RU
|
EN

Система раннего обнаружения цунами

 Первая очередь  системы раннего обнаружения цунами на Дальнем Востоке России.

( автор - А.Ф. Ломакин)

В настоящее время краткосрочный прогноз цунами базируется на сейсмических данных  о  возможном возникновении, приходе и появлении волн на берегу при условии попадания  эпицентра  землетрясения в цунамигенную зону (зона уверенного предположения возникновения очага цунами), а энергия толчка достаточно велика, по крайней мере с магнитудой более 6,5 балла. Используя же разность во времени между скоростью распространения сейсмических волн и волн цунами (в 50- 100 раз), можно вычислить время прихода цунами к тому или иному пункту побережья. Таким образом, предполагая факт возникновения цунами свершившимся и зная время прихода волны к побережью, жители цунамиопасных районов  Тихоокеанского побережья   Дальнего Востока России  заблаговременно предупреждаются о грозящей им опасности. 

Однако, в силу недостаточной оправдываемости  тревог, подаваемых только на базе сейсмических данных, в последнее время получили развитие  дополнительные методы краткосрочного прогноза цунами (в частности, например, гидрофизического метода, основанного на непрерывных дистанционных наблюдениях с использованием мареографов открытого моря). В этом случае, когда волна цунами обнаружена на достаточном удалении от побережья,  с помощью спутниковых каналов связи этот факт  заблаговременно фиксируется в  центре цунами, что  дает  возможность принять все необходимые меры для спасения людей. На практике получили признание  и широко внедряются две системы  раннего предупреждения цунами  разработанные  специалистами  NOAA (США)   и консорциумом  специалистов ФРГ  и Индонезии.   Первая система получила название DART, а производство оборудования этой системы осуществляет компания  SAIC США, вторая  - GITEWS.   Основная разница между заякоренными буями систем GITEWS  и ДАРТ II связана со спутниковой передачей данных в центры  цунами. Так, система   GITEWS, используя только европейскую спутниковую систему,  не может быть использована в Тихом океане, поскольку этот участок спутник не охватывает.  ДАРТ II, напротив,   использует глобальную спутниковую систему сотовой связи «Иридиум»,  активной  в любой точке мира, включая  и  Тихоокеанский регион. По этой причине  предпочтение в выборе системы для дальнего востока России отдано системе  ДАРТ II (рисунок 1). 

9 ноября 2010 года специалистами ДВНИГМИ совместно с инженерами  американской  компании SAIC в точке с координатами 42 град. 37 мин. северной широты и 152 град. 35 мин. восточной долготы установлен глубоководный датчик и поверхностный буй системы (рисунок 2). Развертывание первой очереди раннего предупреждения цунами в Тихоокеанском  регионе  РФ  осуществлено в рамках реализации ФЦП «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного  характера в РФ до 2010 года».  Постановке буйковой системы предшествовали длительные переговоры с компанией SAIC  США по вопросам  производства и состава оборудования, его заводских испытаний и доставки в порт Корсаков, разработки  плана постановки системы в  заданной точке океана, организации открытого конкурса  на заключение государственного контракта.  Сложным вопросом оказался выбор места постановки системы. Так, с одной стороны необходимо выполнить условия  функционирования  донного датчика (это  большие глубины), удаленность от зоны трансдукции (очаги  землетрясений),  расположением уже существующих соседних станций и временем добегания волны цунами до  объекта защиты (г.Южно-Курильск, Южно-Сахалинск). По заданию  ДВНИГМИ специалистами NOAA  рассчитана и  проанализирована карта  времени добегания волны цунами  при  возможном очаге  землетрясения  на восточном  побережье Тихого океана. На рисунок 3  представлены   предпочтительные зоны постановки буйковой системы раннего предупреждения цунами  для Дальнего Востока России. Выбранная точка постановки  первой очереди системы позволяет  в случае фиксации факта прохождения волны цунами заблаговременно, примерно за 20 мин., предупредить население г.Южно-Курильск и за 50 мин. – население  прибрежных районов Сахалина. 

На рисунок 4 представлена обобщенная схема работы системы раннего предупреждения цунами. Система  состоит из трех основных подсистем:  подсистемы поверхностного буя, подсистемы постановки буя на якорь и якорного устройства и Регистратор Донного Давления (BPR) или подсистемы цунаметра.

Подсистема поверхностного буя объединяет в себе корпус из пены ионосодержащего полимера с отсеком для электроники, подъемное кольцо, акустические модемы, радиолокационный отражатель и навигационный огонь, работающий на солнечных батареях. Отсек для электроники вмещает в себя систему Глобального Позиционирования (GPS), систему спутниковой связи Иридиум (Iridium), процессор для бортовой обработки информации, пакеты пластин аккумуляторов и другую электронику. При этом поверхностный буй имеет горячее резервирование (дублирование оборудования) по всем  системам  связи,  питания  и обработки данных.

