Поколение Цунами Baroclinic

Джозеф Л. Хэммакк

Отдел Гражданского строительства, Калифорнийский университет, Беркли 94720 (Рукопись, полученная 13 августа 1979, в конечной форме 2 мая 1980)

РЕЗЮМЕ

Представлено аналитическое и экспериментальное исследование baroclinic волн, произведенных дислокацией монополя морского дна. Аналитические результаты основаны на двумерном и линеаризовавшем описании движения, используя приближение с двумя слоями для изменения плотности; эксперименты используют стратификацию с конечной pycnocline толщиной (отличной от нуля). Вычисление параметров, которые характеризуют процесс поколения и потенциальную роль нелинейных эффектов, обсуждено. Показано, что баротропные способы не затронуты небольшими различиями в потенциальной плотности, типичной для океанских стратификаций, и все предыдущие результаты для этих волн применимы. Приближение с двумя слоями, как находят, обеспечивает точное ­представление (длинных) baroclinic волн, типичных для цунами. Как баротропный ответ, baroclinic поколение импульсивно и линейный получающийся в амплитудах волны, пропорциональных вертикальному погашению морского дна. Около области поколения у баротропных волн есть амплитуды половины ­смещения морского дна­, в то время как baroclinic волны уменьшены далее отношением h, люфтганзой, где h - полная жидкая глубина и/i, верхняя толщина слоя. Хотя эффекты Coriolis не включены или в аналитические или в ­экспериментальные модели, эти эффекты могут часто быть существенными для baroclinic волн. Вообще, потенциальная роль сил Корайолиса - и землетрясение и определенное место. Независимо, анализ здесь остается применимым в течение многих времен, меньших чем местный инерционный период.

1. Введение и главные заключения

Исследование цунами до настоящего времени вообще сосредоточилось на волнах в поверхности океана, игнорируя вертикальные изменения в потенциальной плотности, которые как правило существуют. Подводные землетрясения, которые производят существенные поверхностные (баротропные) волны, также произведут ­внутренние (baroclinic) цунами в стратифицированных регионах. Эти baroclinic способы были исследованы сначала Черкесовым (1968), кто представил теоретическое ­исследование волн, произведенных движением морского дна в океане с показательным увеличением ­потенциальной плотности с глубиной. Впоследствии, Федо-сенко и Черкесов (1968) представленные подобные ­результаты для стратификации с двумя слоями, которая является более представительной для фактических океанских условий. Решения были основаны на линеаризовавшем описании движения и для двумерных и для трехмерных (осесимметричных) исходных областей; силами Корайолиса пренебрегли. В обоих представлениях составные ­решения были оценены только для далекой области на больших расстояниях от исходной области. Эти результаты показали, что смещение морского дна ­произвело (быстро) баротропные волны и (медленные) ­baroclinic волны, которые отделились со временем. Каждая система волны вызвала двойное движение в противоположном интерфейсе. Это далее требовалось, что ­асимптотические амплитуды внутренних волн могли превысить тех в свободной поверхности фактором 25 для океанских условий. Ни один уместность asymp-

totic линейный анализ к фактическим цунами, ни любому ограничению результатов из-за упущения сил Корайолиса были обсуждены авторами. [Hammack и Segur (1978) показали, что линейные ­асимптотические решения никогда не становятся применимыми для ­баротропных цунами.]

Цель данной работы состоит в том, чтобы исследовать почти полевое поведение baroclinic волн­, произведенных вертикальными движениями морского дна. И аналитические и результаты эксперимента представлены для простой модели поколения, состоящего из выброса блока (или downthrow) согласно ­предписанной истории смещения времени. Аналитические ­результаты основаны на стратификации с двумя слоями потенциальной плотности, в то время как эксперименты используют стратификацию с конечной pycnocline толщиной (отличной от нуля).

Организация этой бумаги и некоторые из главных результатов следующие. В Разделе 2 ­представлено краткое описание tsunamigenic землетрясений­, и модель, которая будет исследована здесь, введена. Безразмерные параметры, которые характеризуют процесс поколения, обсуждены в Разделе 3, где показано, что процесс поколения фактических цунами импульсивен и линеен и для баротропного и для baroclinic ответа. В Разделе 4 развито линейное решение для baroclinic модели, и другие известные свойства длинных внутренних волн в интерфейсе двух жидкостей рассмотрены. В пределе Boussinesq

0022-3670/80/091455-13$07.25

Американец © 1980 года Метеорологическое Общество

1456 ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКИХ. ОКЕАНОГРАФИЯ Том 10

Таблица 1. Характерная исходная область tsunamigenic ­землетрясений как функция сейсмического момента Мо, основанный на Канамори и Андерсоне (1975).

Мо (dyn см)	5 (km2)	М.,	L (км)	Uo | (m)
. 2 x 1025 6 x 1026 1 x 1029	185 1850 54 000	6 7 8	14 43 233	0.2 0.7 4.0

небольшие различия в плотности, показано, что баротропный ответ не затронут стратификацией. Кроме того, у и баротропных и baroclinic цунами есть начальные формы, подобные постоянной ­деформации морского дна. Максимальная амплитуда поверхностной волны - половина вертикального ­смещения морского дна, в то время как максимальная амплитуда внутренней волны дополнительно уменьшена отношением верхней глубины слоя к полной глубине. Экспериментальное оборудование и процедуры описаны в Разделе 5, и теоретические результаты по сравнению с экспериментальными измерениями в Разделе 6. Результаты указывают, что максимальные амплитуды баротропных и baroclinic волн около исходной области могут быть представлены синглом (и простые) функциональное отношение по полному спектру их соответствующих временных рамок поколения (см. Рис. 10). Потенциальная роль эффектов Coriolis для baroclinic волн обсуждена в Разделе 7, где ­продемонстрировано, что временные рамки baroclinic способов могут часто приближаться к инерционному периоду.