DE112014002638T5

DE112014002638T5 - Tsunami-überwachungssystem

Info

Publication number: DE112014002638T5
Application number: DE112014002638.7T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kawai; Hiroaki Ishikawa; Takafumi Nagano; Taizo Isono
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2016-03-17
Also published as: JP5905646B2; JPWO2014192326A1; WO2014192326A1; US20160157073A1; US9544748B2; MY171962A

Abstract

Ein Tsunami-Überwachungssystem (1) weist eine Sendeantenne (2) auf, die dazu konfiguriert ist, ein Sendesignal auszusenden, um einen Tsunami (7) zu detektieren, und zwar als Funkwelle in Richtung des Meers, und eine Empfangsantenne (2), die dazu konfiguriert ist, reflektierte Wellen, die von dem Tsunami (7) reflektiert werden, als Empfangssignal zu empfangen. Das Tsunami-Überwachungssystem (1) weist eine Signalgenerator-Einrichtung auf, die dazu konfiguriert ist, ein Sendesignal auf einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen, einen Signalprozessor-Bereich (9), der dazu konfiguriert ist, ein Schwebungssignal einer Frequenzdifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal zu erzeugen, und einen Wellenhöhen-Schätzbereich (11), der dazu konfiguriert ist, einen Funkwellen-Strahlungsbereich in eine Mehrzahl von Bereichen zu teilen, eine Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche des Tsunamis (7) für jeden Bereich auf der Basis des Schwebungssignals zu berechnen, und eine Wellenhöhe des Tsunamis (7) aus der berechneten Strö-mungsgeschwindigkeit zu schätzen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tsunami-Überwachungssystem zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Meeresoberfläche eines Tsunamis mittels Radar und zum Vorhersagen der Wellenhöhe und der Ankunftszeit an Land.
Stand der Technik
In jüngster Zeit befasst man sich damit, dass ein Tsunami infolge des Auftretens eines großen Erdbebens auf die Meeresküste von Japan trifft. Es ist wichtig, die Ankunft so früh und genau wie möglich vorherzusagen, um ein effizientes Evakuierungsverhalten und -handeln durchzuführen, bevor der Tsunami an der Meeresküste eintrifft. Herkömmlicherweise wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um einen ankommenden Tsunami vorherzusagen.
Gemäß dem gegenwärtigen Tsunami-Vorhersagesystem der meteorologischen Behörde werden z. B. numerische Simulationen des Tsunamis im Voraus durchgeführt, indem Störungen eingestellt werden, die möglicherweise den Tsunami erzeugen. Die Ergebnisse werden in einer Tsunami-Vorhersagedatenbank gesammelt. Wenn ein Erdbeben tatsächlich auftritt, dann werden Vorhersageergebnisse, die mit dem Ort, dem Ausmaß usw. des erzeugten Erdbebens korrespondieren, aus dieser Datenbank bezogen, und ein Tsunami-Alarm oder eine Tsunami-Warnung werden bekanntgegeben (siehe z. B. Patentliteratur 1). Da der Ort und die Verschiebungslänge der Störung, die zum Vorhersagen der Stärke oder Magnitude des erzeugten Tsunamis benötigt werden, nicht genau aufgefunden werden, wenn das Erdbeben auftritt, sondern einer Datenanalyse zu einem späteren Zeitpunkt unterzogen werden, besteht ein dahingehendes Problem, dass die vorhergesagten Werte der Stärke oder Magnitude, der Ankunftszeit usw. des Tsunamis mit großen Fehlern behaftet sind.
Bei einem weiteren Verfahren wird außerdem ein Versuch durchgeführt, eine Mehrzahl von Sensoren, wie z. B. Tonnen bzw. Bojen, die zum Messen eines eintreffenden Tsunamis geeignet sind, auf und im Meer angeordnet werden, und den Tsunami selbst auf offener See zu erfassen (siehe z. B. Patentliteratur 2). Dieses Verfahren ist jedoch nur dazu geeignet, Daten an Punkten räumlich zu erfassen, und daher wurde dies als unzureichend angesehen, um die Wellenhöhe und die Ankunftsrichtung des Tsunamis detailliert vorherzusagen, der in einem weiten Bereich eintrifft. Ferner besteht ein dahingehendes Problem, dass ein großer Kostenaufwand nötig ist, um die Stromversorgung und den Signalausbreitungsweg zu gewährleisten. Außerdem werden Sensoren auf und im Meer benötigt. Daher ergibt sich das Problem, dass deren Wartung nicht einfach ist.
Um die genannten Probleme zu lösen, wurde jüngst mit einer Tsunami-Überwachung mit einem Marineradar begonnen (siehe z. B. Patentliteratur 3). Das Marineradar ist dazu geeignet, Meeresströmungen, Meereswellen, Meereswinde usw. in einem weiten Bereich von ungefähr 100 km zu messen, indem es eine Funkwelle von einer Antenne aussendet, die an Land installiert ist, und zwar in Richtung der Meeresoberfläche, indem es rückgestreute Wellen von den Meereswellen an der Meeresoberfläche empfängt, und indem es eine Frequenzanalyse durchführt.
Das Marineradar hat eine solche Eigenschaft, dass ein weiter Bereich gleichzeitig überwacht werden kann, und das Marineradar ist außerdem dazu geeignet, eine Langzeit-Überwachung durchzuführen, da die Überwachung von Land aus vorgenommen werden kann. Das Marineradar ist jedoch nur dazu geeignet, die Strömungsgeschwindigkeits-Komponente an der Meeresoberfläche in der Sichtlinie der von der Antenne abgestrahlten Funkwelle durchzuführen, und sie ist nicht geeignet, die Wellenhöhe des eintreffenden Tsunamis direkt zu messen.
Daher ist es bei dem in Patentliteratur 3 beschriebenen Tsunami-Überwachungssystem notwendig, die Tsunami-Ankunftszeit und Vorhersagewerte der Wellenhöhen an benachbarten Küsten aus vorläufig vorbereiteten empirischen Werten des Tsunamis zu beziehen (z. B. Wellenhöhe = Strömungsgeschwindigkeit v × eine bestimmte Funktion F, Ankunftszeit T = Abstand / Phasengeschwindigkeit usw.), und zwar auf der Basis von Bedingungen der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit, eines Geländemodells usw.
Es ist notwendig, im Voraus Datenbanken zu konstruieren, die zum Vorhersagen der Tsunami-Eigenschaften aus den Strömungs-Geschwindigkeitsmustern des Tsunamis benötigt werden, und eine erhaltene Strömungsgeschwindigkeits-Verteilung diesen Datenbanken zuordnen.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patent-Offenlegungsveröffentlichung JP 2013-040 898 A
Patentliteratur 2: Japanisches Patent JP 3 512 330 B
Patentliteratur 3: Japanisches Patent JP 2 721 486 B
Patentliteratur 4: Japanisches Patent JP 4 534 200 B
Nicht-Patentliteratur 1: Tomoyuki Takahashi, „Utilization of Computation in Tsunami Disaster Prevention“, Web Journal of Japan Society of Computational Fluid Dynamics, November 2004, Band 12, Nr. 2, Seiten 23–32;
Nicht-Patentliteratur 2: Imamura, Ahmet Cevdet Yalciner und Gulizar Ozyurt, „TSUNAMI MODELLING MANUAL (TUNAMI model)“, [online], April 2006, [Recherche am 8. April 2013], Internet <URL: http://www.tsunami.civil.tohoku.ac.jp/hokusai3/J/projects/manual-ver-3.1.pdf>;
Nicht-Patentliteratur 3: Tomoyuki Takahashi, „Mechanism of tsunami“, Parity, Band 26, Nr. 11, November 2011, Seiten 34–41.

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Da es tatsächlich unmöglich ist, im Voraus Simulationen für alle Tsunami-Muster in dem Tsunami-Überwachungssystem durchzuführen, das in der Patentliteratur 3 beschrieben ist, besteht jedoch ein dahingehendes Problem, dass der Tsunami nicht mit ausreichender Genauigkeit vorhergesagt werden kann. Außerdem besteht ein solches Problem, dass die Genauigkeit bei einem unerwarteten Tsunami weiter verschlechtert wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Probleme zu lösen und ein Tsunami-Überwachungssystem anzugeben, das dazu imstande ist, die Wellenhöhe eines eintreffenden Tsunamis mit ausreichender Genauigkeit vorherzusagen.
Lösung des Problems
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem der vorliegenden Erfindung weist das Tsunami-Überwachungssystem eine Sendeantenne auf, die dazu konfiguriert ist, ein Sendesignal auszusenden, um einen Tsunami als eine Funkwelle in Richtung des Meeres zu detektieren, und eine Empfangsantenne auf, die dazu konfiguriert ist, reflektierte Wellen zu empfangen, die von dem Tsunami reflektiert worden sind, und zwar als Empfangssignal.
Das Tsunami-Überwachungssystem weist eine Signalgenerator-Einrichtung auf, die dazu konfiguriert ist, das Sendesignal mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen. Das Tsunami-Überwachungssystem weist einen Signalprozessor-Bereich auf, der dazu konfiguriert ist, ein Schwebungssignal einer Frequenzdifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal zu erzeugen.
Das Tsunami-Überwachungssystem weist einen Wellenhöhen-Schätzbereich auf, der dazu konfiguriert ist, einen Funkwellen-Strahlungsbereich in eine Mehrzahl von Bereichen zu teilen, die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche des Tsunamis für jede Region auf der Basis des Schwebungssignals zu berechnen, und die Wellenhöhe des Tsunamis aus der berechneten Strömungsgeschwindigkeit zu schätzen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem der vorliegenden Erfindung kann die Wellenhöhe des Tsunamis direkt aus der Strömungsgeschwindigkeits-Verteilung der Meeresoberfläche vorhergesagt werden, die mittels der Funkwelle gemessen worden ist. Daher ist es möglich, die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe aller Tsunamis inklusive unerwarteten Tsunamis höchst genau vorherzusagen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1 und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht zum Erläutern der Wellenhöhe und einer Gesamtwassertiefe D eines Tsunamis 7 gemäß 1.
3 ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Strahlungsbereichs einer Sende-Funkwelle 5, die von einer Sende- und Empfangsantenne 2 gemäß 1 abgestrahlt wird.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1A und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Bereichs, in welchem die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 gemäß 2 simuliert wird.
6A ist eine Draufsicht, die Ergebnisse der Simulation der Wellenhöhe η gemäß 5 nach zehn Minuten zeigt.
6B ist eine Draufsicht, die Ergebnisse der Simulation der Wellenhöhe η gemäß 5 nach 25 Minuten zeigt.
