Вычислительный комплекс НАМИ-ДАНС в проблеме цунами

Вычислительный комплекс НАМИ-ДАНС в проблеме цунами

Автор: Зайцев Андрей Иванович, Куркин Андрей Александрович, Пелиновский Ефим Наумович, Ялченир Ахмет

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 2 т.12, 2019 года.

Бесплатный доступ

Дано описание математических моделей, применяемых при решении проблемы генерации и распространения волн цунами от различных источников: подводных землетрясений, оползневых движений в воде и резких изменений атмосферных условий (метеоцунами). В их основе лежит известная нелинейная теория «мелкой воды» и ее дисперсионные обобщения (плановые уравнения). Дисперсия длинных волн на воде, связанная с конечностью глубины водного слоя, приводит к повышению порядка исходных уравнений, вследствие чего резко увеличивается время счета. Поэтому в представляемых в данной статье исследованиях физическая дисперсия заменена на численную благодаря специальному выбору пространственно-временных шагов. Численная схема решения уравнений мелкой воды базируется на методе «чехарда». Уравнения решаются в сферической системе координат на вращающейся Земле с учетом диссипативных эффектов в придонном слое с помощью разработанного комплекса НАМИ-ДАНС. При волнах сейсмического происхождения начальные условия для решения гидродинамических уравнений берутся из решения задачи теории упругости, описывающей развитие землетрясения (решение Окады)...

Еще

Цунами, подводные землетрясения, подводные оползни, метеоцунами, теория мелкой воды, теория длинных волн, численные методы решения гиперболических уравнений, метод "чехарда", воздействие цунами

