami huidige signaturen worden duidelijk waargenomen in deze kaarten. Als de rand van de plank voldoende ver van de kust ligt, kan de eerste verschijning van dergelijke signaturen vroeg genoeg door een HF-radarsysteem worden gevolgd om een waarschuwingsbericht over een naderende tsunami uit te geven. De reactie van de zeeoppervlaktestroom wordt dan ook een signatuur waar naar gezocht kan worden in het data-analyseproces. Heron et al. (2008) hebben modelberekeningen van vectoren van de zeeoppervlakte verstrekt toen de eerste golf van de tsunami van 26 December 2004 in de Indische Oceaan een deel van de rand van het continentaal plat van het Seychellen-eiland tegenkwam.

Lipa et al. (2006) heeft aangetoond dat HF-dopplerradar-systemen die momenteel in bedrijf zijn, in staat zijn tsunami-stromen te detecteren en essentiële informatie te verstrekken ruim vóór de inslag, wanneer het aangrenzende continentaal plat breed is. Heron et al. (2008) geconstateerd dat HF Doppler radar is goed geconditioneerd om de oppervlaktestroom uitbarstingen observeren aan de rand van het continentaal plat en geven een waarschuwing van 40 minuten tot 2 uur wanneer het plat is 50 tot 200 km breed. Bij het gebruik van HF-radartechnologie is er echter een afweging tussen de nauwkeurigheid van de oppervlaktestroomsnelheidsmetingen en de tijdresolutie. Een voordeel in de S/N-verhouding kan worden verkregen uit de voorkennis van het ruimtelijke patroon van de spuitjes aan de rand van het continentaal plat. Het werd getoond door Heron et al. (2008) dat de phased array HF Doppler radar ingezet in het Great Barrier Reef in Australië (waar de plank diepte is ongeveer 50 m) en werkt op een routinematige manier voor het in kaart brengen van zeeoppervlaktestromingen kan oplossen oppervlaktestroom spuiten van tsunami ‘ s in de Golf periode bereik 5-30 minuten en in de golflengte bereik groter dan ongeveer 6 km. Dit netwerk is goed geconditioneerd voor gebruik als monitor van zowel kleine als Grotere tsunami ’s en heeft het potentieel om bij te dragen aan het begrijpen van tsunami’ s.

wanneer de dopplerradar werkt in de routinematige modus voor het in kaart brengen van de zeeoppervlaktestroom, registreert elk station een tijdgemiddelde (enkele minuten) tijdreeks met een geschikt bemonsteringsinterval (bijvoorbeeld 10 minuten). In deze modus kon de radar alleen tsunami ’s detecteren met golfperiodes groter dan tweemaal het bemonsteringsinterval (Nyquist’ s sampling criterium). Met andere woorden, als het bemonsteringsinterval 10 minuten is, zou de radar alleen tsunami ‘ s detecteren met een golfperiode van meer dan 20 minuten. Als de HF-dopplerradar echter moet worden gebruikt voor het detecteren van door tsunami veroorzaakte vergrote zeeoppervlaktestralen (gegenereerd bij diepte-onderbrekingen) voor waarschuwingsdoeleinden, moet de radar worden overgeschakeld op een “waarschuwingsmodus”, vermoedelijk na een seismische waarschuwing. Lipa et al. (2006) suggereerde dat in het geval van een tsunami dreiging, tsunami watch software (het produceren van huidige snelheden en lokale Golf informatie op de vele HF radars in gebruik rond de kusten van de wereld) zou kunnen lopen parallel (op de achtergrond), activeren van een tsunami waarschuwing. Deze informatie zou beschikbaar zijn voor lokale overheden en zou van onschatbare waarde zijn als internationale communicatie mislukt of te algemeen is in hun voorspellingen. Globale modellen kunnen ontoereikend zijn voor gelokaliseerde gebieden waarvoor de beschikbare bathymetrie mogelijk niet voldoende resolutie heeft. Bovendien, wanneer een aardbeving epicentrum dicht bij de kust is, kan er onvoldoende tijd zijn om de internationale communicatieketen te activeren. In dergelijke gevallen zouden lokale systemen de enige waarschuwing vooraf zijn. Een dergelijk systeem kan ook de valse alarmproblemen verlichten die bestaande Tsunami-wachtsystemen teisteren. Computervoorspellingsmodellen en systemen voor vroegtijdige waarschuwing zijn alleen van toepassing op tsunami ’s die door aardbevingen worden veroorzaakt; HF-radarnetwerken zouden ook tsunami’ s kunnen detecteren die worden veroorzaakt door onderwaterverschuivingen en getijdenboren.

volgens Heron et al. (2008), het meest effectieve Nut van een “waarschuwingsmodus” zou zijn om het waarschuwingsnetwerk bij te staan door de kloof tussen diepzeesensoren en zeespiegelmeters aan de kust te dichten en, in het bijzonder, valse alarmen te voorkomen vanwege de hoge gevoeligheid ervan in vergelijking met andere sensoren. Het is echter te verwachten dat een tsunami moeilijker te detecteren zal zijn als deze klein is of als de achtergrondstroomsnelheden als gevolg van getijden, winden of dichtheidsgradiënten in het bewaakte gebied groot zijn en snel variëren. Voor de taak van tsunami-detectie kunnen de achtergrondstroomsnelheden worden beschouwd als een soort” achtergrondgeluid ” dat moet worden verwijderd om de tsunami-geïnduceerde stromen duidelijker te verkrijgen.

de beste manier om met deze moeilijkheid om te gaan is door een Oceanografisch model te gebruiken om deze “achtergrondruis te simuleren.”Om het modelresultaat dicht bij de daadwerkelijk gemeten oceaanstromingen te houden, kan het worden “geleid” door het toepassen van een data Assimilatie techniek (Gurgel et al., 2011). In een veldtoepassing zou een haalbaarheidsstudie nodig zijn voor elke locatie, gebaseerd op radartransmissiefrequentie en rekening houdend met de typische huidige regimes voor de locatie, naast de bathymetrie. Het moet worden benadrukt dat als oceanografische radars worden gebruikt voor tsunami detectie, ze moeten worden gebruikt in een hoge temporele (2 min) en ruimtelijke (1,5–2.0 km) resolutiemodus om de beste gevoeligheid te hebben en in staat te zijn om de snel veranderende Tsunami-handtekeningen op te lossen. Gurgel et al. (2011) hebben ontdekt dat een tsunami-geïnduceerde zee oppervlaktestroom Jet handtekening volledig verdwijnt bij integratie tijden groter dan 25 minuten. Ze beschreven een voorstel voor een nieuw algoritme voor automatische detectie van tsunami ‘ s met behulp van een constante vals alarm rate (CFAR) aanpak.