7A ist eine Draufsicht, die eine Verteilung der Wellenhöhe η gemäß 5 nach 25 Minuten zeigt.
7B ist eine Draufsicht, die eine Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 gemäß 5 nach 25 Minuten zeigt, erzeugt von dem Tsunami-Überwachungssystem 1A gemäß 4.
8 ist ein Graph, der Veränderungen der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 gemäß 7A und 7B in Bezug auf einen Radius r von einer Sende- und Empfangsantenne 2 zeigt.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1B und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Draufsicht, die einen solchen Zustand zeigt, dass die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 geschätzt wird, indem das Tsunami-Überwachungssystem 1B gemäß 9 verwendet wird.
11 ist ein Wellenform-Diagramm mit Zeitbasis, das das Ergebnis der Simulation von Veränderungen der Wellenhöhe η an einem Installationsort er Sende- und Empfangsantenne 2 in Bezug auf die Zeit t zeigt.
12 ist ein Graph, der die Zeit vorhergesagt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Tsunami 7 an der Sende- und Empfangsantenne 2 ankommt, unter Verwendung des Tsunami-Überwachungssystems 1B gemäß 9.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1C und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14A ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Bereichs, in welchem ein Tsunami-Simulatorbereich 15 von 13 das Verhalten des sich ausbreitenden Tsunamis 7 simuliert.
14B ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Vorhersagen einer Tsunami-Wellenhöhenverteilung und einer Tsunami-Ankunftszeit und Ankunfts-Wellenhöhe zeigt, der von dem Tsunami-Überwachungssystem 1C gemäß 13 durchgeführt wird.
15 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1D und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1E und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Ansicht von oben, die ein Beispiel der Anordnungsposition eines Wasserpegel-Messbereichs 30 in dem Tsunami-Überwachungssystem 1E der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Ansicht von oben, die ein weiteres Beispiel der Anordnungsposition des Wasserpegel-Messbereichs 30 in dem Tsunami-Überwachungssystem 1E der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1F und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1G und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1H und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder der folgenden Ausführungsformen sind gleiche Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es wird keine wiederholende Beschreibung für diese angegeben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1 und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Tsunami-Überwachungssystem 1 gemäß 1 ist so konfiguriert, dass es Folgendes aufweist: eine Sende- und Empfangsantenne 2, die an einer Position angeordnet ist, so dass eine Sende-Funkwelle 5 die Meeresoberfläche abtasten kann, einen Sender- und Empfängerbereich 8, einen Signalprozessor-Bereich 9, einen Berechungsbereich 10 und einen Anzeigebereich 13. Außerdem ist der Berechungsbereich 10 so konfiguriert, dass er einen Wellenhöhen-Schätzbereich 11 aufweist, der so konfiguriert ist, dass er einen Computer und ein Programm aufweist. Außerdem ist die Sende- und Empfangsantenne 2 an Land 18 angeordnet.
Die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt, und die Sende- und Empfangsantenne 2 kann an einer beliebigen Position angeordnet sein, so dass die Sende-Funkwelle 5 die Meeresoberfläche abtasten kann. Die Sende- und Empfangsantenne 2 kann zum Beispiel auf dem Meer 4 angeordnet sein. Außerdem hat die Sende- und Empfangsantenne 2 eine zylindrische From oder eine Rohrform in 1.
Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt, und die Sende- und Empfangsantenne 2 kann von einem beliebigen Typ sein und eine beliebige Form haben, solange sie eine Funkwelle aussenden und empfangen kann. Der Typ der Sende- und Empfangsantenne 2 kann z. B. eine Gruppenantenne sein. Obwohl die Sende- und Empfangsantenne 2 so aufgebaut ist, dass sie eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne integriert, können die Sendeantenne und die Empfangsantenne auch separat vorgesehen sein.
Der Sender- und Empfängerbereich 8 weist eine Signalgenerator-Einrichtung zum Erzeugen eines Sendesignals auf einer vorbestimmten Frequenz und zum Ausgeben des Sendesignals an die Sende- und Empfangsantenne 2 auf. Außerdem weist der Sender- und Empfängerbereich 8 eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Empfangssignals von der Sende- und Empfangsantenne 2 auf, wie nachstehend beschrieben ist, und zum Ausgeben des Empfangssignals an den Signalprozessor-Bereich 9.
Obwohl der Sender- und Empfängerbereich 8 als integriert in 1 beschrieben wurde, kann er auch eine solche Konstruktion haben, dass ein Sendebereich und ein Empfangsbereich voneinander separiert sind, und die vorliegende Erfindung kann angewendet werden, ungeachtet dessen, welche Konstruktionen der Sender- und Empfängerbereich 8 und der Signalprozessor-Bereich 9 haben.
Die Sende- und Empfangsantenne 2 sendet das Sendesignal zum Detektieren eines Tsunamis 7 als eine Sende-Funkwelle 5 in Richtung des Meers. Ferner empfängt die Sende- und Empfangsantenne 2 eine Empfangs-Funkwelle 6, die stark von der Meeresoberfläche 3 rückgestreut worden ist, als Empfangssignal, und sie gibt das Empfangssignal an den Sender- und Empfängerbereich 8 aus. Es sei angemerkt, dass die rückwärtige Streuung auch als Bragg-Streuung bezeichnet wird.
Der Signalprozessor-Bereich 9 multipliziert das Sendesignal, welches von dem Sender- und Empfängerbereich 8 erzeugt wird, mit dem Empfangssignal, welches von der Sende- und Empfangsantenne 2 empfangen wird, und er gibt ein Signal, das das Multiplikationsergebnis darstellt, als Schwebungssignal an den Wellenhöhen-Schätzbereich 11 aus. Das bedeutet, der Signalprozessor-Bereich 9 erzeugt das Schwebungssignal, das die Frequenz der Frequenzdifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal aufweist.
In diesem Fall wird die Empfangs-Funkwelle 6 moduliert, indem ein Doppler-Effekt empfangen wird, und der Modulationswert hängt von der Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 ab und wird als Schwebungssignal berechnet. Ferner hat der Signalprozessor-Bereich 9 die Funktion, höhere harmonische Komponenten aus dem Signal des Multiplikationsergebnisses des Sendesignals und des Empfangssignals durch Filtern zu entfernen.
Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11 empfängt das Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 aus dieser Strömungsgeschwindigkeit und gibt Daten einer geschätzten Wellenhöhe η an den Anzeigebereich 13 aus. In diesem Fall wird der Funkwellen-Strahlungsbereich 14 der Sende-Funkwelle 5 in eine Mehrzahl von Bereichen, wie etwa in 3 gezeigt und wie unten beschrieben, geteilt, und die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 wird für jeden Bereich berechnet, und die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 in dem Bereich wird geschätzt. Außerdem zeigt der Anzeigebereich 13 die Daten der Wellenhöhe η an, die von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11 eingegeben werden.
Der Betrieb des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11 des Tsunami-Überwachungssystems 1, das wie oben angegeben konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben.
2 ist eine Schnittansicht zum Erläutern der Wellenhöhe η und einer Gesamtwassertiefe D des Tsunamis 7 gemäß 1. In 2 gibt h eine statische Wassertiefe bzw. Ruhewassertiefe an, und η gibt die Wellenhöhe des Tsunamis 7 an. Es sei angemerkt, dass die statische Wassertiefe h die Wassertiefe von dem Meeresgrund 21 zur Meeresoberfläche 3 für den Fall ist, dass sich keine Welle erhebt, und die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 ist die Wassertiefe von der statischen Wassertiefe h zur Meeresoberfläche 3 für den Fall, dass sich eine Welle erhebt.
Daher ergibt sich die Gesamtwassertiefe D vom Meeresgrund 21 zur Meeresoberfläche 3 für den Fall, dass sich die Welle erhebt, aus der Summe der Wellenhöhe η und der statischen Wassertiefe h. Es sei angemerkt, dass die Wellenlänge λ des Tsunamis 7 im Allgemeinen ausreichend größer ist als die statische Wassertiefe h (h << λ).
Angenommen, dass es eine zueinander orthogonale x-Achse, y-Achse und z-Achse gibt, und dass die z-Achse umgekehrt zu der Gewichtsrichtung ist, dann kann daher das Verhalten des Tsunamis 7 durch eine primitive Gleichung (nachfolgend als die primitive Gleichung des Tsunamis bezeichnet) einer Langwellen-Theorie ausgedrückt werden, die dazu ausgelegt ist, die folgende Massenerhaltungsgleichung (1) und die Bewegungsgleichungen (2) und (3) im zweidimensionalen orthogonalen Koordinatensystem zu verwenden, das eine x-Achse und eine y-Achse hat (siehe z. B. Nicht-Patentliteratur 1 und 2). Die Gewichtsrichtung wird als orthogonal zu der Richtung der x-Achse und der y-Achse angenommen.
In diesem Fall ist λ die Wellenhöhe des Tsunamis 7, M ist der lineare Strömungswert in Richtung der x-Achse, N ist der lineare Strömungswert in Richtung der y-Achse, n ist der Meeresgrund-Reibungskoeffizient (der Rauhigkeits-Koeffizient nach Manning), D ist die Gesamtwassertiefe (D = h + η, wenn die statische Wassertiefe h und die Wellenhöhe η verwendet werden), t ist die Zeit, und g ist die Gravitationsbeschleunigung.
Gemäß der besagten Langwellen-Theorie kann angenommen werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit in der Tiefenrichtung (Richtung der z-Achse) ungefähr konstant ist. Daher werden die Strömungsgeschwindigkeit U in Richtung der x-Achse und die Strömungsgeschwindigkeit V in Richtung der y-Achse des Tsunamis 7 als U = M/D bzw. V = N/D berechnet. Das heißt, die Strömungsgeschwindigkeit U in Richtung der x-Achse und die Strömungsgeschwindigkeit V in Richtung der y-Achse der Meeresoberfläche 3, die von dem Tsunami-Überwachungssystem 1 gemessen werden, werden durch die Koordinaten in der xy-Ebene bestimmt.
Daher kann in dem Wellenhöhen-Schätzbereich 12 die Wellenhöhe η aus der Strömungsgeschwindigkeit U in Richtung der x-Achse und der Strömungsgeschwindigkeit V in Richtung der y-Achse des Tsunamis 7 berechnet werden, die von dem Tsunami-Überwachungssystem 1 gemessen worden sind, und zwar auf der Basis der genannten primitiven Gleichung des Tsunami ohne eine Datenbanken und eine empirische Gleichung zum Korrelieren der Strömungsgeschwindigkeit U in Richtung der x-Achse und der Strömungsgeschwindigkeit V in Richtung der y-Achse mit der Wellenhöhe η des Tsunamis 7.