Короткий адрес: https://sciup.org/143167073

IDR: 143167073   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.2.14

Список литературы Вычислительный комплекс НАМИ-ДАНС в проблеме цунами

  • Omira R., Dogan G.G., Hidayat R., Husrin S., Prasetya G., Annunziato A., Proietti C., Probst P., Paparo M.A., Wronna M., Zaytsev A., Pronin P., Giniyatullin A., Putra P.S., Hartanto D., Ginanjar G., Kongko W., Pelinovsky E., Yalciner A.C. The September 28th, 2018, tsunami in Palu-Sulawesi, Indonesia: A post-event field survey//Pure Appl. Geophys. 2019. Vol. 176. P. 1379-1395.
  • Giachetti T., Paris R., Kelfoun K., Ontowirjo B. Tsunami hazard related to a flank collapse of Anak Krakatau Volcano, Sunda Strait, Indonesia//Geological Society, London, Special Publications. 2012. Vol. 361. P. 79-90.
  • Чубаров Д.Л. Ледовое цунами в водохранилище Бурейской ГЭС. http://sdc.esemc.nsc.ru/node/102 (дата обращения: 28.03.2019)
  • Meteotsunami floods islands of Mallorca and Menorca, Spain. http://scienceglobalnews.com/environment/meteotsunami-floods-islands-of-mallorca-and-menorca-spain (дата обращения 28.03.2019).
  • Стокер Д.Д. Волны на воде. Математическая теория и приложения. М.: Изд-во иностранной литература, 1959. 618 с.
  • Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. М.: Физматгиз, 1963. Ч. 1. 584 с.
  • Сретенский Л.Н. Теория волновых движений жидкости. М.: Наука, 1977. 816 с.
  • Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. 840 с.
  • Мурти Т. Сейсмические морские волны. Цунами. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 446 с.
  • Марчук А.Г., Чубаров Л.Б., Шокин Ю.И. Численное моделирование волн цунами. Новосибирск: Наука, 1983. 175 с.
  • Шокин Ю.И., Чубаров Л.Б., Марчук А.Г., Симонов К.В. Вычислительный эксперимент в проблеме цунами. Новосибирск: Наука, 1989. 168 с.
  • Пелиновский Е.Н. Гидродинамика волн цунами. Н.Новгород: ИПФ РАН, 1996. 276 с.
  • Левин Б.В., Носов М.А. Физика волн цунами и родственных явлений в океане. М.: Янус-К, 2005. 360 с.
  • Synolakis C., Bernard E.N., Titov V.V., Kânoğlu U., González F.I. Validation and verification of tsunami numerical models//Pure Appl. Geophys. 2008. Vol. 165. P. 2197-2228.
  • Liu P.L.-F., Yeh H., Synolakis C. Benchmark problems//Advanced numerical models for simulating tsunami waves and runup/Ed. P.L.-F. Liu, H. Yeh, C. Synolakis. Singapore: World Sci. Publ., 2008. P. 223-230.
  • Lynett P.J., Montoya L., Gately K. et al. Inter-model analysis of tsunami-induced coastal currents//Ocean Model. 2017. Vol. 114. P. 14-32.
  • http://namidance.ce.metu.edu.tr/(дата обращения 28.03.2019).
  • Вольцингер Н.Е., Клеваный К.А., Пелиновский Е.Н. Длинноволновая динамика прибрежной зоны. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 272 с.
  • Choi J., Kwon K.K., Yoon S.B. Tsunami inundation simulation of a built-up area using equivalent resistance coefficient//Coast. Eng. J. 2012. Vol. 54. P. 1250015-1-1250015-25.
  • Куликов Е.А., Гусяков В.К., Иванова А.А., Баранов Б.В. Численное моделирование цунами и рельеф дна//Вестник Московского университета. Сер. 3: Физика. Астрономия. 2016. № 6. С. 3-14.
  • Иванова А.А., Куликов Е.А., Файн И.В. О моделировании Симуширских цунами 2006 и 2007 гг. в районе средних Курил//Фундам. прикл. гидрофиз. 2017. Т. 10, № 3. С. 56-64.
  • Dilmen D.I., Kemec S., Yalciner A.C., Düzgün S., Zaytsev A. Development of a tsunami inundation map in detecting tsunami risk in gulf of Fethiye, Turkey//Pure Appl. Geophys. 2015. Vol. 172. P. 921-929.
  • Goto C., Ogawa Y., Shuto N., Imamura F. IUGG/IOC TIME Project: Numerical method of tsunami simulation with the leap-frog scheme. Manuals and guides. Paris: Intergovernmental Oceanographic Commission of UNESCO, 1997. No. 35. 126 p.
  • Носов М.А. Применимость длинноволнового приближения к описанию динамики цунами//Ученые записки физического факультета Московского университета. 2017. № 4. С. 1740503-1-7.
  • Peregrine D.H. Long waves on a beach//J. Fluid Mech. 1967. Vol. 27. P. 815-827.
  • Khakimzyanov G., Dutykh D., Fedotova Z., Mitsotakis D. Dispersive shallow water wave modelling. Part I: Model derivation on a globally flat space//Commun. Comput. Phys. 2018. Vol. 23. P. 1-29.
  • Пелиновский Е.Н. Нелинейно-дисперсионная теория волн цунами: взгляд после катастрофического цунами в Индийском океане//Нелинейные волны' 2006. Н.Новгород: ИПФ РАН, 2007. С. 393-407.
  • Федотова З.И., Хакимзянов Г.С., Гусев О.И. История развития и анализ численных методов решения нелинейно-дисперсионных уравнений гидродинамики. I. Одномерные модели // ЖВТ. 2015. Т. 20, № 5. C. 120-156.
  • Шокин Ю.И., Федотова З.И., Хакимзянов Г.С. Иерархия нелинейных моделей гидродинамики длинных поверхностных волн//ДАН. 2015. Т. 462, № 2. С. 168-172.
  • Kirby J.T., Wei G., Chen Q., Kennedy A.B., Dalrymple R.A. Funwave 1.0. fully nonlinear boussinesq wave model -Documentation and user's manual. University of Delaware, 1998. 80 p.
  • Cheung K.F., Phadke A.C., Wei Y., Rojasa R., Douyere Y.J.-M., Martino C.D., Houston S.H., Liu P.L.-F., Lynett P.J., Dodd N., Liao S., Nakazaki E. Modeling of storm-induced coastal flooding for emergency management//Ocean Eng. 2003. Vol. 30. P. 1353-1386.
  • Lovholt F., Pedersen G. Instabilities of Boussinesq models in nonuniform depth//Int. J. Numer. Meth. Fluids. 2009. Vol. 61. P. 606-637.
  • Yoon S.B. Propagation of distant tsunamis over slowly varying topography//J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107, no. C10. P. 4-1-4-11.
