RU2326412C2

RU2326412C2 - Method for detection of precursors of a tsunami wave

Info

Publication number: RU2326412C2
Application number: RU2006103330/28A
Authority: RU
Inventors: Василий Климентьевич Паламарчук (RU); Василий Климентьевич Паламарчук; Надежда Викторовна Глинска (RU); Надежда Викторовна Глинская; лухина Любовь Александровна Пр (RU); Любовь Александровна Прялухина
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "ВНИИОкеангеология"
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2008-06-10
Also published as: RU2006103330A

Abstract

FIELD: seismology.

SUBSTANCE: two modular magnetometers are installed in a direct line with the expected wave arrival at a certain distance relative to each other. They are used to pick up signals including both a natural variation of the Earth magnetic field and an additional block signal induced by a tsunami wave. A gradient of variation of the tsunami wave's magnetic field is calculated upon a difference between the values of signals detected by each of the magnetometers. The tsunami arrival is forecasted thereby.

EFFECT: detection of the anticipated useful magnetic signal, coming from a tsunami wave, against the background of various variations.

Description

Изобретение относится к области сейсмологии, а именно к способам определения опасности цунами, а более конкретно к способам регистрации электромагнитных сигналов, предвестников образования цунами.The invention relates to the field of seismology, and in particular to methods for determining the danger of a tsunami, and more particularly to methods for recording electromagnetic signals, harbingers of tsunami formation.

Известен способ заблаговременного обнаружения возникших волн цунами [1], при котором рассчитывается вертикальная компонента магнитного поля, генерируемого волной цунами. В качестве гидродинамического источника используется гравитационная волна, индуцируемая землетрясением. Для расчета применяют метод представления индуцированных полей в виде суперпозиции полоидальной и тороидальной магнитных мод. В результате получают аналитическое выражение, описывающее пространственно-временное распределение вертикальной компоненты магнитного поля, индуцируемого волной цунами. Таким образом, вертикальная компонента магнитного поля индуцируемого волной цунами, предшествует приходу волны и может быть зарегистрирована на большом расстоянии от фронта. Однако при данном способе невозможно точное определение вариации магнитного поля, созданной именно волнами цунами, из-за дополнительных значений естественной вариации магнитного поля в исследуемом районе, что не позволяет оценить предвестник цунами, идущий с удаленных расстояний акватории.A known method for the early detection of the resulting tsunami waves [1], in which the vertical component of the magnetic field generated by the tsunami wave is calculated. A gravitational wave induced by an earthquake is used as a hydrodynamic source. For the calculation, the method of representing induced fields in the form of a superposition of poloidal and toroidal magnetic modes is used. The result is an analytical expression describing the spatio-temporal distribution of the vertical component of the magnetic field induced by the tsunami wave. Thus, the vertical component of the magnetic field induced by the tsunami wave precedes the arrival of the wave and can be detected at a large distance from the front. However, with this method it is impossible to accurately determine the variation of the magnetic field created precisely by tsunami waves, due to additional values of the natural variation of the magnetic field in the study area, which does not allow us to evaluate the tsunami precursor coming from remote distances of the water area.

Задачей предлагаемого изобретения является выделение опережающего полезного магнитного сигнала, идущего от волны цунами, на фоне разнообразных магнитных полей, в том числе: нормальное магнитное поле Земли, аномалии геологического происхождения, вариации геомагнитного поля, связанные с ионосферными процессами и глубинными процессами в земле и, наконец, магнитное поле волны цунами, которое тоже изменяется во времени, но приходит на разные датчики в разное время. Максимум этого времени прихода наблюдается на одной линии, соединяющей оба датчика и фронт волны цунами.The objective of the invention is the selection of the leading useful magnetic signal coming from the tsunami wave against a variety of magnetic fields, including: the normal magnetic field of the Earth, anomalies of geological origin, variations of the geomagnetic field associated with ionospheric processes and deep processes in the earth, and finally , the magnetic field of a tsunami wave, which also changes in time, but arrives at different sensors at different times. The maximum of this arrival time is observed on one line connecting both sensors and the tsunami wave front.

Поставленная задача решается способом обнаружения предвестников волны цунами, включающим установку на побережье модульных магнитометров, два датчика которых устанавливаются на линии ожидаемого прихода волны цунами на расстоянии друг от друга не менее 300 м, измерение магнитного поля, представляющего собой сумму магнитного поля Земли, его вариации и индуцируемое движением волны цунами магнитное поле, регистрацию градиента магнитного поля по разности показаний двух датчиков, интегрирование градиента магнитного поля по времени для оценки магнитного поля волны цунами в качестве аномалии - предвестника цунами. Значения магнитного поля вариаций для разных датчиков практически одинаковы. Их разность не превышает погрешности измерения. Магнитное поле Земли постоянное. Поэтому в разности будет содержаться константа и градиент вариаций магнитного поля волны цунами (см. табл.1: константа 9,12 нТл).The problem is solved by the method of detecting tsunami wave precursors, including the installation of modular magnetometers on the coast, two sensors of which are installed on the line of the expected tsunami wave arrival at a distance of at least 300 m from each other, measuring the magnetic field, which is the sum of the Earth’s magnetic field, its variations and magnetic field induced by the movement of the tsunami wave, registration of the magnetic field gradient by the difference in the readings of two sensors, integration of the magnetic field gradient over time to estimate and magnetic field tsunami waves as anomalies - a precursor tsunami. The values of the magnetic field of the variations for different sensors are almost the same. Their difference does not exceed the measurement error. Earth's magnetic field is constant. Therefore, the difference will contain the constant and gradient of variations in the magnetic field of the tsunami wave (see Table 1: constant 9.12 nT).