3 ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Strahlungsbereichs der Sende-Funkwelle 5, die von der Sende- und Empfangsantenne 2 gemäß 1 abgestrahlt wird. Unter Bezugnahme auf 3 gilt Folgendes: Die Sende-Funkwelle 5 von der Sende- und Empfangsantenne 2 wird in einen sektoriellen Funkwellen-Strahlungsbereich 14 abgestrahlt, der auf die Sende- und Empfangsantenne 2 zentriert ist.
In diesem Fall wird der Ort, an dem die Sende- und Empfangsantenne 2 installiert ist, als der Ursprung (0, 0) angenommen, und der Funkwellen-Strahlungsbereich 14 wird in Bereiche der Nummern I = 1 bis II und J = 1 bis JJ unterteilt, bei Entfernungsbreiten Δr und Winkelbreiten Δθ unter Verwendung eines Radius r vom Ursprung (0, 0) und eines Rotationswinkels θ im Uhrzeigersinn um die z-Achse.
Es sei angemerkt, dass die Strömungsgeschwindigkeit in jedem Bereich als ein Durchschnittswert bei einer konstanten Abtastzeit Δt gemessen wird. Für diese Abtastzeit Δt, welche in Abhängigkeit der Verarbeitungszeit des Tsunami-Überwachungssystems 1 und der Größe und dergleichen des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 schwankt, wird allgemein angenommen, dass sie in einen Bereich von einigen zehn Sekunden bis einigen Minuten fällt.
Außerdem wird im Allgemeinen angenommen, dass der Maximalwert des Radius r des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 einige zehn Meter bis einige hundert Kilometer beträgt, dass die Entfernungsbreite Δr nicht größer ist als einige Kilometer, und dass die Winkelbreite Δθ nicht größer ist als 25°.
Der Maximalwert des Radius r, der Entfernungsbreite Δr und der Winkelbreite Δθ schwanken jedoch jeweils in Abhängigkeit der Messbedingungen. Der Einfachheit halber können außerdem in 3, obwohl die Entfernungsbreite Δr und die Winkelbreite Δθ konstant sind, diese jeweils in Bezug auf die Größe verändert werden, und zwar gemäß der Position des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14.
In 3 werden ein linearer Strömungswert M_r in Richtung des Radius r und ein linearer Strömungswert M_q in Richtung des Drehwinkels θ aus den folgenden Gleichungen berechnet: M_r = U_rD M_θ = U_θD
In diesem Fall ist U_r die gemessene Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Radius r, U_θ ist die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Drehwinkels θ, und D ist die Gesamtwassertiefe.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist nur eine einzige Sende- und Empfangsantenne 2 zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius r installiert. Daher wird nur die Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius r gemessen, ohne die Strömungsgeschwindigkeit U_θ in Richtung des Drehwinkels θ zu messen. Es sei angemerkt, dass die Gleichung (5) zum Berechnen der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 unter Verwendung der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius r wie folgt aus der genannten primitiven Gleichung des Tsunamis abgeleitet wird.
Zunächst wird die genannte Bewegungsgleichung (2) in ein Zylinderkoordinatensystem konvertiert, um die Komponente in Richtung des Drehwinkels θ zu beseitigen. Unter der Annahme, dass die Größenordnung der Wellenhöhe η ausreichend klein im Vergleich zu der Größenordnung der Gesamtwassertiefe D ist, wird dann die Größenordnung der Gesamtwassertiefe D in etwa gleich der Größenordnung der statischen Wassertiefe h. Daher kann die folgende Gleichung (4) abgeleitet werden, d. h. wenn D = h in der oben genannten Bewegungsgleichung substituiert wird:
Unter der Annahme, dass die statische Wassertiefe h ausreichend groß ist und M_r = U_rD ≈ U_rh, kann die folgende Gleichung (5) abgeleitet werden, indem die Gleichung (4) vereinfacht und umgestellt wird. Indem diese Gleichung (5) gelöst wird, kann die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 aus der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius r berechnet werden:
In diesem Fall ist die rechte Seite der Gleichung (5) die zeitliche Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius, und sie kann berechnet werden, indem die zwei Werte der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius verwendet werden, die von dem Tsunami-Überwachungssystem 1 zum Zeitpunkt t und zum Zeitpunkt (t – Δt) gemessen werden.
Indem die genannte Gleichung (5) unter Verwendung eines numerischen Auswertungsverfahrens, wie z. B. einer Berechnung der finiten Differenzen gelöst wird, kann die Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 im Funkwellen-Strahlungsbereich 14 gemäß 3 berechnet werden. In diesem Fall kann die Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 berechnet werden, indem nacheinander die nachfolgende Gleichung (6) gelöst wird, die im Bereich von 3 für alle Bereiche I = 1 bis II und J = 1 bis JJ unterschieden wird: η(I + 1, J)^k = η(I, J)^k – ( Δr / Δt) 1 / g(U_r(I, J)^k – U_r(I, J)^k-1) (6)
In diesem Fall bezeichnet k einen Wert, der mit der Zeit t korrespondiert, und (k – 1) bezeichnet einen Wert, der mit der Zeit (t – Δt) korrespondiert.
Es sei angemerkt, dass die Differenzformel der genannten Gleichung (6) ein Beispiel ist, und dass auch ein anderes Verfahren verwendet werden kann, wenn die Gleichung (5) numerisch im Hinblick auf die Wellenhöhe η gelöst wird und die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 in allen Bereichen von I = 1 bis II und J = 1 bis JJ berechnet werden kann.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1 der obigen Ausführungsform kann die Wellenhöhe des Tsunamis direkt aus der Strömungsgeschwindigkeits-Verteilung der Meeresoberfläche vorhergesagt werden, die mittels der Funkwelle gemessen worden ist. Daher ist es möglich, die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe aller Tsunamis inklusive dem unerwarteten Tsunami genau vorherzusagen.
Zweite Ausführungsform
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1A und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich mit dem Tsunami-Überwachungssystem 1 gemäß 1 ist das Tsunami-Überwachungssystem 1A gemäß 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechungsbereich 10A anstelle des Berechungsbereichs 10 vorgesehen ist.
Verglichen mit dem Berechungsbereich 10 gemäß 1 ist außerdem der Berechungsbereich 10A dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenhöhen-Schätzbereich 11A anstelle des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11 vorgesehen ist, und dass weiter ein Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung eines ersten Speichers zum Speichern der Wassertiefenverteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4 um die Sende- und Empfangsantenne 2 herum vorgesehen ist.
In diesem Fall gilt Folgendes: Obwohl ein Bereich um die Sende- und Empfangsantenne 2 herum willkürlich bestimmt ist, und zwar in Abhängigkeit des Bereichs, in welchem die Sende-Funkwelle 5 die Meeresoberfläche abtasten kann oder dergleichen, wird der Bereich um die Sende- und Empfangsantenne 2 im Allgemeinen als ein Bereich von einigen zehn Kilometern bis einigen hundert Kilometern betrachtet.
Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11A empfängt ein Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis der Daten der Strömungsgeschwindigkeit und der Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4, die im Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind, und gibt die Daten einer geschätzten Wellenhöhe η an den Anzeigebereich 13 aus.
Der Betrieb des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11A des Tsunami-Überwachungssystems 1A, das wie oben konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben.
Angenommen, dass die statische Wassertiefe h ausreichend groß ist und M_r = U_rD ≈ U_rh gilt, kann die Gleichung (5) der ersten Ausführungsform vereinfacht werden. Daher ergibt sich ein dahingehender Vorzug, dass die Rechenlast klein wird. Die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 kann im Vergleich mit der ersten Ausführungsform genauer geschätzt werden, und zwar gemäß der folgenden Gleichung (7), die der Gleichung (5) ohne eine solche Vereinfachung entspricht.
In diesem Fall wird der lineare Strömungswert M_r in Richtung des Radius r als M_r = U_rD ≈ U_rh erhalten, indem die gemessene Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius r verwendet wird. Es sei angemerkt, dass die Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h aus dem Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung ausgelesen wird.
Die genannte Gleichung (7) ist dazu geeignet, die Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 in dem Funkwellen-Strahlungsbereich 14 von 3 zu berechnen, indem sie mittels eines Verfahrens gelöst wird, das ähnlich demjenigen von beispielsweise der Gleichung (5) der ersten Ausführungsform ist. In diesem Fall kann die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 im Vergleich zu dem Tsunami-Überwachungssystem 1 der ersten Ausführungsform genauer geschätzt werden.
Obwohl mit der genannten Gleichung (7) die Wellenhöhe η unter Verwendung der zeitlichen Veränderung des linearen Strömungswerts M_r in Richtung des Radius berechnet wird, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Angenommen beispielsweise, dass die Wellenhöhe η des Tsunamis ausreichend kleiner ist als die statische Wassertiefe h, dann kann die Verteilung der Wellenhöhe η mittels der folgenden Gleichung (7B) berechnet werden, indem die Wellengeschwindigkeit C des Tsunamis verwendet wird, die durch die folgende Gleichung (7A) ausgedrückt wird (siehe Patentliteratur 4):
Falls die Wellenhöhenverteilung berechnet wird, indem die genannte Gleichung (7B) verwendet wird, dann kann die Wellenhöhe η aus lediglich der Strömungsgeschwindigkeit U_r und der statischen Wassertiefe h an einem Punkt zu einem Zeitpunkt berechnet werden. Daher kann die Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 im Funkwellen-Strahlungsbereich 14 von 3 berechnet werden, ohne das numerische Berechnungsverfahren von z. B. dem Differenzverfahren zu verwenden.
Daher ist es möglich, die Verteilung der Wellenhöhe η in kürzerer Zeit zu berechnen. Es sei angemerkt, dass die Gleichung verwendet werden kann, solange die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis der Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 und der Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4 geschätzt werden kann.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1A der obigen Ausführungsform können die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis im Vergleich mit der ersten Ausführungsform genauer geschätzt werden.
Dritte Ausführungsform
Der Fall, in welchem nur die Sende- und Empfangsantenne 2 zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius r installiert ist, ist bei der zweiten Ausführungsform beschrieben. Es ist möglich, die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 genauer zu schätzen, indem ferner eine Sende- und Empfangsantenne 2 zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit V_h in Richtung des Drehwinkels θ installiert wird.
Wenn die Bewegungsgleichungen (2) und (3) der ersten Ausführungsform umgeformt werden und angenommen wird, dass die Größenordnung der Wellenhöhe η ausreichend klein im Vergleich zu der Größenordnung der Gesamtwassertiefe D ist, dann können die folgenden Gleichung (8) und die folgende Gleichung (9) hergeleitet werden, wenn D = h in der obigen umgeformten Bewegungsgleichung substituiert wird und diese geordnet umgestellt wird, da die Größenordnung der Gesamtwassertiefe D ungefähr gleich der Größenordnung der statischen Wassertiefe h ist:
Wenn dann die Gleichung (8), die nach dem Radius r differenziert wird, und die Gleichung (9), die nach dem Drehwinkel θ differenziert wird, addiert werden, dann wird die Gleichung (10) zum Schätzen der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 erhalten.
