海嘯地球科學家在應急響應中的作用:以2009年9月29日薩摩亞海嘯事件中美國加州的應急響應為例＊

RickI.Wilson,Lori A.Dengler,JamesD.Goltz,Mark R.Legg,Kevin M.Miller,John G.Parrish,Paul M.Whit more

1)Cali for nia Geological Survey

2)Humboldt State University

3)Cali for nia Emergency Management Agency

4)Legg Geophysical

5)West Coast/Alaska Tsunami Warning Center,NOAA-NWS

海嘯地球科學家在應急響應中的作用:以2009年9月29日薩摩亞海嘯事件中美國加州的應急響應為例＊

RickI.Wilson1),Lori A.Dengler2),JamesD.Goltz3),Mark R.Legg4),Kevin M.Miller3),John G.Parrish1),Paul M.Whit more5)

1)Cali for nia Geological Survey

2)Humboldt State University

3)Cali for nia Emergency Management Agency

4)Legg Geophysical

5)West Coast/Alaska Tsunami Warning Center,NOAA-NWS

加州海嘯地球科學家與聯(lián)邦、州和地方政府應急管理人員密切合作來幫助沿海社區(qū)防范海嘯發(fā)生前、海嘯過程中、海嘯發(fā)生后產(chǎn)生的潛在影響。對于遠程海嘯,來自美國國家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,簡稱NOAA)西海岸和阿拉斯加海嘯預警中心的科學信息(預測模型、浪高、首波到達時間等)是可以利用的。加州應急管理人員必須以簡潔明了的方式將海嘯信息傳達給最終安排在他們的管轄區(qū)采取適當應急措施的地方官員。在2009年9月29日薩摩亞海嘯預警中,來自加州地質(zhì)調(diào)查局和洪堡州立大學(Humboldt State University)的地球科學家在海嘯來臨之前為加州應急管理處在與美國國家海洋和大氣管理局與其他州和地方應急管理人員進行的遠程會議的信息傳輸方面提供了技術(shù)支持。加州地球科學家收集了一些附加的背景資料用于預測美國國家海洋和大氣管理局預測模型所沒有覆蓋到的地區(qū)的潮汐條件和浪高。在應急響應過程中,加州地球科學家的參與明確了哪些地區(qū)處于危險中,哪些地區(qū)遭受海嘯襲擊的風險低。加州地球科學家參與未來海嘯應急響應的行動包括以下方面:①與美國國家海洋和大氣管理局密切合作來簡化其海嘯警報信息的傳遞流程并擴展其預測模型的覆蓋面;②為地方應急管理人員制作包括已經(jīng)存在的海嘯的情景資料,作為每次海嘯事件的參考;③建立一個州級信息共享中心和一支海嘯前應急響應隊,以協(xié)助地方官員一起觀測和報道海嘯的影響。

1 背景

在加州,政府和民間地球科學家已經(jīng)與聯(lián)邦、州和地方應急管理者密切合作超過了10年,來幫助他們識別和減輕海嘯災害。作為美國國家海嘯減災計劃(National Tsunami Hazard mitigation Program,簡稱NTHMP)的最初參與者,加州應急管理者和地球科學家共同負責加州在該項目計劃協(xié)調(diào)委員會中的任務?，F(xiàn)在,加州應急管理處(CalEMA)和加州地質(zhì)調(diào)查局(CGS)一起承擔這個職責,一起完成加州海嘯減災和準備工作計劃。該計劃的一部分要求加州地質(zhì)調(diào)查局繼續(xù)提供關(guān)于海嘯來臨前、海嘯進行中以及海嘯結(jié)束后的科學知識。

在海嘯預警中,美國國家海洋和大氣管理局與加州應急管理處和地方應急管理人員密切合作,為州內(nèi)5個地區(qū)提供預報信息。但是,在加州840英里長的海岸線上有20個縣和超過80個城市易于遭受海嘯的影響,并且需要來自州以外的技術(shù)援助。加州應急管理處向加州地球科學專家咨詢,專家有:加州地質(zhì)學家和加州地質(zhì)調(diào)查局的海嘯減災計劃的成員,來自洪堡州立大學的Lori Dengler博士,和其他來自南加利福尼亞大學海嘯研究中心和私人企業(yè)的海嘯專家。在2009年9月29日的海嘯預警響應中,加州地球科學家提供了信息并支持聯(lián)邦、州和地方機構(gòu)的決策者的工作。本報告將總結(jié)在這次災難中,地球科學家采取的行動、對需求的評價,并討論加州地球科學家在美國國家海洋和大氣管理局未來海嘯預警中的作用。

