НАУКА

Математики НГУ представили метод максимально быстрого определения источника цунами


Математики НГУ представили метод максимально быстрого определения источника цунами
Специалисты лаборатории методов создания, исследования и идентификации математических моделей естествознания Новосибирского государственного университета и Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН разработали метод, который позволит максимально быстро выявлять источник цунами. По словам сотрудницы лаборатории, старшего преподавателя ММФ НГУ Ольги Криворотько, система поможет властям и профильным ведомствам с меньшей погрешностью прогнозировать ситуацию с цунами, не углубляясь в детали математических моделей.
Криворотько отмечает, что цунами чаще всего возникают в результате подводного землетрясения, информация о котором становится известной в течение нескольких минут, так как звук в земле распространяется в десятки раз быстрее, чем в воде. При этом в подавляющем большинстве случаев прогнозы распространения цунами оказываются неверными.

"По информации о магнитуде землетрясения, углам сдвига литосферных плит и примерных координат эпицентра можно с некоторой погрешностью вычислить амплитуду источника возникшего цунами. В 80% случаев такие прогнозы бывают ложными, что влечёт за собой колоссальные расходы на эвакуацию населения и стратегических объектов. Ложные данные об источнике цунами сильно отражаются на расчёте высоты волны, набегающей на берег: каждый метр может оказаться губительным, как, например, произошло во время цунами в Японии в 2011 году", — говорит математик НГУ.

Для уточнения амплитуды источника цунами применяются методы математического моделирования. Сотрудники совместной лаборатории используют методы численного решения обратных и некорректных задач.

"Мы подбираем такие параметры источника, чтобы модельная волна цунами как можно меньше отклонялась от высоты проходящей реальной волны в океане. Реальные данные могут быть получены со спутниковых снимков или наводных станций. Измерения обрабатываются фильтрами от шумов, затем создаётся алгоритм численного решения задачи определения источника, разрабатывается программный комплекс, и алгоритм отрабатывается на тестовых задачах", — рассказывает Ольга.

Однако для предупреждения события цунами, подчёркивает математик, необходимо максимально быстро определить его источник. В этом направлении новосибирскими специалистами разработан и тестируется аналитический метод определения амплитуды переднего фронта волны, который по вычислительной скорости превосходит конечно-разностные методы в десятки раз.
Ольга Криворотько указывает на интересный факт: результаты, полученные аналитическим методом, совпадают с расчётами Джорджа Бидделя Эйри 1841 года, которые в свою очередь выведены из физических законов сохранения.
Разработанные алгоритмы в настоящее время активно тестируются на исторических данных. В лаборатории математических задач геофизики РАН есть крупная база по цунами, которые произошли с 1628 года до нашей эры и до 2012 года. База содержит характеристики источника цунами, карту высот набегающей волны на берег, а для некоторых побережий — экономическую оценку возможных разрушений от модельных волн. Она встроена в программный трёхмерный комплекс визуализации моделирования цунами, который также создали в лаборатории.
Назначение разработанной системы — поддержка и сопровождение исследований события цунами и порождающих их землетрясений, а также прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Система сможет прогнозировать последствия и даже оценивать материальный ущерб и повреждения стратегически важных объектов.
Криворотько отмечает, что с помощью такой системы специализированные подразделения и органы власти смогут осуществлять мониторинг и прогнозирование цунами, не углубляясь в детали математических моделей. С другой стороны, учёные могут использовать продукт как удобную платформу для ведения исследовательской работы.
Отметим, что буквально на днях математик из Великобритании предложил способ остановки разрушительных волн цунами.


СМОТРИ ТАКЖЕ