Indem die Gleichung (10) mit einem Verfahren ähnlich beispielsweise zu dem aus der Gleichung (5) gelöst wird, dann kann die Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 im Funkwellen-Strahlungsbereich 14 von 3 berechnet werden. In diesem Fall wird die rechte Seite aus der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius r erhalten, und die Strömungsgeschwindigkeit V_h wird in Richtung des Drehwinkels θ erhalten, und zwar zu zwei Zeiten und gemessen von den genannten zwei Sende- und Empfangsantennen 2, und die statische Wassertiefe h wird aus den Wassertiefenverteilungsdaten 17 von 4 erhalten.
5 ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Bereichs, in welchem das Verhalten des Tsunamis 7 gemäß 2 simuliert wird. Unter Bezugnahme auf 5 gilt Folgendes: Eine Sende- und Empfangsantenne 2 ist an Land 18 installiert, und ein Damm 27 ragt von dem Land 18 hervor. In diesem Fall wurde für die Anfangsbedingungen zum Simulieren des Verhaltens des Tsunamis 7, der sich gemäß dem Zeitverlauf ausbreitet, eine solche Einstellung vorgenommen, dass der Tsunami 7 von der Wellenhöhe η im Bereich 26 erzeugt worden ist, und ein Zeitintervall Δt, das zur Schätzung der Wellenhöhe nötig ist, wurde auf 60 Sekunden gesetzt, und zwar nur unter Verwendung der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius r, welches die Komponente in der Sichtlinie der Sende- und Empfangsantenne 2 ist.
Danach wurde das Ergebnis der Verteilung der Wellenhöhe η, die mittels des Verfahrens der vorliegenden Ausführungsform geschätzt worden ist, mit derjenigen der Verteilung der Wellenhöhe η verglichen, die mittels der Tsunami-Simulatino gemäß Nicht-Patentliteratur 2 berechnet worden ist. Die Vergleichsergebnisse sind unten angegeben.
6A ist eine Draufsicht, die Ergebnisse der Simulation des Verhaltens des Tsunamis 7 gemäß 5 nach zehn Minuten zeigt. Außerdem ist 6B eine Draufsicht, die Ergebnisse der Simulation des Verhaltens des Tsunamis 7 gemäß 5 nach 25 Minuten zeigt. In den 6A und 6B ist die Veränderung der Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 im Verhältnis zur Zeit gezeigt, und der Tsunami 7 kommt im Inneren des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 nach 25 Minuten an.
FIG. 7A ist eine Draufsicht, die eine Verteilung der Wellenhöhe η gemäß 5 nach 25 Minuten zeigt. 7B ist außerdem eine Draufsicht, die die Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 gemäß 5 nach 25 Minuten zeigt, erzeugt von dem Tsunami-Überwachungssystem 1A gemäß 4. In den 7A und 7B werden die Tsunami-Simulationsergebnisse mit den Wellenhöhen-Schätzergebnissen verglichen, die von dem Tsunami-Überwachungssystem 1A berechnet worden sind.
In diesem Fall ist die Verteilung der Wellenhöhe des Tsunamis 7 in dem Funkwellen-Strahlungsbereich 14 nach 25 Minuten nach dem Auftreten des Tsunamis 7 dargestellt. Es zeigt sich, dass die Schätzergebnisse der Wellenhöhe, die von dem Tsunami-Überwachungssystem 1A berechnet worden sind, vergleichsweise gut mit den Tsunami-Simulationsergebnissen aus Nicht-Patentliteratur 2 übereinstimmen.
8 ist ein Graph, der Veränderungen der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 gemäß 7A und 7B in Bezug auf den Radius r von der Sende- und Empfangsantenne 2 zeigt. In werden die Tsunami-Simulationsergebnisse in Richtung des Radius r mit den Schätzergebnissen der Wellenhöhe verglichen. In diesem Fall ist die Verteilung der Wellenhöhe η in Radialrichtung auf der Linie eines Drehwinkels θ = 25° in 5. Die Schätzergebnisse der Wellenhöhe, die von dem Tsunami-Überwachungssystem 1A berechnet werden, stimmen gut mit den Tsunami-Simulationsergebnissen aus Nicht-Patentliteratur 2 überein, und die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform können bestätigt werden.
Wie oben beschrieben, kann die Schätzung der Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auch durch Umformen der Formel mittles eines Verfahrens vorgenommen werden, das sich von dem genannten Verfahren unterscheidet, solange es von der primitiven Gleichung des Tsunamis basierend auf der Langwellen-Theorie abgeleitet wird. Beispielsweise ist es für den Fall, dass die Sende- und Empfangsantenne 2 nur zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit U_r in Richtung des Radius installiert ist, akzeptabel, die Komponente in Richtung des Drehwinkels θ aus der Gleichung (10) zu beseitigen und die nachfolgende Gleichung (11) anstelle der genannten Gleichung (5) und der genannten Gleichung (7) zu verwenden.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1 der obigen Ausführungsform können die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis im Vergleich mit der zweiten Ausführungsform genauer geschätzt werden.
Vierte Ausführungsform
9 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1B und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich mit dem Tsunami-Überwachungssystem 1A gemäß 4 ist das Tsunami-Überwachungssystem 1B gemäß 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechungsbereich 10B anstelle des Berechungsbereichs 10 vorgesehen ist, und dass ein Anzeigebereich 13A anstelle des Anzeigebereichs 13 vorgesehen ist.
Außerdem ist im Vergleich zu dem Berechungsbereich 10A der Berechungsbereich 10B dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenhöhen-Schätzbereich 11B anstelle des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11A vorgesehen ist, und dass ferner ein Ankunfts-Vorhersagebereich 12 vorgesehen ist, der die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe η des Tsunamis 7 vorhersagt. Ferner ist der Ankunfts-Vorhersagebereich 12 so konfiguriert, dass er einen Computer und ein Programm aufweist.
Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11B empfängt ein Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis dieser Strömungsgeschwindigkeit und den Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4, die im Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind, und gibt die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an den Anzeigebereich 13 und den Ankunfts-Vorhersagebereich 12 aus.
Der Ankunfts-Vorhersagebereich 12 empfängt eine Eingabe der Daten der Wellenhöhe η von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11B, sagt die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7 voraus, dessen Wellenhöhe η auf der Basis der im Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeicherten Wellenhöhe η und den Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h geschätzt worden ist, und gibt die Daten der vorhergesagten Ankunftszeit und Ankunfts-Wellenhöhe an den Anzeigebereich 13A aus.
Außerdem zeigt der Anzeigebereich 13A die Daten der Wellenhöhe η an, die von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11A eingegeben worden sind, und die Daten der vorhergesagten Ankunftszeit und Ankunfts-Wellenhöhe, die von dem Ankunfts-Vorhersagebereich 12 eingegeben worden sind.
Der Betrieb des Ankunfts-Vorhersagebereichs 12 des Tsunami-Überwachungssystems 1B, der wie oben beschrieben konstruiert ist, wird nachstehend beschrieben.
Zunächst wird die Ankunftszeit des Tsunamis 7 vorhersagt, indem die folgende Gleichung (12) verwendet wird, welche die Wellengeschwindigkeit C des Tsunamis 7 repräsentiert (siehe Patentliteratur 4). C = √gh (12)
In diesem Fall hängt die Wellengeschwindigkeit C des Tsunsamis 7 nur von der statischen Wassertiefe h ab.
10 ist eine Draufsicht, die einen solchen Zustand zeigt, dass die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 geschätzt wird, indem das Tsunami-Überwachungssystem 1B gemäß 9 verwendet wird. In 10 ist die Wellenhöhenverteilung dargestellt, die von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11A geschätzt worden ist, und die Ankunftszeit, wenn der Tsunami 7, dessen Wellenhöhenverteilung geschätzt worden ist, an dem Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 ankommt, wird vorhergesagt. In diesem Fall wird angenommen, dass der Tsunami 7 in Richtung der Sende- und Empfangsantenne 2 fortschreitet, nachdem er detektiert worden ist.
In 10 kann die Ankunftszeit berechnet werden, indem die Wellengeschwindigkeit C des Tsunamis 7 berechnet wird, und zwar unter Verwendung der Wassertiefenverteilungsdaten 17 in Richtung des Radius r ausgehend von der Sende- und Empfangsantenne 2 und der Gleichung (12) im Hinblick auf jeden Bereich von J in Richtung des Drehwinkels θ entlang der Umfangsrichtung des sektoriellen Funkwellen-Strahlungsbereichs 14, und indem eine Integration durchgeführt wird, bis der Abstand zwischen dem Tsunami 7 und der Sende- und Empfangsantenne 2 Null wird.
11 ist ein Wellenform-Diagramm mit Zeitbasis, das das Ergebnis der Simulation der Veränderung der Wellenhöhe η an dem Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 in Bezug auf die Zeit t zeigt. In diesem Fall wurde eine zeitliche Veränderung des Wasserpegels am Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 durch die Tsunami-Simulation gemäß 5 und 6 dargestellt, wo die Ankunftszeit des Tsunamis 7 zu einer Zeit aufgetreten ist, wenn der Wasserpegel den höchsten Wasserpegel angenommen hatte.
Außerdem wurde angenommen, dass der Tsunami 7 zu einem Zeitpunkt detektiert worden ist, wenn der Abstand von der Sende- und Empfangsantenne 2 einen Wert von 45 km hatte. Unter Bezugnahme auf 11 zeigt sich, dass der Tsunami 7 am Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 eintrifft, zwölf Minuten, nachdem er von dem Tsunami-Überwachungssystem 1B detektiert worden ist.
12 ist ein Graph, der die Zeit vorhergesagt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Tsunami 7 an der Sende- und Empfangsantenne 2 ankommt, unter Verwendung des Tsunami-Überwachungssystems 1B gemäß 9. In diesem Fall wird die Wellengeschwindigkeit C des Tsunamis 7 an jedem Ort des genannten Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 berechnet, und die Zeit, zu welcher der Abstand zwischen dem Tsunami 7 und der Sende- und Empfangsantenne 2 Null wird, ist die vorhergesagte Ankunftszeit. In 12 zeigt sich, dass die vorhergesagte Ankunftszeit zwölf Minuten beträgt, was ungefähr mit der tatsächlichen Ankunftszeit gemäß 11 übereinstimmt, und dass eine hochgenaue Vorhersage möglich ist.