  • Yoon S.B., Lim C.H., Choi J. Dispersion-correction finite difference model for simulation of transoceanic tsunamis//Terr. Atmos. Ocean. Sci. 2007. Vol. 18. P. 31-53.
  • Velioglu D., Kian R., Yalciner A.C., Zaytsev A. Performance assessment of NAMI DANCE in tsunami evolution and currents using a benchmark problem//J. Mar. Sci. Eng. 2016. Vol. 4. 49.
  • Kian R., Horrillo J., Zaytsev A., Yalciner A.C. Capturing physical dispersion using a nonlinear shallow water model//J. Mar. Sci. Eng. 2018. Vol. 6. 84.
  • Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space//Bull. Seismol. Soc. Am. 1985. Vol. 75. Р. 1135-1154.
  • Лобковский Л.И., Баранов Б.В. Клавишная модель сильных землетрясений в островных дугах и активных континентальных окраинах//ДАН СССР. 1984. Т. 275, № 4. С. 843-847.
  • Лобковский Л.И., Рабинович А.Б., Куликов Е.А., Иващенко А.И., Файн И.В., Томсон Р.Е., Ивельская Т.Н., Богданов Г.С. Курильские землетрясения и цунами 15 ноября 2006 г. и 13 января 2007 г. (наблюдения, анализ и численное моделирование) // Океанология. 2009. Т. 49. № 2. С. 181-197.
  • Zaytsev A., Kostenko I., Kurkin A., Pelinovsky E., Yalçiner A.C. The depth effect of the earthquakes on tsunami heights in the Okhotsk Sea//Turk. J. Earth. Sci. 2016. Vol. 25. P. 289-299.
  • Aytore B., Yalciner A.C., Zaytsev A., Cankaya Z.C., Suzen M.L. Assessment of tsunami resilience of Haydrapasa port in the Sea of Marmara by high resolution numerical modeling//Earth, Planets and Space. 2016. Vol. 68. P. 139-150.
  • Zaytsev A., Kostenko I., Kurkin A., Pelinovsky E., Pararas-Carayannis G. Manifestation of the 1963 Urup tsunami on Sakhalin: observations and modeling//Science of Tsunami Hazards. 2017. Vol. 36. P. 145-166.
  • Костенко И.С., Зайцев А.И., Минаев Д.Д., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н., Ошмарина О.Е. Монеронское цунами 1971 года и его проявления на побережье о-ва Сахалин по результатам численного моделирования//Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54, № 1. С. 3-12.
  • Tufekci D., Suzen M.L., Yalciner A.C., Zaytsev A. Revised MeTHuVA method for assessment of tsunami human vulnerability of Bakirkoy district, Istanbul//Nat. Hazards. 2018. Vol. 90. P. 943-974.
  • Sassa S., Takagawa T. Liquefied gravity flow-induced tsunami: first evidence and comparison from the 2018 Indonesia Sulawesi earthquake and tsunami disasters//Landslides. 2019. Vol. 16. P. 195-200.
  • Yalciner A.C., Zaytsev A., Aytore B., Insel I., Heidarzadeh M., Kian R., Imamura F. A possible submarine landslide and associated tsunami at the northwest Nile Delta, Mediterranean Sea//Oceanography. 2014. Vol. 27. P. 68-75.
  • Imamura F., Imteaz M.A. Long waves in two layer: governing equations and numerical model//Science of Tsunami Hazards. 1995. Vol. 13. P. 3-24.
  • Pelinovsky E., Poplavsky A. Simplified model of tsunami generation by submarine landslides//Phys. Chem. Earth. 1996. Vol. 21, no. 12. P. 13-17.
  • Куликов Е.А., Рабинович А.Б., Файн И.В., Борнхолд Б.Д., Томсон Р.Е. Генерация цунами оползнями на тихоокеанском побережье Северной Америки и роль приливов//Океанология. 1998. Т. 38, № 3. С. 361-367.
  • Гарагаш И.А., Лобковский Л.И., Козырев О.Р., Мазова Р.Х. Генерация и накат волн цунами при сходе подводного оползня//Океанология. 2003. Т. 43, № 2. С. 185-193.
  • Бейзель С.А., Хакимзянов Г.С., Чубаров Л.Б. Моделирование поверхностных волн, порождаемых подводным оползнем, движущимся по пространственно неоднородному склону//ЖВТ. 2010. Т. 15, № 3. С. 39-51.
  • Пак В.В. Моделирование эволюции трехслойного Стоксова течения и некоторые геофизические приложения//Вычисл. мех. сплош. сред. 2018. Т. 11, № 3. С. 275-287.
  • Pudasaini S.P., Hutter K. Avalanche Dynamics: Dynamics of Rapid Flows of Dense Granular Avalanches. Springer, 2007. 602 p.
  • Pattiaratchi C.B., Wijeratne E.M.S. Are meteotsunamis an underrated hazard?//Phil. Trans. R. Soc. A. 2015. Vol. 373. 20140377.
  • Рабинович А.Б., Шепич Я. Метеорологические цунами: что это такое?//Природа. 2016. № 1. C. 12-26.
  • Sepic J., Vilibiс I., Rabinovich A.B., Monserrat S. Widespread tsunami-like waves of 23-27 June in the Mediterranean and Black Seas generated by high-altitude atmospheric forcing//Sci. Rep. UK. 2015. Vol. 5. 11682.
  • Metin A.D., Pelinovsky E., Yalciner A.C., Zaytsev A., Ozyurt Tarakcioglu G., Yalciner B., Kurkin A. Meteotsunami generation, propagation and amplification//Proc. 13th Int. Conf. on the Mediterranean Coastal Environment. MEDCOAST 17, Mellieha, Malta, October 31-November 4, 2017. Vol. 2. P. 1143-1154.
  • Анцыферов С.М., Косьян Р.Д. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М.: Наука, 1986. 223 с.
  • Nanayakkara K.I.U., Dias W.P.S. Fragility curves for structures under tsunami loading//Nat. Hazards. 2016. Vol. 80. P. 471-486.
  • Ozer Sozdinler C., Yalciner А.С., Zaytsev А. Investigation of tsunami hydrodynamic parameters in inundation zones with different structural layouts//Pure Appl. Geophys. 2015. Vol. 172. P. 931-952.
  • Ozer Sozdinler C., Yalciner A.C., Zaytsev A., Suppasri A., Imamura F. Investigation of hydrodynamic parameters and the effects of breakwaters during the 2011 Great East Japan Tsunami in Kamaishi Bay//Pure Appl. Geophys. 2015. Vol. 172. P. 3473-3491.
  • Зайцев А.И., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н., Ялчинер А., Киан Р. Исследование влияния размеров L-формы залива на отложение донных осадков под воздействием волн//Фундам. прикл. гидрофиз. 2017. Т. 10, № 3. С. 73-77.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp