基于海底山脊俘获效应的越洋海啸传播演化机制研究

The destructive waves in transoceanic tsunamis are not first few waves from the earthquake source region but those of typically higher amplitude, slower waves travelling along ridge topographic waveguides. Such guided waves usually arrive several hours after the first waves or even later. The study of guidance and amplification effect of ocean ridge on water wave has academic value and practical significance on tsunami propagation and disaster prediction..The project will focus on wave motions over oceanic ridges and reveal the effects of ridge shapes and bathymetry on the propagation of such guided waves. Tsunami propagations over curved ridges, discontinuous ridges and furcated ridges are investigated. Long-term evolutions of guided waves with dispersion, nonlinearity and uneven bottom are simulated experimentally and numerically. .The global tsunami model developed in Hohai University is used to investigate impact of tsunamis generated along Pacific Rim on China. We will prove that the path of transoceanic tsunami determined and it propagates along the topographic waveguide.. This research will extend the theory of water wave propagation over uneven bottoms, and provide the theoretical guidance for accurately predicting the arrival time and the magnitude of the most disastrous waves in transoceanic tsunamis. Furthermore, it is meaningful and useful to improve of the efficiency and accuracy of tsunami warning, to enhance the understanding of protection effects of coastal engineering on tsunami disaster.

越洋海啸中最具威胁性和破坏性波浪通常是由海底山脊引导而至的、速度较慢但能量巨大的波浪成分，它一般出现在由震源直接传播而至的首个海啸波到达后的数小时甚至更晚。这种由于海底山脊对波浪俘获效应而导致海啸波能量聚集并沿其传播的现象对海啸演化变形规律研究有着重要意义。.本项目将从理论上研究海啸波在海底山脊上的运动形式，阐明海脊形状与水深对其运动与传播的影响规律；基于模型实验和数值模拟分别研究海啸在弯曲海脊、不连续海脊及分叉海脊上的传播特性，揭示波浪在非线性、频散性及水深变化联合作用下的长距离演化规律；基于全球海啸模型，模拟研究环太平洋地震带海啸传播过程及其对我国的影响，阐明越洋海啸的传播是“有迹可循”这一重要结论。.本项目研究将拓展波浪在变水深中传播演化理论，为预报越洋海啸中具有破坏性波浪到达时间及危害强度提供理论依据，对提高海啸预报效率及精度有重要学术意义。

海脊俘获波是由于海底山脊的引导和放大作用而形成的沿着海脊传播的波浪，它对研究海啸传播变形具有重要意义。项目将实际海脊分别简化指数型、二次函数型和双曲余弦型，基于线性水波理论分别推导这些形状海脊上俘获波的运动形态及对应的频散关系。基于射线理论阐述了海脊俘获波的生成机制，提出了海啸在这些海脊上的俘获条件，量化了海脊形状与水深对海脊俘获波的影响。采用物理模型实验和数值模拟相结合的方法，研究了瞬态冲击波在海脊上的传播变形过程，验证了项目所提海脊俘获波理论。.基于欧拉方程采用Taylor展开的方法，提出了水平方向上的最高阶空间导数仅为二阶的新型非静压波浪方程，并采用Godunov型显格式有限体积法和有限差分法，建立了相应的波浪数值模型。采用数值模拟研究了俘获波在弯曲和分叉海脊上的传播变形过程。结果表明，海脊俘获波传至海脊转弯和分叉处，部分能量会以自由波的形式泄露出海脊，部分能量则在此被反射回来形成反射俘获波、且其能量随着海脊弯曲和分叉角度的增加而增加。此外，还有较大部分能量继续沿着弯曲和分叉的海脊向前传播、且其能量随着海脊弯曲和分叉的角度增加而减小。.项目建立了太平洋海啸数值模型，研究了典型海啸过程在海脊、岛屿等特殊地形上的俘获与共振现象。基于所提出海脊俘获波理论，解释了典型海啸过程中由于海脊的影响更具破坏性的最大海啸波晚于先导波到达这一现象。.在本项目的资助下，共发表学术论文16，其中6篇SCI检索；项目负责人2017年获得国家海洋局海洋领域优秀科技青年荣誉称号，2019年入选江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象。