Es sei angemerkt, dass sich der Tsunami 7 schneller ausbreitet, wenn die Wassertiefe tiefer ist, und dass der Tsunami 7 möglicherweise ungefähr von allen Richtungen aus eintrifft. Daher kommt der Tsunami 7, der als erstes von dem Tsunami-Überwachungssystem 1B detektiert wird, nicht immer früher am Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 an, und daher wird die Vorhersage durch den Ankunfts-Vorhersagebereich 12 für alle Bereiche in Richtung des Drehwinkels θ des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 vorgenommen, und eine sichere Vorhersage wird dadurch ermöglicht, dass angenommen wird, dass die kürzeste vorhersagte Ankunftszeit zu der vorhersagten Ankunftszeit des Tsunamis 7 wird.
Nachstehend wird die Vorhersage der Ankunfts-Wellenhöhe im Ankunfts-Vorhersagebereich 12 beschrieben.
Wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit langsamer wird, wenn sich der Tsunami 7 von der offenen See dem flachen Küstenbereich nähert, beginnt der vordere Bereich des Tsunamis 7 damit, sich zu verzögern, und der hintere Bereich holt zu diesem auf. Demzufolge nimmt die Wellenhöhe η zu. Die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 nimmt im Allgemeinen umgekehrt proportional zu der biquadratischen Wurzel der statischen Wassertiefe h zu, gemäß der Greenschen Formel (13) (siehe Nicht-Patentliteratur 3).
In diesem Fall ist η₀ die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7, und h₀ ist die statische Wassertiefe in einem vorbestimmten Abstand von dem Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2. Das heißt, die Wellenhöhe η zur Ankunftszeit an der Sende- und Empfangsantenne 2 kann im Allgemeinen aus der Wellenhöhe η des auf hoher See detektierten Tsunamis 7 und der statischen Wassertiefe h am Detektionsort vorhersagt werden.
Da jedoch die statische Wassertiefe h am Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 Null beträgt, wird der Wert der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 unvorteilhafterweise unendlich, falls dieser Wert in die Gleichung (13) eingesetzt wird. Demzufolge wird angenommen, dass die statische Wassertiefe h₀ zu dem Zeitpunkt beträgt, wenn der Tsunami 7 im vorbestimmten Abstand von dem Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 ankommt, und die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 zu diesem Zeitpunkt ist die Ankunfts-Wellenhöhe η₀.
In diesem Fall beträgt der vorbestimmte Abstand, der in Abhängigkeit vom Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 und der Verteilung der umgebenden statischen Wassertiefe h variiert, normalerweise einen Kilometer bis zu einigen Kilometern. Außerdem wird die Verteilung der geschätzten Wellenhöhe η zu jedem Abtastzeitpunkt Δt aktualisiert. Das heißt, diese vorhergesagten Werte werden auf die neuesten Daten aktualisiert, was die Vorhersagegenauigkeit verbessert.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1B der obigen Ausführungsform ist ferner der Ankunfts-Vorhersagebereich 12 vorgesehen, und zwar im Vergleich zu dem Tsunami-Überwachungssystem 1A der zweiten Ausführungsform. Daher ist es möglich, die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis genauer vorherzusagen.
Fünfte Ausführungsform
Bei der vierten Ausführungsform werden die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7 vorhergesagt, indem die umgeformte Gleichung (12) und die Gleichung (13) in dem Ankunfts-Vorhersagebereich 12 verwendet werden. Im Gegensatz dazu können bei der vorliegenden Ausführungsform die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7 weiter verbessert werden, indem eine Tsunami-Simulation auf der Basis der Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 ausgeführt wird, die von einem Wellenhöhen-Schätzbereich 11C im sektoriellen Funkwellen-Strahlungsbereich 14 geschätzt wird, und indem die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7 auf der Basis der erhaltenen Simulationsergebnisse vorhergesagt werden.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1C gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dessen Peripheriekomponenten zeigt. Im Vergleich mit dem Tsunami-Überwachungssystem 1B gemäß 9 ist das Tsunami-Überwachungssystem 1C gemäß 13 dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechungsbereich 10C anstelle des Berechungsbereichs 10B vorgesehen ist.
Außerdem ist im Vergleich zu dem Berechungsbereich 10B der Berechungsbereich 10C dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenhöhen-Schätzbereich 11C anstelle des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11B vorgesehen ist, ein Ankunfts-Vorhersagebereich 12A anstelle des Ankunfts-Vorhersagebereichs 12 vorgesehen ist, und ferner ein Tsunami-Simulatorbereich 15 und ein Topographie-Datenspeicher 19, welcher der zweite Speicher zum Speichern von Topographiedaten ist, vorgesehen sind.
Unter Bezugnahme auf 13 gilt Folgendes: Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11C empfängt ein Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis dieser Strömungsgeschwindigkeit und den Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4, die im Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind, und gibt die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an den Anzeigebereich 13A und den Tsunami-Simulatorbereich 15 aus.
Der Tsunami-Simulatorbereich 15 empfängt eine Eingabe der Daten der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11C, führt eine Simulation der Verteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 aus, der sich gemäß dem Zeitverlauf ausbreitet, und zwar auf der Basis der Daten der Wellenhöhe η, der Verteilungsdaten der Wassertiefe h, die im Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert ist, und den Topographiedaten, die im Topographie-Datenspeicher 19 gespeichert sind, und gibt die Simulationsergebnisse an den Ankunfts-Vorhersagebereich 12A aus.
In diesem Fall wird für die Anfangsbedingungen zum Simulieren des Verhaltens des Tsunamis 7, der sich gemäß dem Zeitverlauf ausbreitet, eine solche Einstellung vorgenommen, dass der Tsunami 7 mit einer Verteilung der Wellenhöhe η, die im Wellenhöhen-Schätzbereich 11C geschätzt worden ist, im Bereich 40 erzeugt wird, was durch die schraffierte Fläche in 14A dargestellt ist, wie unten beschrieben.
Außerdem sind die genannten Topographiedaten die Positionsinformationen der Küstenlinie, die notwendig zur Ausführung der Tsunami-Simulation sind. Für den Bereich dieser Küstenlinie, der in Abhängigkeit von dem Bereich abweicht, wo die Tsunami-Simulation durchgeführt wird, wird im Allgemeinen angenommen, dass er einige zehn Quadratkilometer bis einige hundert Quadratkilometer von der Sende- und Empfangsantenne 2 entfernt ist.
Es sei angemerkt, dass – obwohl die Tsunami-Simulation durchgeführt wird, indem die primitive Gleichung des Tsunamis auf der Basis der Langwellen-Theorie verwendet wird, die z. B. in Nicht-Patentliteratur 2 beschrieben ist – wie in der dritten Ausführungsform beschrieben, ein jegliches Verfahren verwendet werden kann, solange die Wellenhöhe η im gesamten Bereich des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 von 14A – wie unten beschrieben – erhalten werden kann, indem die primitive Gleichung des Tsunamis gelöst wird.
Der Ankunfts-Vorhersagebereich 12A empfängt eine Eingabe der Wellenhöhen-Verteilungsdaten des Tsunamis 7, die von dem Tsunami-Simulatorbereich 15 simuliert worden sind, sagt die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe in Bezug auf den Tsunami 7 auf der Basis des Wellenhöhen-Verteilungsdaten voraus, und gibt die Daten der vorhergesagten Ankunftszeit und Ankunfts-Wellenhöhe an den Anzeigebereich 13A aus. Das heißt, die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7 werden vorhergesagt, indem die zeitliche Veränderung des Wasserpegels am Installationsort der Sende- und Empfangsantenne 2 aus den Tsunami-Simulationsergebnissen berechnet wird.
Der Anzeigebereich 13A zeigt die Daten der Wellenhöhe η an, die von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11C eingegeben worden sind, und die Daten der vorhergesagten Ankunftszeit und Ankunfts-Wellenhöhe, die von dem Ankunfts-Vorhersagebereich 12A eingegeben worden sind.
Nachfolgend wird der Betrieb des Tsunami-Simulatorbereichs 15 näher beschrieben.
14A ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Bereichs, in welchem der Tsunami-Simulatorbereich 15 von 13 das Verhalten des sich ausbreitenden Tsunamis 7 simuliert. Unter Bezugnahme auf 14A gilt Folgendes: Ein Tsunami-Simulationsbereich 16 ist vorgesehen, und Berechnungsgitter für die Tsunami-Simulation werden ausgebildet. Die Größe und Form des Tsunami-Simulationsbereichs 16 kann eine jegliche Größe und Form haben, und eine Größe, die äquivalent zu dem Funkwellen-Strahlungsbereich 14 oder größer ist, wird allgemein verwendet.
Außerdem kann das Koordinatensystem der ausgebildeten Berechnungsgitter irgendein Koordinatensystem sein, und das orthogonale Koordinatensystem oder das Zylinderkoordinatensystem werden allgemein verwendet. Ferner sind die Dimensionen eines Auswertungsbereichs 20, der von den Berechnungsgittern gebildet wird, und der eine jegliche Form und Größe haben kann, im Allgemeinen nicht größer eingestellt als einige Quadratkilometer, da die Genauigkeit der Tsunami-Simulation abnimmt, wenn die Dimensionen zu groß sind.
Anschließend wird für Anfangsbedingungen zum Simulieren der Wellenhöhe η des Tsunamis 7, der sich gemäß dem Zeitverlauf ausbreitet, eine Simulation durchgeführt, indem eine Wellenhöhenverteilung, die von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11C geschätzt wird, in einem Bereich 40 innerhalb des Tsunami-Simulationsbereich 16 von 14A eingestellt.
14B ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Vorhersagen einer Tsunami-Wellenhöhenverteilung und einer Tsunami-Ankunftszeit und Ankunfts-Wellenhöhe zeigt, der von dem Tsunami-Überwachungssystem 1C gemäß 13. durchgeführt wird.
Im Schritt S1 von 14B erzeugt der Sender- und Empfängerbereich 8 ein Sendesignal, das eine vorbestimmte Frequenz hat, und er sendet das Sendesignal als eine Sende-Funkwelle 5 aufs Meer.
Danach empfängt die Sende- und Empfangsantenne 2 eine Empfangs-Funkwelle 6, die stark von der Meeresoberfläche 3 rückgestreut wird, als ein Empfangssignal (Schritt S2). Im Schritt S4 erzeugt der Signalprozessor-Bereich 9 ein Schwebungssignal, das eine Frequenz einer Frequenzdifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal aufweist, und gibt das erzeugte Schwebungssignal an den Wellenhöhen-Schätzbereich 11C aus.
Im Schritt S5 empfängt der Wellenhöhen-Schätzbereich 11C das Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, und schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 aus dieser Strömungsgeschwindigkeit.