Подсистема постановки на якорь включает в себя серьги, якорные скобы, якорную растяжку, цепь и якоря.

Подсистема BPR (цунаметра) состоит из якорной платформы,  поплавковой системы, акустического размыкателя (для последующего возможного извлечения электроники BPR на поверхность), акустического модема,  процессора, аккумуляторов, другой вспомогательной электроники и очень чувствительного датчика/ регистратора донного давления. Подсистема BPR устанавливается с  поплавковой системой (десять стеклянных поплавков, защищенных кожухом). Эти поплавки крепятся к модулю электроники  BPR, и как только акустический размыкатель  отделяет якорь BPR от модуля, эти поплавки возвращают модуль электроники на поверхность для извлечения. 

В системе раннего предупреждения цунами  предусмотрена  двухсторонняя связь по обходному каналу для устранения неполадок, изменения режимов работы и загрузки массивов данных с высоким разрешением. Донный датчик BPR имеет три режима работы: режим запроса, стандартный режим и режим события или цунами. 

Установка подсистемы поверхностного буя  произведена по схеме буй-якорь, донный датчик при этом  поставлен  на дне с расчетом  свободной акустической связи в режиме реального времени.

На рисунок 5  представлена  обобщенная схема работы системы раннего предупреждения цунами. Донный датчик  измеряет давление столба воды каждые 15 сек. секунд с чрезвычайно высоким уровнем точности (0,5 мм). Одновременно с этим измеряется   температура воды, которая используется для корректировки данных о давлении.  Данные уровня океана в точке измерения используются в дальнейшем  для распознавания характеристик цунами по специальному алгоритму в составе программного обеспечения,  инсталлированного  в процессоре BPR.   С учетом фильтрации  приливных и ветровых колебаний рассчитывается  интенсивность  низкочастотной составляющей  колебания уровня океана, связанной с цунами. В случае превышения  порогового значения  высоты  волны в 3 см подается сигнал угрозы цунами и система переводится  в режим события (цунами).   При этом, данные об уровне океана по акустическому каналу  подаются  с донного датчика на  приемный акустический модем поверхностного буя, обрабатываются бортовым процессором (конвертируются  в пакеты цифровых данных стандартного формата  NOAA), затем  через спутниковый канал связи Иридиум поступают на сервер  Тихоокеанского центра цунами  США  NDBC,  далее  по специально выделенным каналам  связи и с использованием протоколов IP/TCP передаются на серверы национальных центров цунами, в нашем случае  в центр цунами ДВНИГМИ (Владивосток) и центр цунами  СахУГМС (Южно-Сахалинск).  Время прохождения сигнала от  момента регистрации  волны цунами  в открытом океане до  сервера любого  центра цунами –  не более 50 сек.

В  нормальном режиме,  донный датчик BPR  фиксирует  уровень океана непрерывно,  однако процессор формирует пакет данных уровня   с 15-минутным интервалом (четыре значения за час) и каждый час направляет на поверхностный буй такие короткие сообщения. Бортовой  процессор поверхностного буя объединяет  часовые сообщения в шестичасовые и направляет их в центр  NDBC. Такой режим работы  системы максимально экономит энергию батарей.

При включении режима цунами  донный датчик BPR  немедленно передает специальное сообщение  поверхностному бую.  Бортовой процессор донного датчика переходит в режим 15 сек. фиксации уровня океана и непрерывной передачи данных на поверхность. Бортовой процессор поверхностного буя также непрерывно передает 15 сек. данные в центр NDBC.  После передачи данных об исходном событии цунами  система продолжает передавать данные об уровне океана  по предварительно запрограммированному временному сценарию в течении следующих 3 часов, после чего система возвращается к нормальному режиму работы.

Подсистема поверхностного буя предназначена для работы в течение, по меньшей мере, одного года без обслуживания, тогда как подсистема BPR предназначена для работы в течение, по меньшей мере, двух лет.

Развернутая система раннего обнаружения цунами  в северо-западной части Тихого океана совместно с развернутой сетью   уровенных наблюдений в  дальневосточном регионе позволит своевременно и более  достоверно предупредить  население  об угрозе цунами. Кроме этого, представляется возможность  с учетом  данных   дистанционных телеметрических регистраторов  цунами в прибрежной зоне верифицировать существующие модели  прогноза цунами с целью снижения числа ложных тревог и оценки степени опасности цунами для конкретных пунктов побережья.

  

Рисунок 1. Поверхностный буй определения цунами DART,SAIC (STB)

 

Рисунок 2. Станция 21401 (42°37′0″ N 152°35′0″ E)

 

Рисунок 3.  Northwestern Pacific Recent Marine Data, NOAA NDBC

 

Рисунок 4.  Система раннего предупреждения цунами SAIC (STB)

 

Рисунок 5.  Схема архитектуры системы определения цунами

  

© 2018 ДВНИГМИ
Яндекс.Метрика

Main Menu (RU)