2 美國國家海洋和大氣管理局西海岸/阿拉斯加海嘯預警中心(WC/A TWC)的海嘯預警規(guī)則

加利福尼亞位于WC/A TWC的責任區(qū)內(nèi),這里有國家氣象服務中心的4個地方辦公室,這些辦公室的預警協(xié)調(diào)氣象學家協(xié)助海嘯警報工作。為了澄清海嘯警報信息,最近制定了在該地區(qū)發(fā)布潛在海嘯警報或者海嘯災害的新規(guī)則[1]。

海嘯信息聲明。發(fā)布信息提醒應急管理者和公眾一次地震已經(jīng)發(fā)生,或者在大洋的其他地方已經(jīng)發(fā)布了海嘯警報、監(jiān)視或通告。

海嘯監(jiān)視(Tsunami Watch)。提醒應急管理者和公眾一次海嘯事件可能影響監(jiān)視區(qū);可以升級為海嘯通告或者海嘯警報,也可能被取消——根據(jù)最新的信息或分析而定。

海嘯通告(Tsunami Advisory)。當可能產(chǎn)生強洋流或者海浪的潛在海嘯對海域或附近地區(qū)構(gòu)成威脅時發(fā)布(典型的海嘯預報振幅為30 cm～1m)。

海嘯警報(Tsunami Warning)。當一次顯著的、泛濫的潛在海嘯即將發(fā)生或者預計發(fā)生時發(fā)布(通常海嘯預報振幅超過1m)。

3 該海嘯事件應急反應時間表

3.1 2009年9月29日,NOAAWC/ATWC對加利福尼亞的海嘯預警信息

10:48 PDT(Pacific Daylight Time,太平洋夏令時,下同)薩摩亞群島地區(qū)發(fā)生地震

10:57 PDT WC/ATWC向聯(lián)邦和州海嘯觀測站發(fā)布“觀測信息”

#1-11:02 PDTm 7.9信息

#2-11:59 PD Tm 8.3信息

#3-15:02 PD Tm 8.0通告

·提供加利福尼亞沿岸很多地區(qū)精確到分的海嘯到達時間(圖1)。

·共享加州5個地區(qū)的初始預報模型的水流-深度結(jié)果(圖2)。

①Crescent City=65 cm(“通告”條件)

②舊金山=20 cm

③圣路易斯港=60 cm(“通告”條件)

④洛杉磯=30 cm(“通告”條件)

⑤圣迭戈=15 cm

#4-16:14 PDTm 8.0通告

#5-17:21 PDTm 8.0通告

·海嘯最高峰值已經(jīng)通過夏威夷,夏威夷觀測站支持在加州沿岸發(fā)布10～60 cm的海嘯。

#6-19:24 PDTm 8.0通告

#7-21:28 PDTm 8.0通告

#8-23:30 PDTm 8.0通告

·海嘯在西海岸許多地區(qū)達到了最大值。人們的希望是在接下來的幾個小時海嘯的高度能減小。

#9-9/30 1:28 PDT取消

3.2 2009年9月29日,由CGS和Lor i Dengle博士(洪堡州立大學)向加州應急管理者(EM s)、NOAA WC/ATWC和區(qū)域預警協(xié)調(diào)氣象學家(WCM s)及當?shù)谽M s提供的補充信息

14:39 PDT CGS向加州EM s(應急管理者)報告:從NOAA/國家地球物理數(shù)據(jù)中心海嘯事件數(shù)據(jù)庫搜索與震源區(qū)相似的海嘯事件,發(fā)現(xiàn)1917年6月26日M 8.3地震事件,曾在加利福尼亞引起小型海嘯(圖2)。從潮汐高度看,在舊金山和圣迭戈海嘯的振幅分別為10 cm和4 cm。Lander等[2]報告該海嘯沒有在加利福尼亞產(chǎn)生破壞。

15:50 PDT Dengler向NOAA WCMs、加州和地方應急管理者報告:在州級范圍內(nèi)應急管理者遠程會議上,提供了對NOAA海嘯通告的解釋,并回答了當?shù)厣鐓^(qū)可能面臨的海嘯危險性問題,這種危險性來自潛在強海嘯流和可能持續(xù)一段時間的海嘯活動。

17:17 PDT CGS向州EM s、NOAA WC/ATWC和WCM s報告:提供了面臨危險的另外一些社區(qū)的信息,此信息基于已有數(shù)值模型和全州繪圖計劃(圖3)[3-4]。提出了4個情況與Crescent City和圣路易斯港類似的地區(qū):

圖1 初始估計的最大波幅圖(NOAA)。(引自:http://wcatwc.arh.noaa.gov/previous.events/09-29-09-Samoa/09-29-09.htm)