Im Schritt S7 empfängt der Tsunami-Simulatorbereich 15 eine Eingabe der Daten von der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11C, simuliert die Wellenhöhenverteilung der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis der Daten von der Wellenhöhe η, den Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h, die in dem Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind, und den Topographiedaten, die in dem Topographie-Datenspeicher 19 gespeichert sind, und gibt die Ergebnisse an den Ankunfts-Vorhersagebereich 12A aus.
Danach sagt im Schritt S8 der Ankunfts-Vorhersagebereich 12A die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7 auf der Basis der simulierten Wellenhöhen-Verteilungsdaten des Tsunamis 7 vorher. Im Schritt S9 zeigt der Anzeigebereich 13A die Wellenhöhen-Daten des Tsunamis 7 und die Daten der vorhergesagten Tsunami-Ankunftszeit und Ankunfts-Wellenhöhe an, und dieser Prozess endet.
Außerdem ist es akzeptabel, die Tsunami-Simulation regelmäßig auf der Basis der geschätzten Wellenhöhenverteilung in dem Tsunami-Simulatorbereich 15 durchzuführen, oder die Tsunami-Simulation nur für den Fall durchzuführen, dass die geschätzte Wellenhöhe eine Wellenhöhe ist, die als ein Tsunami bestimmt wird. In diesem Fall wird ein Tsunami bestimmt, wenn z. B. die geschätzte Wellenhöhe, eine Stärke oder Magnitude der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit oder dergleichen einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten.
Es sei angemerkt, dass der Schwellenwert vorbereitend festgelegt wird, und zwar unter Berücksichtigung der Höhen der Wellen, die von dem Wind und von Meeresströmungen erzeugt werden, der Messfehler der Strömungsgeschwindigkeits-Verteilung usw. in dem Meeresgebiet, wo das Tsunami-Überwachungssystem 1C installiert ist.
Es sei angemerkt, dass die Tsunami-Simulation ausgeführt wird, indem bloß die primitive Gleichung des Tsunamis auf der Basis der Langwellen-Theorie von z. B. dem Verfahren verwendet wird, wie es in der Nicht-Patentliteratur 2 beschrieben ist. Außerdem kann irgendein Verfahren verwendet werden, solange die Wellenhöhe η im gesamten Bereich des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 von 14A erhalten werden kann, indem die primitive Gleichung des Tsunamis gelöst wird, und das Verfahren von z. B. dem Differenzverfahren, dem Finite-Volumen-Verfahren oder dem Finite-Elemente-Verfahren kann verwendet werden. Außerdem ist es akzeptabel, die primitive Gleichung zu vereinfachen oder zu linearisieren, und zwar aufgrund der Annahme, dass die statische Wassertiefe h ausreichend groß ist, wie oben beschrieben.
Es sei angemerkt, dass die genannte Tsunami-Simulation so eingestellt werden kann, dass sie unmittelbar nach der Detektion des Tsunamis 7 von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11C ausgeführt wird, oder sie kann in jedem Mess-Abtastzeitraum Δt von dem Tsunami-Überwachungssystem 1C ausgeführt werden. In diesem Fall wird es möglich, eine augenblickliche Aktualisierung auf die aktuellsten Daten in jedem Abtastzeitraum Δt durchzuführen, und daher ist es möglich, die Genauigkeit der Simulation weiter zu verbessern.
Obwohl nur die Daten der geschätzten Wellenhöhe η als Anfangsbedingungen zum Durchführen der Simulation des Tsunamis 7 verwendet werden, der sich gemäß dem Zeitverlauf ausbreitet, können weitere gemessene Geschwindigkeits-Verteilungsdaten verwendet werden.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1C der obigen Ausführungsform kann im Vergleich zu dem Tsunami-Überwachungssystem 1A und 1C der vorangegangenen Ausführungsformen ferner ein kompliziertes Tsunami-Verhalten, wie z. B. eine Reflexion des Tsunamis an der Meeresküste berücksichtigt werden. Daher ist es möglich, die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis genauer vorherzusagen.
Sechste Ausführungsform
Bei dem Tsunami-Überwachungssystem 1C der fünften Ausführungsform hat der Tsunami-Simulatorbereich 15A die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7 in Kooperation mit dem Ankunfts-Vorhersagebereich 12A auf der Basis der Wellenhöhenverteilung des Tsunamis 7 vorhergesagt, die von dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11C geschätzt worden ist. Alle diese Vorgänge können jedoch auch nur von dem Tsunami-Simulatorbereich 15A durchgeführt werden. Dies wird nachstehend beschrieben.
15 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1D und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich mit dem Tsunami-Überwachungssystem 1C gemäß 13 ist das Tsunami-Überwachungssystem 1D gemäß 15 dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechungsbereich 10D anstelle des Berechungsbereichs 10C vorgesehen ist.
Im Vergleich mit dem Berechungsbereich 10C von 13 ist außerdem der Berechungsbereich 10D dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenhöhen-Schätzbereich 11C und der Ankunfts-Vorhersagebereich 12A beseitigt sind, und dass ein Tsunami-Simulatorbereich 15A anstelle des Tsunami-Simulatorbereichs 15 vorgesehen ist.
Der Tsunami-Simulatorbereich 15A empfängt ein Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 auf der Basis des Schwebungssignals und schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis dieser Strömungsgeschwindigkeit und den Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4, die in dem Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind.
Die Wellenhöhenverteilung des Tsunamis 7, der sich gemäß dem Zeitverlauf ausbreitet, wird auf der Basis der Daten der geschätzten Wellenhöhe η des Tsunamis 7, der Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h, die in dem Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind, und den Topographiedaten, die in dem Topographie-Datenspeicher 19 gespeichert sind, simuliert.
Die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis 7 werden auf der Basis der Simulationsergebnisse vorhergesagt, und die Daten der vorhergesagten Ankunftszeit und Ankunfts-Wellenhöhe und die Daten der berechneten Wellenhöhe η werden an den Anzeigebereich 13A ausgegeben.
In diesem Fall wird für die Anfangsbedingungen zum Simulieren des Tsunamis 7, der sich gemäß dem Zeitverlauf ausbreitet, eine solche Einstellung vorgenommen, dass der Tsunami 7 mit einer Wellenhöhe η, die vom Tsunami-Simulatorbereich 15A geschätzt worden ist, im Bereich 40 erzeugt wird, was durch die schraffierte Fläche in 14A dargestellt ist, wie oben beschrieben. Außerdem sind die Topographiedaten die Positionsinformationen der Küstenlinie, die für die Tsunami-Simulation notwendig sind, und der Bereich dieser Küstenlinie, welcher in Abhängigkeit des Bereichs variiert, in welchem die Tsunami-Simulation ausgeführt wird, wird allgemein so eingestellt, dass er einige zehn Quadratkilometer bis einige hundert Quadratkilometer von der Sende- und Empfangsantenne 2 entfernt ist.
Es sei angemerkt, dass die Tsunami-Simulation durchgeführt wird, indem die primitive Gleichung des Tsunamis auf der Basis der Langwellen-Theorie verwendet wird, die z. B. in der Nicht-Patentliteratur 2, beschrieben ist, wie bei der dritten Ausführungsform beschrieben, und ein jegliches Verfahren kann verwendet werden, solange die Wellenhöhe η im gesamten Bereich des oben genannten Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 von 14A erhalten werden kann, indem die primitive Gleichung des Tsunamis gelöst wird.
Außerdem ist der Betrieb betreffend die Tsunami-Simulation des Tsunami-Simulatorbereichs 15A ähnlich wie bei dem Betrieb des Tsunami-Simulatorbereichs 15 des Tsunami-Überwachungssystems 1C gemäß der fünften Ausführungsform.
Es sei angemerkt, dass die Tsunami-Simulation ausgeführt wird, indem die primitive Gleichung des Tsunamis auf der Basis der Langwellen-Theorie von z. B. der Nicht-Patentliteratur 2 verwendet wird. Außerdem kann irgendein Verfahren verwendet werden, solange die Wellenhöhe η im gesamten Bereich des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 von 14A erhalten werden kann, indem die primitive Gleichung des Tsunamis gelöst wird, und das Verfahren von z. B. dem Differenzverfahren, dem Finite-Volumen-Verfahren oder dem Finite-Elemente-Verfahren kann verwendet werden. Außerdem ist es akzeptabel, die primitive Gleichung zu vereinfachen oder zu linearisieren, und zwar aufgrund der Annahme, dass die statische Wassertiefe h ausreichend groß ist, wie oben beschrieben.
Es sei angemerkt, dass die genannte Tsunami-Simulation so eingestellt werden kann, dass sie unmittelbar nach der Detektion des Tsunamis 7 von dem Tsunami-Simulatorbereich 15A ausgeführt wird, oder sie kann in jedem Mess-Abtastzeitraum Δt von dem Tsunami-Überwachungssystem 1D ausgeführt werden. In diesem Fall wird es möglich, eine augenblickliche Aktualisierung auf die aktuellsten Daten in jedem Abtastzeitraum Δt durchzuführen, und daher ist es möglich, die Genauigkeit der Simulation des Verhaltens des Tsunamis 7 weiter zu verbessern.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1D der obigen Ausführungsform ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen des Tsunami-Überwachungssystems 1C der fünften Ausführungsform zu erhalten.
Siebte Ausführungsform
Das Tsunami-Überwachungssystem 1 der ersten Ausführungsform ist für den Fall beschrieben, dass die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 nur aus der Geschwindigkeitsverteilung der Meeresoberfläche 3 geschätzt wird, die mittels Funkwellen gemessen wird. In diesem Fall akkumulieren sich Wellenhöhen-Schätzfehler in einem Abstand, der entfernt von der Sende- und Empfangsantenne 2 im Bereich von 3 liegt.
Im Gegensatz dazu ist das Tsunami-Überwachungssystem 1E der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Wasserpegel-Messbereich 30 zum Messen der Wellenhöhe η vorgesehen ist, und dass die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an der Position korrigiert werden, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 vorgesehen ist.
16 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1E und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich mit dem Tsunami-Überwachungssystem 1 von 1 ist das Tsunami-Überwachungssystem 1E gemäß 16 dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechungsbereich 10E anstelle des Berechungsbereichs 10 vorgesehen ist, und dass ferner der Wasserpegel-Messbereich 30 vorgesehen ist, der an einer beliebigen Position im Funkwellen-Strahlungsbereich 14 angeordnet ist. Außerdem ist im Vergleich mit dem Berechungsbereich 10 gemäß 1 der Berechungsbereich 10E dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenhöhen-Schätzbereich 11D anstelle des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11 vorgesehen ist.
