«Наука в Сибири»
№ 44 (2879)
8 ноября 2012 г.
КОЛЛЕКТИВ
ЕДИНОМЫШЛЕННИКОВ —
ЗАЛОГ ПРЕОДОЛЕНИЯ
РАЗОБЩЁННОСТИ
С 8 по 12 октября в Институте вычислительных технологий прошло научно-техническое совещание по фундаментальным и прикладным проблемам развития Российской национальной системы предупреждения о цунами.
Ю. Плотников, «НВС»
Окончание. Начало в № 40 «НВС»
В начале
Как случилось, что Новосибирск, равноудалённый от всех океанов, стал одним из признанных в мире центров изучения цунами? Рассказывает
 |
| Доктора физико-математических наук В. К. Гусяков и Л. Б. Чубаров в президиуме совещания. |
— Обращаясь к истории исследований по проблеме цунами в Сибирском отделении, вне всякого сомнения, следует указать на давний интерес к этой теме основателя Отделения академика М. А. Лаврентьева. Ещё в киевский период он написал работу, посвящённую исследованию математических моделей для описания длинных волн, к классу которых принадлежат и волны цунами. В своих воспоминаниях, опубликованных в журнале «ЭКО» на рубеже
Между прочим, работу аспиранта из КНР можно считать первым в Сибири исследованием, непосредственно связанным с изучением гидродинамики волн цунами. Он экспериментально обнаружил почти стационарное распространение уединённой волны над подводным гребнем, где амплитуда волны больше, чем в других местах. Интерпретируя полученные результаты, Сунь Цао ссылался на акустическую аналогию и указывал на известные типы волноводов звуковых волн. Впоследствии Р. М. Гарипов в рамках линейной теории доказал, что неровность дна типа подводного хребта действительно является волноводом поверхностных волн.
В начале
Надо сказать, что исследования по проблеме цунами всегда отличались характерным для Сибирского отделения многодисциплинарным подходом, участием специалистов разных институтов и направлений. В лаборатории цунами Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН традиционно занимались сейсмотектоническими аспектами возникновения цунами и изучением их связи с параметрами очага подводного землетрясения. Анализом моделей возникновения и последующей трансформации волн в Институте математики СО АН СССР занимались А. И. Янушаускас и его ученики. Непосредственно связаны с проблемой цунами работы в области вычислительной гидравлики, проводившиеся в Институте гидродинамики академиком О. Ф. Васильевым с коллегами. Постоянный интерес к задачам моделирования цунами проявлял академик Г. И. Марчук.
После перехода в 1976 году отдела механики сплошных сред под руководством ак. Н. Н. Яненко из Вычислительного центра СО АН СССР в Институт теоретической и прикладной механики работы по численному моделированию волн цунами были сосредоточены в ИТПМ в лаборатории Ю. И. Шокина. В 1983 году ядро этого коллектива обосновалось в Красноярске, где продолжились исследования цунами в рамках более широкой программы работ в области волновой гидродинамики. В настоящее время эта проблематика активно развивается в Институте вычислительных технологий СО РАН.
Одним из первых прикладных исследований, направленных непосредственно на совершенствование службы предупреждения о цунами, стали Атласы карт изохрон волн цунами в Тихом океане, выполненные в
В начале
 |
| В зале заседаний: на переднем плане |
Геофизики — на переднем крае
 |
| В. Н. Чебров. |
В 1956 году Президиум АН СССР возложил на сейсмическую станцию «Южно-Сахалинск» задачу несения сейсмической части службы предупреждения о цунами. С 1959 года эти функции выполняет также станция «Петропавловск». Таким образом, именно геофизики стали первыми, кто начал заниматься проблемой предупреждения о цунами на научной основе. Вспомнить страницы истории и рассказать о дне сегодняшнем мы просили директора Камчатского филиала Геофизической службы РАН Виктора Николаевича Чеброва.
— Долгое время функционирование службы предупреждения основывалось практически лишь на наблюдениях сейсмических станций Академии наук. Решение о тревоге цунами принималось, когда при регистрации землетрясения достигалось некое пороговое значение магнитуды. Сейсмостанции в ту пору были оснащены сейсмографами с механической или гальванометрической регистрацией, естественно, не было никакой автоматической или даже автоматизированной обработки поступающих данных. Наблюдения на береговых гидрометеорологических станциях, которые производились визуально или механическими самописцами, играли только вспомогательную роль, поэтому запись уровня моря на редких мареографных установках не имела существенного значения для оперативного предупреждения.