圖2

·BodegaBay(來自太平洋西南地區(qū)的數(shù)據(jù)模型顯示海嘯幅值增大)

·Half Moon Bay(數(shù)據(jù)模型顯示海嘯幅值增大)

·Santa Cruz(數(shù)據(jù)模型顯示海嘯幅值增大)

·Cay ucos(數(shù)據(jù)模型顯示海嘯幅值增大)

其他問題包括:

·CGS提供的潮汐預計圖表明舊金山灣以北區(qū)域在首波到達時將處于高潮位。

·CGS建議應當提醒地方社區(qū)海嘯在加州的實際到達時間可能有10～15min的變化。

·NOAA和CGS討論了由于震源動力學和位置的不確定性/差異性使預測模型可能產(chǎn)生潛在誤差。震源區(qū)俯沖帶的陡彎使地殼結(jié)構(gòu)非常復雜,從而使方向預算也變得非常復雜(圖3)。因為震源是正斷層而非逆沖斷層,根據(jù)逆沖斷層的模型報告結(jié)果可能是錯誤的。

圖3 (引自:http:∥earthquake.usgs.gov/earthquakes/recenteqsww/Quakes/us2009mdbi.php)

4 加州的海嘯應急響應評估

表1顯示的是最初預計的與記錄到的海嘯波振幅和薩摩亞群島海嘯到達加州的時間對比(來自WC/ATWC網(wǎng)站;一些地區(qū)一分鐘潮汐曲線見圖4a～4e)。

記錄到的海嘯波振幅大約是最初預計的一半(48%),與Whit more[5]描述的預測模型的潛在誤差一致。同樣,沿海岸線的幾個地點記錄到的初至到時也晚了17～48min。一份美國國家海洋和大氣管理局的事后評估報告確定造成振幅和到時誤差的因素可能有:①預測模型斷層運動(逆沖)和實際斷層運動(正)有差別;②震源區(qū)的復雜性導致海嘯方向的不確定性;③加州一些地方的測潮計噪聲影響了觀測的初至時間。對預測振幅和到時的不確定性應有個更好的認識,以便對不是地球科學方面專家的人進行解釋。

加州地質(zhì)調(diào)查局正在收集4個地區(qū)(Bodega Bay、Half Moon Bay、Santa Cruz和Cay ucos)的海嘯波振幅信息,這些地方受海嘯襲擊的狀況與Crescent City和圣路易斯港類似。這些地方都沒有固定的測潮計,但迄今為止,其中一個地方有一位海嘯目擊者的描述。USGS的AndyRitchie在SantaCruz港觀察到海嘯波振幅比平常高了約0.7m。迄今為止,這一估算值是在加州觀測到的9月29日海嘯的最大振幅,由此,這一地點也被確認為處于本次事件的通告級別。

加州和地方應急管理者的事后調(diào)查發(fā)現(xiàn),來自加州地球科學家的信息幫助應急管理者明白在災難中應該采取何種行動。加州地質(zhì)調(diào)查局提供了以下幾方面信息:潛在海嘯振波幅增大和易受海嘯襲擊的區(qū)域、舊金山灣以北的高潮汐狀況、海嘯到時的不確定性等,這些信息都是海岸應急管理人員通過海嘯警報傳遞系統(tǒng)和遠程會議接收到的,在他們的決策中也考慮了這些信息。在全州遠程會議中,Lo ri Dengler博士的參與幫助應急管理人員更好地了解美國國家海洋和大氣管理局的預警信息傳遞系統(tǒng)、預報信息和預期的海嘯災難。

表1 最初預計的與記錄到的海嘯波振幅和薩摩亞群島海嘯到達加州的時間對比

圖4 5個地區(qū)的一分鐘潮汐曲線

5 地球科學家對2009年9月29日事件的海嘯前現(xiàn)場應急響應

每當一次事件發(fā)生后,地球科學家都會組織起團隊到現(xiàn)場收集那些稍縱即逝的海嘯數(shù)據(jù)。但在遠程海嘯到達之前,還沒有一個有組織的行動來建立一支現(xiàn)場應急響應隊伍。這支團隊可以負責收集數(shù)據(jù),并將信息迅速反饋給其他的地球科學家、應急管理者和公眾。

如Santa Cruz的Andy Ritchie一樣,南加州的地球物理學家Mark Legg博士也提出這種現(xiàn)場工作非常有用。Legg在南加州Santa Ana河口附近觀測海嘯,發(fā)現(xiàn)好幾十個高達6英寸的小浪在河的外向流上方向上奔涌。Legg注意到水位的迅速下降導致退潮的潮流加速,沿著河床的沙礫被迅速地剝蝕。