Unter Bezugnahme auf 16 gilt Folgendes: Der Wasserpegel-Messbereich 30 misst die Wellenhöhe η des Meeres 4 jedes Mal an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 installiert ist, und er gibt die Daten der Wellenhöhe η an den Wellenhöhen-Schätzbereich 11D aus. Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11D empfängt ein Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis der Daten der Strömungsgeschwindigkeit und der Daten der Wellenhöhe η von dem Wasserpegel-Messbereich 30, und gibt die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an den Anzeigebereich 13 aus.
Der Betrieb des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11D des Tsunami-Überwachungssystems 1E, das wie oben konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben.
Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11D unterscheidet sich dahingehend, dass die Daten der Wellenhöhe η an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, und die mittels der Gleichung (6) geschätzt werden, auf der Basis der Daten der Wellenhöhe η korrigiert werden, die von dem Wasserpegel-Messbereich 30 gemessen werden, und zwar im Vergleich mit dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11 der ersten Ausführungsform. Ein Verfahren zum Korrigieren der Daten der geschätzten Wellenhöhe η ist nachstehend beschrieben.
17 ist eine Ansicht von oben, die ein Beispiel der Anordnungsposition des Wasserpegel-Messbereichs 30 in dem Tsunami-Überwachungssystem 1E der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 17 ist der Wasserpegel-Messbereich 30 in einem Bereich 31 innerhalb des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 angeordnet, und der Wasserpegel-Messbereich 30 misst die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 in dem Bereich 31. Danach werden die Wellenhöhen η an den Positionen I = 2, 3, ..., II, J = 1 innerhalb des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 nacheinander geschätzt, indem die Gleichung (6) verwendet wird, welche die Vorwärts-Differenzformel auf der Basis der Daten der gemessenen Wellenhöhe η darstellt.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1E der obigen Ausführungsform ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen des Tsunami-Überwachungssystems 1 der ersten Ausführungsform zu erhalten. Selbst wenn sich die Wellenhöhe des Tsunamis in der Nähe der Sende- und Empfangsantenne 2 schnell ändert, können zudem die Daten der Wellenhöhe η an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, durch den Wasserpegel-Messbereich 30 korrigiert werden. In diesem Fall kann die Wellenhöhe des Tsunamis im Vergleich zu dem Tsunami-Überwachungssystem 1 der ersten Ausführungsform genauer geschätzt werden.
Außerdem kann sich die Anordnungsposition des Wasserpegel-Messbereiches 30 irgendwo innerhalb des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 befinden, und es ist auch möglich, den Wasserpegel-Messbereich 30 außerhalb des Bereichs anzuordnen, der in 17 dargestellt ist.
18 ist eine Ansicht von oben, die ein weiteres Beispiel der Anordnungsposition des Wasserpegel-Messbereichs 30 in dem Tsunami-Überwachungssystem 1E der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 18 ist der Wasserpegel-Messbereich 30 innerhalb des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 angeordnet, und der Wasserpegel-Messbereich 30 misst die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 in dem Bereich 31. Danach werden die Wellenhöhen η des Tsunamis 7 an den Positionen der Regionen I = 4, 5, ..., II, J = 2 innerhalb des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 nacheinander unter Verwendung der Gleichung (6) geschätzt, welche die Vorwärts-Differenzformel auf der Basis der Daten der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 in dem Bereich 31 darstellt, die mittels des Wasserpegel-Messbereiches 30 gemessen worden ist.
Außerdem werden die Wellenhöhen η des Tsunamis 7 an den Positionen der Bereiche I = 2, 1, und J = 2 innerhalb des Funkwellen-Strahlungsbereichs 14 nacheinander unter Verwendung der folgenden Gleichung (14) geschätzt, welche die Rückwärts-Differenzformel auf der Basis der Daten der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 in dem Bereich 31 darstellt, die mittels des Wasserpegel-Messbereiches 30 gemessen worden ist: η(I, J)^k = η(I + 1, J) – ( Δr / Δt) 1 / g(U_r(I + 1, J)^k – U_r(I + 1, J)^k-1) (14)
Ein Tsunami-Überwachungssystem bei einer modifizierten Ausführungsform der obenstehenden siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ebenfalls den gleichen Betrieb und die vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen des Tsunami-Überwachungssystems 1E der vorliegenden Ausführungsform auf.
Achte Ausführungsform
Das Tsunami-Überwachungssystem 1A der zweiten Ausführungsform ist für den Fall beschrieben, dass die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 nur aus der Geschwindigkeitsverteilung der Meeresoberfläche 3 geschätzt wird, die mittels Funkwellen gemessen wird. In diesem Fall akkumulieren sich Wellenhöhen-Schätzfehler in einem Abstand, der entfernt von der Sende- und Empfangsantenne 2 im Bereich von 3 liegt.
Im Gegensatz dazu ist das Tsunami-Überwachungssystem 1F der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Wasserpegel-Messbereich 30 zum Messen der Wellenhöhe η vorgesehen ist, und dass die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an der Position korrigiert werden, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 vorgesehen ist.
19 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1F und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu dem Tsunami-Überwachungssystem 1A gemäß 4 der zweiten Ausführungsform ist das Tsunami-Überwachungssystem 1F gemäß 19 dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechungsbereich 10F anstelle des Berechungsbereichs 10A vorgesehen ist, und dass ferner der Wasserpegel-Messbereich 30 vorgesehen ist, der an einer beliebigen Position innerhalb des Funkwellen-Strahlungsbereiches 14 angeordnet ist.
Außerdem ist im Vergleich mit dem Berechungsbereich 10A gemäß 4 der Berechungsbereich 10F dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenhöhen-Schätzbereich 11E anstelle des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11A vorgesehen ist.
Unter Bezugnahme auf 19 gilt Folgendes: Der Wasserpegel-Messbereich 30 misst die Wellenhöhe η des Meeres 4 jedes Mal an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 installiert ist, und er gibt die Daten der Wellenhöhe η an den Wellenhöhen-Schätzbereich 11E aus. Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11E empfängt ein Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis der Daten der Strömungsgeschwindigkeit, den Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4, die im Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind, und den Daten der Wellenhöhe η von dem Wasserpegel-Messbereich 30, und gibt die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an den Anzeigebereich 13 aus.
Der Betrieb des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11E des Tsunami-Überwachungssystems 1F, das wie oben konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben.
Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11E arbeitet ähnlich wie der Wellenhöhen-Schätzbereich 11A der zweiten Ausführungsform, und er unterscheidet sich dahingehend, dass die Daten der Wellenhöhe η an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, und die mittels der Gleichung (7) geschätzt werden, auf der Basis der Daten der Wellenhöhe η des Tsunamis 7 korrigiert werden, die von dem Wasserpegel-Messbereich 30 gemessen werden, und zwar im Vergleich zu dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11A der zweiten Ausführungsform.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1F der obigen Ausführungsform ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen des Tsunami-Überwachungssystems 1 der ersten Ausführungsform zu erhalten. Selbst wenn sich die Wellenhöhe des Tsunamis in der Nähe der Sende- und Empfangsantenne 2 schnell ändert, können zudem die Daten der Wellenhöhe η an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, durch den Wasserpegel-Messbereich 30 korrigiert werden. In diesem Fall kann die Wellenhöhe des Tsunamis im Vergleich zu dem Tsunami-Überwachungssystem 1 der ersten Ausführungsform genauer geschätzt werden.
Neunte Ausführungsform
Das Tsunami-Überwachungssystem 1B der vierten Ausführungsform ist für den Fall beschrieben, dass die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 nur aus der Geschwindigkeitsverteilung der Meeresoberfläche 3 geschätzt wird, die mittels Funkwellen gemessen wird. In diesem Fall akkumulieren sich Wellenhöhen-Schätzfehler in einem Abstand, der entfernt von der Sende- und Empfangsantenne 2 im Bereich von 3 liegt.
Im Gegensatz dazu ist das Tsunami-Überwachungssystem 1F der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Wasserpegel-Messbereich 30 zum Messen der Wellenhöhe η vorgesehen ist, und dass die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an der Position korrigiert werden, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 vorgesehen ist.
20 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1G und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich mit dem Tsunami-Überwachungssystem 1B von 9 ist das Tsunami-Überwachungssystem 1G gemäß 20 dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechungsbereich 10G anstelle des Berechungsbereichs 10B vorgesehen ist, und dass ferner der Wasserpegel-Messbereich 30 vorgesehen ist, der an einer beliebigen Position im Funkwellen-Strahlungsbereich 14 angeordnet ist. Außerdem ist im Vergleich mit dem Berechungsbereich 10B gemäß 9 der Berechungsbereich 10G dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenhöhen-Schätzbereich 11F anstelle des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11B vorgesehen ist.
Unter Bezugnahme auf 20 gilt Folgendes: Der Wasserpegel-Messbereich 30 misst die Wellenhöhe η des Meeres 4 jedes Mal an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 installiert ist, und er gibt die Daten der Wellenhöhe η an den Wellenhöhen-Schätzbereich 11F aus. Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11F empfängt ein Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis der Daten der Strömungsgeschwindigkeit, der Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4, die im Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind, und der Daten der Wellenhöhe η von dem Wasserpegel-Messbereich 30, und gibt die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an den Anzeigebereich 13 und den Ankunfts-Vorhersagebereich 12 aus.
Der Betrieb des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11F des Tsunami-Überwachungssystems 1G, das wie oben konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben.
Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11F arbeitet ähnlich wie der Wellenhöhen-Schätzbereich 11B der vierten Ausführungsform, und er unterscheidet sich dahingehend, dass die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, auf der Basis der Daten der Wellenhöhe η an der Position korrigiert werden, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, und zwar im Vergleich zu dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11B der vierten Ausführungsform.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1G der obigen Ausführungsform ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen des Tsunami-Überwachungssystems 1B der vierten Ausführungsform zu erhalten. Selbst wenn sich die Wellenhöhe des Tsunamis in der Nähe der Sende- und Empfangsantenne 2 schnell ändert, können zudem die Daten der Wellenhöhe η an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, durch den Wasserpegel-Messbereich 30 korrigiert werden. Daher kann die Wellenhöhe des Tsunamis im Vergleich zu dem Tsunami-Überwachungssystem 1B der vierten Ausführungsform genauer geschätzt werden.
Zehnte Ausführungsform
Das Tsunami-Überwachungssystem 1C der fünften Ausführungsform ist für den Fall beschrieben, dass die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 nur aus der Geschwindigkeitsverteilung der Meeresoberfläche 3 geschätzt wird, die mittels Funkwellen gemessen wird. In diesem Fall akkumulieren sich Wellenhöhen-Schätzfehler in einem Abstand, der entfernt von der Sende- und Empfangsantenne 2 im Bereich von 3 liegt.