Основным недостатком службы стало большое количество ложных тревог, что в первую очередь было связано с недостаточным техническим обеспечением. Поэтому вопрос о необходимости её переоснащения возникал неоднократно. В 1980 году постановлением Совета министров СССР было сформулировано государственное задание по созданию Единой автоматизированной системы предупреждения о цунами (ЕАСЦ), разработке и производству для неё необходимых технических средств. Научно-методическая часть программы выполнялась в основном учёными АН СССР. К этому периоду относится, например, разработка гидрофизического метода прогноза, включающего непосредственные наблюдения цунами в открытом океане, использование математических моделей распространения и трансформации волны. Сегодня, листая старые отчёты, поражаешься, насколько масштаб замысла и уровень научной проработки опережали возможности технологий, имевшихся в распоряжении создателей системы — аналоговый сигнал в средствах связи, ничтожные по современным меркам объёмы памяти вычислительной техники... Всё это серьёзно сдерживало возможности разработчиков. Завершить работу планировалось к 1990 году, но вследствие всем известных событий в истории страны выполнить её в задуманном объёме не удалось.
Следующие полтора десятилетия ни о каком развитии не могло быть и речи. Многие сейсмические станции были разрушены землетрясением 1994 года, средства на поддержание оставшихся в работоспособном состоянии не выделялись. Эту ошибку очень важно не повторить — к сожалению, у нас до сих пор часто забывают о существовании эксплуатационных расходов. Надо отдавать себе отчёт в том, что большинство сейсмостанций находятся в удалённых, труднодоступных местах, и если не прилагать систематических усилий, не осуществлять вовремя регламентные работы, не следить постоянно за исправностью оборудования и средств связи, они быстро придут в негодность, и всё придётся начинать сначала.
Мероприятия, выполненные в рамках Федеральной целевой программы в
Есть чёткое понимание того, куда двигаться дальше. Необходимо дальнейшее наращивание и доведение до оптимальной структуры сети сейсмических и гидрофизических наблюдательных пунктов, в первую очередь, в Хабаровском крае и Магаданской области, где они в настоящее время практически отсутствуют, внедрение в практику новых высокоэффективных методов и технологий (например, установка в открытом океане донных датчиков, позволяющих добиться раннего и достоверного обнаружения цунами), развитие на новой технической базе системы передачи данных и оповещения об угрозе цунами и многое другое.
Нужен новый порядок действий
 |
| Д. А. Камаев. |
Реализацию мероприятий Федеральной целевой программы «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в РФ до 2010 года» по модернизации системы предупреждения о цунами в тесном сотрудничестве осуществляли специалисты Российской академии наук и Росгидромета. Охарактеризовать задачи второго этапа программы мы попросили одного из разработчиков аппаратно-программного комплекса центров предупреждения о цунами, заведующего лабораторией Научно производственного объединения «Тайфун» (г. Обнинск) Дмитрия Альфредовича Камаева.
— Действующая методология системы предупреждения о цунами построена на основе магнитудно-географического критерия, т.е. данных о расположении эпицентра землетрясения и значении его магнитуды. Если событие удовлетворяет определённым критериям по обоим параметрам, считается, что цунами обязательно возникнет, и тревога должна безусловно объявляться. Исходя из местоположения эпицентра землетрясении, используются понятия «ближняя» и «дальняя» зона. Ближняя зона для Информационно-обрабатывающего центра «Петропавловск» — 1000 км, для центра «Южно-Сахалинск» — 2000 км. Если землетрясение происходит в ближней зоне, ответственность за объявление тревоги несёт Геофизическая служба. Если землетрясение по положению эпицентра находится в дальней зоне, ответственность за объявление и отмену тревоги несёт Росгидромет в лице центров предупреждения о цунами.
Недостатки подобного подхода известны — это ложные тревоги, материальные потери и снижение готовности населения к действиям в условиях действительно происшедшей катастрофы. По статистике с 1958 по 2009 год из четырёх объявленных тревог три оказались ложными. И, по-видимому, если мы и далее будем улучшать и наращивать сейсмологическую составляющую этой службы, то при существующем порядке действий количество ложных тревог не уменьшится, а, возможно, даже возрастёт. На старой методологической основе показатели существенно улучшены быть не могут.
Поэтому мы предлагаем разработать новый порядок действий, при котором снижение количества ложных тревог может быть достигнуто за счёт более точного определения границ той части побережья, где тревога объявляется. Уменьшения экономических потерь в случае ложной тревоги можно добиться за счёт введения нескольких, допустим, трёх уровней тревоги, а не просто «да — нет», как это происходит сейчас, и делать это необходимо для каждого защищаемого пункта отдельно, а не по всей зоне ответственности конкретного центра предупреждения.
Например, угроза нулевого уровня (терминология в данном случае условна) означает, что волна не ожидается или её возможное появление не представляет угрозы для населения и хозяйственных объектов. Эвакуации в таком случае не требуется — население просто предупреждают о необходимости соблюдать осторожность при появлении в береговой зоне.
