基于蒙特卡洛随机模拟的南中国海地区多尺度海啸淹没风险评估体系研究

Tsunami is one of the most serious natural hazards that threaten the safety of life and property in the coastal areas of the world. Probabilistic tsunami hazard assessment can give the tsunami risk distribution within different return periods to avoid or reduce the loss caused by the tsunami hazard in the future. Most applications of this method use the maximum wave height to evaluate hazard distribution along the coast area, which can only provide qualitative basis for disaster prevention and mitigation. Besides that, as an important part of the assessment results, uncertainty analysis of most studies focus on only one aspect, a comprehensive and systematic analysis of uncertainty is needed. Aiming at the above problems, this project intends to carry out the research on probabilistic tsunami inundation assessment system based Monte Carlo algorithm. The main research contents include:Generating random seismic events based Monte Carlo algorithm; Probabilistic tsunami maximum height distribution based on unit source Green function library; Probabilistic tsunami inundation distribution based on refinement tsunami inundation simulation.The probabilistic tsunami inundation assessment method will be applied to evaluating the distribution of maximum tsunami height along coast of South China Sea and tsunami inundation distribution of special areas of China within different return periods to provide scientific support for the design of tsunami disaster prevention and ocean engineering along South China Sea.

海啸是当今威胁全球沿海居民生命财产安全最严重的自然灾害之一。概率性海啸风险评估能够给出不同重现期的海啸危险性分布，从而尽可能的避免或者降低未来海啸灾害所造成的损失。目前该方法的应用多以沿岸的海啸最大波高分布为主要评估指标，只能为防灾减灾工作提供定性的依据。此外，作为评估结果的一个重要组成部分，多数研究的不确定性分析仅仅侧重于某个方面，缺少全面且系统的分析。针对上述问题，本项目拟开展基于蒙特卡洛算法的海啸概率性淹没风险评估体系研究，主要研究内容包括：基于蒙特卡洛算法的随机地震事件集生成；基于单位源格林函数库的概率性海啸最大波幅分布研究；基于精细化淹没模拟的概率性海啸淹没分布研究。并将该评估体系应用于评估南中国海区域不同重现期下的最大海啸波幅分布特征及我国南部部分区域的概率性海啸淹没分布，旨在为南中国海区域海啸灾害防御和海洋工程的设计提供科学支撑。

南中国海地处亚欧板块，菲律宾海板块以及印度洋板块的交界处，呈现出复杂地质构造特征。作为全球著名的俯冲带，该区域内东部的马尼拉海沟定为全球风险最高的潜在特大地震震源之一。因此，开展该区域的海啸灾害风险评估工作对提高我国南部及其他周边国家沿海抗灾防灾能力具有十分重要的意义。目前，国际上普遍采用确定性和概率性两种评估技术路线来确定海啸危险性。相比于基于“最坏”场景的确定性评估方法，概率性风险评估方法能够给出多个重现期的海啸风险，方便决策者针对不同的海啸风险部署防御策略。本研究应用概率性海啸风险评估方法评估南中国海区域的海啸风险，基于历史地震事件拟合了潜在海啸源的震级-频率关系，考虑到现有目录时间长度有限，我们引入了地震矩守恒定理修订了潜在海啸源区域的转角震级，并且基于该震级-频率关系生成一段时间的地震目录，我们应用格林函数库对海量地震海啸事件进行模拟，通过对模拟结果的统计以及少量场景的精细化淹没模拟得到南中国海区域的概率性评估结果及香港维多利亚港周边的淹没风险。与此同时，考虑到概率性风险评估是一项不确定性的科学，其不确定性的估计是风险评估成功与否的关键所在，评估结果不确定性的区间范围的意义要远远大于“最合理”海啸评估结果。本研究将概率性风险评估过程作为一个系统，详细地分析了各个输入参数对最终评估结果的不确定性，结果表明，海啸源的震级分布对评估结果起着决定性的作用。除此之外，我们还应用沿岸岸段输出点的变异系数分析了4个输出点评估结果不确定性的大小，结果表明地震位置及滑移量分布的不确定性具有明显的地域性特征，而其他参数包括震级分布，经验公式等对所有点的影响几乎是一致的。