Im Gegensatz dazu ist das Tsunami-Überwachungssystem 1H der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Wasserpegel-Messbereich 30 zum Messen der Wellenhöhe η vorgesehen ist, und dass die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an der Position korrigiert werden, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 vorgesehen ist.
21 ist ein Blockdiagramm, das ein Tsunami-Überwachungssystem 1H und dessen Peripheriekomponenten zeigt, gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich mit dem Tsunami-Überwachungssystem 1B gemäß 13 ist das Tsunami-Überwachungssystem 1G gemäß 21 dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechungsbereich 10H anstelle des Berechungsbereichs 10C vorgesehen ist, und dass ferner der Wasserpegel-Messbereich 30 vorgesehen ist, der an einer beliebigen Position im Funkwellen-Strahlungsbereich 14 angeordnet ist. Außerdem ist im Vergleich mit dem Berechungsbereich 10C gemäß 13 der Berechungsbereich 10H dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenhöhen-Schätzbereich 11G anstelle des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11C vorgesehen ist.
Unter Bezugnahme auf 21 gilt Folgendes: Der Wasserpegel-Messbereich 30 misst die Wellenhöhe η des Meeres 4 jedes Mal an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 installiert ist, und er gibt die Daten der Wellenhöhe η an den Wellenhöhen-Schätzbereich 11G aus. Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11g empfängt ein Schwebungssignal von dem Signalprozessor-Bereich 9, berechnet die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche 3 des Tsunamis 7 auf der Basis des Schwebungssignals, schätzt die Wellenhöhe η des Tsunamis 7 auf der Basis der Daten der Strömungsgeschwindigkeit, der Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h des Meeres 4, die im Datenspeicher 17 für die Wassertiefenverteilung gespeichert sind, und der Daten der Wellenhöhe η von dem Wasserpegel-Messbereich 30, und gibt die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an den Anzeigebereich 13A und den Tsunami-Simulatorbereich 15 aus.
Der Betrieb des Wellenhöhen-Schätzbereichs 11G des Tsunami-Überwachungssystems 1H, das wie oben konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben.
Der Wellenhöhen-Schätzbereich 11G arbeitet ähnlich wie der Wellenhöhen-Schätzbereich 11C der fünften Ausführungsform, und er unterscheidet sich dahingehend, dass die Daten der geschätzten Wellenhöhe η an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, auf der Basis der Daten der Wellenhöhe η des Tsunamis an der Position korrigiert werden, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, und zwar im Vergleich zu dem Wellenhöhen-Schätzbereich 11C der fünften Ausführungsform.
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem 1H der obigen Ausführungsform ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen des Tsunami-Überwachungssystems 1C der fünften Ausführungsform zu erhalten. Selbst wenn sich die Wellenhöhe des Tsunamis in der Nähe der Sende- und Empfangsantenne 2 schnell ändert, können zudem die Daten der Wellenhöhe η an der Position, wo der Wasserpegel-Messbereich 30 angeordnet ist, durch den Wasserpegel-Messbereich 30 korrigiert werden. Daher kann die Wellenhöhe des Tsunamis im Vergleich zu dem Tsunami-Überwachungssystem 1C der fünften Ausführungsform genauer geschätzt werden.
Bei jeder der vorangegangenen siebten bis zehnten Ausführungsform kann der Wasserpegel-Messbereich 30 auf irgendeine Weise vorgesehen sein, solange die lokale Wellenhöhe des Meeres 4 in Echtzeit gemessen werden kann, wie z. B. als ein System zum Messen der Wellenhöhe mittels eines Drucksensors, der am Meeresgrund installiert ist, oder indem Funkwellen in Gegenden neben dem System ausgestrahlt werden, das auf dem Meer 4 schwimmt, wie eine Boje.
Natürlich kann der Wasserpegel-Messbereich 30 nicht nur an einem Ort angeordnet sein, sondern auch an einer Mehrzahl von Orten in dem Funkwellen-Strahlungsbereich 14. Indem das Anordnen an einer Mehrzahl von Orten erfolgt, kann die Wellenhöhe genauer vorhergesagt werden als für den Fall von nur einem Ort.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gemäß dem Tsunami-Überwachungssystem der vorliegenden Erfindung kann die Wellenhöhe des Tsunamis direkt aus der Strömungsgeschwindigkeits-Verteilung der Meeresoberfläche vorhergesagt werden, die mittels der Funkwelle gemessen worden ist. Daher ist es möglich, die Ankunftszeit und die Ankunfts-Wellenhöhe aller Tsunamis inklusive unerwarteten Tsunamis höchst genau vorherzusagen.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C: Tsunami-Überwachungssystem
1D, 1E, 1F: Tsunami-Überwachungssystem
1G, 1H: Tsunami-Überwachungssystem
2: Sende- und Empfangsantenne
3: Meeresoberfläche
4: Meer
5: Sende-Funkwelle
6: Empfangs-Funkwelle
7: Tsunami
8: Sender- und Empfängerbereich
9: Signalprozessor-Bereich
10, 10A, 10B: Berechungsbereich
10C, 10D: Berechungsbereich
11, 11A, 11B: Wellenhöhen-Schätzbereich
11C, 11D, 11E: Wellenhöhen-Schätzbereich
11F, 11G: Wellenhöhen-Schätzbereich
12, 12A: Ankunfts-Vorhersagebereich
13, 13A: Anzeigebereich
15, 15A: Tsunami-Simulatorbereich
17: Datenspeicher für die Wassertiefenverteilung
18: Land
19: Topographie-Datenspeicher
21: Meeresgrund
27: Damm
30: Wasserpegel-Messbereich
40: Bereich

Claims

Tsunami-Überwachungssystem, das eine Sendeantenne aufweist, die dazu konfiguriert ist, ein Sendesignal auszusenden, um einen Tsunami zu detektieren, und zwar als Funkwelle in Richtung des Meers, und das eine Empfangsantenne aufweist, die dazu konfiguriert ist, reflektierte Wellen, die von dem Tsunami reflektiert werden, als Empfangssignal zu empfangen, wobei das Tsunami-Überwachungssystem Folgendes aufweist: eine Signalgenerator-Einrichtung, die dazu konfiguriert ist, das Sendesignal mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen; einen Signalprozessor-Bereich, der dazu konfiguriert ist, ein Schwebungssignal einer Frequenzdifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal zu erzeugen; und einen Wellenhöhen-Schätzbereich, der dazu konfiguriert ist, einen Funkwellen-Strahlungsbereich in eine Mehrzahl von Bereichen zu teilen, die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche des Tsunamis für jeden Bereich auf der Basis des Schwebungssignals zu berechnen, und die Wellenhöhe des Tsunamis aus der berechneten Strömungsgeschwindigkeit zu schätzen.
Tsunami-Überwachungssystem nach Anspruch 1, das ferner einen Ankunfts-Vorhersagebereich aufweist, der dazu konfiguriert ist, eine Ankunftszeit und eine Ankunfts-Wellenhöhe in Bezug auf den Tsunami auf der Basis der Wellenhöhe des Tsunamis vorherzusagen.
Tsunami-Überwachungssystem nach Anspruch 2, wobei der Ankunfts-Vorhersagebereich die Ankunfts-Wellenhöhe mittels der folgenden Gleichung berechnet:
wobei η₀ die Ankunfts-Wellenhöhe des Tsunamis ist, und wobei h₀ die statische Wassertiefe in einem vorbestimmten Abstand von dem Installationsort der Sende- und Empfangsantennen ist.
Tsunami-Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner einen Tsunami-Simulatorbereich aufweist, der eine Tsunami-Simulation eines Verhaltens des Tsunamis auf der Basis der geschätzten Wellenhöhe des Tsunamis ausführt.
Tsunami-Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wellenhöhen-Schätzbereich die Wellenhöhe des Tsunamis mittels der folgenden Gleichung berechnet:
wobei r der Radius zentriert auf die Sendeantenne ist, wobei η die Wellenhöhe des Tsunamis ist, wobei t die Zeit ist, und wobei U_r die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Radius r ist.
Tsunami-Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wellenhöhen-Schätzbereich die Wellenhöhe des Tsunamis mittels der folgenden Gleichung berechnet:
wobei r der Radius zentriert auf die Sendeantenne ist, wobei η die Wellenhöhe des Tsunamis ist, wobei h die statische Wassertiefe des Meeres ist, wobei g die Gravitationsbeschleunigung ist, wobei M_r der lineare Strömungswert in Richtung des Radius r ist, und wobei n der Meeresgrund-Reibungskoeffizient ist.
Tsunami-Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wellenhöhen-Schätzbereich die Wellenhöhe des Tsunamis mittels der folgenden Gleichung berechnet:
wobei η die Wellenhöhe des Tsunamis ist, wobei h die statische Wassertiefe des Meeres ist, wobei g die Gravitationsbeschleunigung ist, und wobei U_r die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Radius r ist.
Tsunami-Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wellenhöhen-Schätzbereich die Wellenhöhe des Tsunamis mittels der folgenden Gleichung berechnet:
wobei r der Radius zentriert auf die Sende- und Empfangsantenne ist, wobei θ der Drehwinkel im Uhrzeigersinn ist, der auf die Sendeantenne zentriert ist, wobei η die Wellenhöhe des Tsunamis ist, wobei h die statische Wassertiefe des Meeres ist, wobei M_r der lineare Strömungswert in Richtung des Radius r ist, wobei M_θ der lineare Strömungswert in Richtung des Drehwinkels θ ist, wobei g die Gravitationsbeschleunigung ist, und wobei t die Zeit ist.
Tsunami-Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wellenhöhen-Schätzbereich die Wellenhöhe des Tsunamis mittels der folgenden Gleichung berechnet:
wobei r der Radius zentriert auf die Sendeantenne ist, wobei η die Wellenhöhe des Tsunamis ist, wobei h die statische Wassertiefe des Meeres ist, wobei M_r der lineare Strömungswert in Richtung des Radius r ist, wobei g die Gravitationsbeschleunigung ist, und wobei t die Zeit ist.
Tsunami-Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, das ferner einen Speicher aufweist, der dazu konfiguriert ist, Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h im Meer zu speichern, und wobei der Wellenhöhen-Schätzbereich die Wellenhöhe des Tsunamis auf der Basis der Verteilungsdaten der statischen Wassertiefe h schätzt, die im Speicher gespeichert ist.
Tsunami-Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, der ferner einen Wasserpegel-Messbereich aufweist, der dazu konfiguriert ist, die Wellenhöhe zu messen, wobei der Wellenhöhen-Schätzbereich die Wellenhöhe des Tsunamis auf der Basis der Daten der Wellenhöhe des Tsunamis schätzt, die von einem Wasserpegel-Messbereich gemessen werden.