Угроза первого уровня — проявление цунами может создавать угрозу для населения и хозяйственных объектов, возможна частичная эвакуация. Соответственно, население предупреждается о необходимости соблюдать осторожность, эвакуируется из тех мест, где это необходимо, спасательные силы и средства приводятся в состояние готовности. Осуществляется подготовка инфраструктуры защищаемого населённого пункта к возможному воздействию цунами.
Угроза второго уровня — это разрушительное цунами. В этом случае требуется немедленная эвакуация.
Содержание этих понятий должно разрабатываться для каждого населённого пункта отдельно, поскольку смысл угрозы цунами «нулевого, первого и второго уровня» для каждого населённого пункта может быть разным и должен определяться его инфраструктурой, географическим положением, размещением населения и т.д.
Например, мы знаем, что некое село расположено так, что все жилые постройки находятся выше 16 метров над уровнем моря, на уровне 8 метров — хозяйственные постройки, а ниже — только порт. В этом случае угроза нулевого уровня соответствует волне, которая раскачивает суда в порту, первого уровня — девятиметровой волне, угрожающей смыть хозяйственные постройки, а угроза второго уровня — разрушительному цунами с высотой более 16 метров.
В настоящее время учёные ИВТ и ИВМиМГ занимаются просчётом всех возможных сценариев развития событий отдельно для каждого защищаемого пункта. Если учесть, что таковых — порядка
По «гамбургскому счёту»
 |
| Проф. Е. Н. Пелиновский. |
Профессор Ефим Наумович Пелиновский (ИПФ РАН, Нижний Новгород), известный российский специалист в области гидродинамики, много времени проводит в зарубежных исследовательских центрах. Мы попросили его сопоставить уровень фундаментальных исследований проблемы цунами в России с зарубежным.
— На мой взгляд, уровень фундаментальных исследований, по крайней мере, в гидродинамике цунами сейчас упал одинаково и у нас, и за рубежом. Достаточно посмотреть научные программы нашей страны, европейские и американские, как существующие, так и планируемые. В большинстве из них исследование фундаментальных проблем или не предусмотрено, или идёт «мелким почерком».
Основной упор сейчас делается на численное моделирование распространения и наката волн цунами в рамках уже известных моделей и предположений. Это позволило резко приблизиться к решению практических задач, связанных с построением карт заливания населённых пунктов, расчётом эвакуации жителей и т.п. В этих приложениях сейчас наблюдается сильнейший прорыв.
Другое мощное направление сегодняшних прикладных исследований по цунами — инструментальная база. Сейчас цунами регистрируются всюду: на воде, в воздухе, в ионосфере, из космоса. Системы регистрации и предупреждения цунами создаются различного уровня: от океанских (в Атлантике) до морских (Средиземное море) и национальных (Индонезия).
Что же касается фундаментальных исследований, то они везде в мире проводятся весьма небольшими группами и касаются механизмов генерации цунами землетрясениями, вулканами и оползнями. Но и здесь они становятся эффективными, когда дополняются мощными численными расчётами, в чем всё таки мы ещё отстаём.
Интересны фундаментальные исследования, связанные с поиском древних цунами (так называемых палеоцунами) и цунами астероидного происхождения.
В целом, я бы сказал, что значимые фундаментальные исследования по цунами проводятся в интернациональном сотрудничестве, поэтому здесь зачастую трудно говорить о том, какая страна сильнее. Вклад россиян заметен. Так, престижная медаль Европейского геофизического союза по исследованию природных катастроф носит имя академика Сергея Леонидовича Соловьёва — патриарха исследований цунами в нашей стране. Мне приятно быть её лауреатом 2006 года. Международное общество цунами несколько раз награждало россиян. Несколько наших соотечественников удостоены молодёжной премии Европейского геофизического союза в разные годы.
Книга Б. Левина и М. Носова по физике цунами, изданная в «Шпрингере» в 2008 году, является первой в англоязычной литературе, посвящённой именно фундаментальным проблемам в теории цунами.
Поэтому говорить о разнице в уровне фундаментальных исследований, опять же, в своей области гидродинамики цунами, я бы не стал. Однако уровень оснащения и доступности нужной информации всё же у нас существенно ниже, и я восполняю его в поездках за границу, где трачу сразу же несколько дней на получение возможной информации и материалов.
300 секунд
Чрезвычайное стихийное бедствие — цунами в Индийском океане 26 декабря 2004 года, унесшее четверть миллиона жизней, явилось для океанских стран серьёзным предупреждением. Систему раннего предупреждения о цунами, созданную с германской помощью в Индонезии, в 2010 году международная экспертная комиссия признала одной из самых современных и эффективных в мире. Алексей Анатольевич Андросов, в прошлом сотрудник Санкт-Петербургского отделения Института океанологии РАН, а ныне Института Альфреда Вегенера (AWI), принимал в этой работе самое активное участие.