Магнитометры устанавливаются на расстоянии около 300 м друг от друга. Чем больше чувствительность магнитометров, тем это расстояние может быть меньше, но не менее 100 м. Каждый магнитометр фиксирует сигнал, который включает как естественную вариацию магнитного поля Земли в данном месте, так и дополнительный сигнал, индуцируемый волной цунами. Следовательно, вычисляя разницу между полученными результатами измерений с каждого датчика, можно определить и полезный магнитный сигнал, идущий от волны цунами, и заблаговременно сделать прогноз о приходе волны.Magnetometers are installed at a distance of about 300 m from each other. The greater the sensitivity of the magnetometers, the smaller the distance, but not less than 100 m. Each magnetometer captures a signal that includes both the natural variation of the Earth’s magnetic field at a given location and an additional signal induced by the tsunami wave. Therefore, by calculating the difference between the obtained measurement results from each sensor, it is possible to determine the useful magnetic signal coming from the tsunami wave and make a forecast about the arrival of the wave in advance.

Как показано в работе [1], даже в невыгодном направлении для наблюдателя волна цунами на расстоянии 100 км создает единицы нТл (в работе [1] единицы измерения указаны в γ: 1γ=1 нТл). В ортогональном направлении - до 10 нТл.As shown in [1], even in a disadvantageous direction for the observer, a tsunami wave at a distance of 100 km creates units of nT (in [1], the units are indicated in γ: 1γ = 1 nT). In the orthogonal direction, up to 10 nT.

Современные магнитометры могут измерять магнитное поле до 10 и более раз в секунду с погрешностью 0,001 нТл и менее.Modern magnetometers can measure a magnetic field up to 10 or more times per second with an error of 0.001 nT or less.

Пример измерения двумя датчиками с помощью градиентометрической измерительной системы приведен в таблице 1.An example of measuring with two sensors using a gradiometric measuring system is shown in Table 1.

Среднее квадратическое отклонение фоновой разности составляет σ=0,102 нТл, средняя разность Δ=9,12 нТл. За аномалию принимаются значения, выходящие за пределы (Δ±3σ), то есть a₁≥Δ+3σ и а₂≤Δ-3σ. Если число точек на аномалии ≥27, то по критерию Котельникова с достоверностью 99,5% аномалия может быть выделена по отклонению от среднего в 1σ.The root-mean-square deviation of the background difference is σ = 0.102 nT, and the average difference Δ = 9.12 nT. Values beyond the limits (Δ ± 3σ), i.e., a ₁ ≥Δ + 3σ and a ₂ ≤Δ-3σ, are taken as an anomaly. If the number of points on the anomaly is ≥27, then according to the Kotelnikov criterion with an accuracy of 99.5%, the anomaly can be distinguished by a deviation from the average of 1σ.

Обычно разность Δ вычитается, градиент фильтруется для исключения случайных помех, интегрируется и производится выделение аномалий.Usually, the difference Δ is subtracted, the gradient is filtered to exclude random interference, it is integrated and anomalies are extracted.

Предлагаемый способ прост в исполнении и позволяет определить ранний предвестник цунами, идущий с дальних расстояний акватории.The proposed method is simple to implement and allows you to determine the early harbinger of the tsunami coming from long distances of the water area.

Использованная литература:References:

1. Белоконь В.И., Московченко Л.Г. Электромагнитный предвестник волны цунами, возбуждаемой сдвиговой дислокацией. // Второй всероссийский симпозиум «Сейсмоакустика переходных зон». Тезисы докладов. Владивосток, 2001 г.1. Belokon V.I., Moskovchenko L.G. The electromagnetic precursor of a tsunami wave excited by a shear dislocation. // Second All-Russian Symposium "Seismoacoustics of Transitional Zones". Abstracts of reports. Vladivostok, 2001

Claims

A method for detecting tsunami wave precursors, including installing two modular magnetometers on the same line of the expected wave arrival at a certain distance from each other, fixing signals including both the natural variation of the Earth’s magnetic field and an additional module signal induced by the tsunami wave, calculating the gradient of the magnetic field variation tsunami waves according to the difference in the magnitude of the signals allocated by each magnetometer, predicting the arrival of a tsunami.