— Программу инициировало немецкое правительство совместно с Министерством науки и образования Индонезии. Головным в проекте стал GFZ, геофизический институт в Потсдаме. В программу вошли ещё несколько организаций — DLR, аэрокосмический институт под Мюнхеном, AWI — Институт Альфреда Вегенера, в котором я работаю, и GTSS. На каждый институт была возложена определённая функция. Допустим, на GFZ — все геологические и сейсмические вопросы, AWI — вопросы моделирования и выборки сценария, а все карты, связанные с опасными явлениями, делались в DLR и GTSS.
Проект начался в 2005 году, в 2008 г. состоялась первая приёмка оперативного центра в тестовом режиме, а 29 марта 2011 года система была полностью передана индонезийской стороне. Принимал лично Президент Индонезии. Основной приёмщик — BMKG, институт в Джакарте. Сегодня там круглосуточно дежурит смена, состоящая из нескольких операционистов. Всего на боевом дежурстве 30 человек, все индонезийцы. За прошедшее время уже было предупреждено 10 цунами и более 1000 землетрясений. Все эти сигналы были обработаны абсолютно успешно.
Как работает служба предупреждения о цунами в Индонезии? Первое — шкала времени. Мы ограничены 300 секундами после сигнала. Первые
В базе данных в удобном электронном виде содержатся также карты, на которых указаны максимальные высоты волн, времена добегания и зоны затопления. Оператор уже через две минуты после выбора сценария получает соответствующие файлы. Степень угрозы для конкретного населённого пункта в соответствии с выбранным сценарием уже определена и отмечена соответствующим цветом (красный — оранжевый — зелёный) согласно существующей ступенчатой экспертной шкале. И на основании этого операционист предпринимает действия: даёт сигнал СМИ, оповещение МЧС, президента страны... Минимально процесс занимает две минуты. Если, конечно, магнитуда 9, то зона поиска расширяется и выбор сценария происходит несколько дольше, но, в принципе, в пять минут всегда укладывается.
Стоимость реализации программы составила 55 млн евро. Для Германии это был первый опыт в цунами-моделировании. Теперь опыт есть, и достаточно богатый, которым, я считаю, можно уже и поделиться.
Его мы собираемся передать Чили. С мая этого года начался пилотный проект немецкой и чилийской сторон по созданию системы защиты побережья Чили. Полностью индонезийскую систему туда перенести нельзя — заказчики хотят её усовершенствовать. Если в Индонезии важны только подводные землетрясения, то для чилийского побережья также и оползни, и взаимодействие цунами с приливами и т.д. Поэтому планируется сделать каскадную модель, устанавливающую связь между этими природными явлениями. В рамках этого проекта немецкая деятельность по моделированию цунами будет развиваться дальше.
Слово — практикам
В заключение своими впечатлениями о прошедшем совещании мы попросили поделиться тех, кому предстоит воплощать принятые решения на практике.
Татьяна Николаевна Ивельская, начальник Сахалинского центра предупреждения о цунами (г. Южно-Сахалинск):
— На мой взгляд, почти каждый доклад имеет прикладную направленность. Нам понятно, о чём идёт речь, нам интересно, каким образом это можно использовать. Кроме того, нас хотят услышать, и это очень важно, потому что, если наиболее полно будет учтено наше мнение, эффективность нашей службы будет повышаться. В конце концов, наша цель — обеспечение безопасности и жизни населения цунамиопасных районов. Поэтому, если результаты научных исследований будут этому способствовать, мы будем такие результаты только приветствовать.
Александр Владимирович Николаев, начальник Камчатского центра предупреждения о цунами (г. Петропавловск-Камчатский):
— Главный практический вопрос, который мы сообща решаем, — это введение в нашу работу нового регламента. Это самый принципиальный вопрос, который здесь рассматривался. Совещание должно предложить для нового регламента конкретные решения, чтобы мы в дальнейшем уже совместно с Геофизической службой могли заниматься вопросом распределения обязанностей. Проблема зон, проблема времени определения параметров землетрясений, видимо, по-прежнему будут находиться в ведении геофизических служб. А наша задача — определение пороговых значений для объявления тревоги.
Татьяна Петровна Щербинина, начальник Приморского центра предупреждения о цунами (г. Владивосток):
— Наш центр цунами — самый молодой, он образован только в 2010 году. Для нас такие встречи очень полезны: получаешь обобщённый материал, близко знакомишься с теорией... Конечно же, я привезу доклады, чтобы эта информация была доступна не только мне, но и моим сотрудникам. Кроме того, очень важен момент личного общения. Достижение взаимопонимания людей, работающих в одной сфере, ни в коем случае нельзя недооценивать. Наличие команды единомышленников — залог преодоления межведомственной разобщённости.
Фото автора
стр. 6-7