除了科學觀測外,Legg還與當?shù)氐囊晃挥浾咭娒?并且錄下他們討論他在海嘯到來時發(fā)現(xiàn)的圖像資料。這段視頻被上傳到Y(jié)ou Tube,其后被轉(zhuǎn)帖到其他網(wǎng)站或論壇,Legg的分析告訴公眾并不是所有的海嘯都是巨大的災難,即使研究小的海嘯也可以提供有用的信息。

在海嘯事件中,如果組建一個州級的信息共享中心,野外地球科學家的觀測對應急管理人員而言是極有用的。野外地球科學家可以將信息傳達給當?shù)貞惫芾碚吆同F(xiàn)場管理人員,以便于與信息中心負責人分享信息。類似于夏威夷的海嘯觀測計劃,實時科學信息可以幫助確定怎樣才能充分利用州級應急資源。

6 結(jié)論和未來工作

在薩摩亞海嘯事件中加州的經(jīng)驗表明,加州地球科學家在海嘯預警中可以為地方應急管理者提供有用的信息和幫助。他們可以傳達來自美國國家海洋和大氣管理局預測振幅和到時的信息,以便州和地方應急管理者在他們的權(quán)限范圍內(nèi)可以做出最佳的行動方案。另外,因為在加州海岸80個社區(qū)中預測模型只針對其中的5個,州地球科學家可以利用現(xiàn)存的海嘯泛濫數(shù)據(jù)來模擬其他社區(qū)的災害風險水平。同樣,野外地球科學家也可以提供實時反饋信息給州和地方應急管理者和公眾。

雖然加州地質(zhì)調(diào)查局被納入到全州海嘯應急響應系統(tǒng)中,但是在海嘯應急響應中加州地質(zhì)調(diào)查局和其他地球科學家的作用應該被擴大。加州地質(zhì)調(diào)查局將與美國國家海洋和大氣管理局和州及地方應急管理者密切合作,擬定一個協(xié)調(diào)的海嘯應急方案,向當?shù)貨Q策者提供最有價值、最及時的信息。這個應急方案應包括:

(1)剛剛接觸和將要接觸地球科學的人士都與美國國家海洋和大氣管理局、州和地方應急管理者一起參加所有相關(guān)會議和遠程會議。

(2)回顧歷史記錄,將其與現(xiàn)時正在發(fā)生的事件進行對比。

(3)評估在海嘯活動期全州將會出現(xiàn)的潮位情況。

(4)為美國國家海洋和大氣管理局預測模型所沒有覆蓋的地區(qū)提供預期要發(fā)生的海嘯災難(流深、強流等)的補充信息。

加州地球科學家參與未來海嘯應急方案活動應包括:

(1)通過美國國家海嘯減災計劃,加州海嘯計劃將密切與美國國家海洋和大氣管理局合作,簡化其海嘯警報信息的傳遞流程并擴展其預測模型的覆蓋面。加州地球科學家要向美國國家海洋和大氣管理局提供反饋信息,這些信息可以闡明海嘯預測數(shù)據(jù)的不確定性。另外,加州全力支持美國國家海洋和大氣管理局用于得出加州海嘯預測模型的數(shù)字海拔模型的擴展。

(2)加州地質(zhì)調(diào)查局計劃設(shè)計海嘯應急方案手冊,其中包括采自最近全州淹沒地圖項目的信息,為地方應急管理人員在海嘯事件中做參考。方案手冊里的信息將幫助確定其沿海社區(qū)的相關(guān)災難程度,同時包括海嘯流深、流速和到達時間的估算值。

(3)加州地質(zhì)調(diào)查局正在建立一個海嘯前和海嘯后的現(xiàn)場應急響應隊伍和由地球科學家組成的州級信息共享中心來協(xié)助州和地方官員。另外,除了記錄正在到來的海嘯效果外,現(xiàn)場應急隊伍人員每年都要聚會,同時在海嘯來臨前、進行中、離開后能有效地為地方應急管理者和公眾提供幫助。

感謝吳忠良老師為本刊提供資料。

資料來源:American Geophysical Union,Fallmeeting 2009,abstract#U 21E-2184

原題:Role of state tsunami geoscientists during emergency response activities:Example from the state of California(USA)during the September 29,2009,Samoa tsunami event

(中國地震局地球物理研究所 蔣 偉 譯;孫振凱 校)

(譯者電子信箱,蔣 偉:jiangwei0922@163.com)

[1]Whitmore PM,Benz H,Boltonm,et al.NOAA/West Coast and Alaska Tsunami Warning Center Pacific Ocean Response Criteria.Science of Tsunami Hazards,2008,27:1-21

[2]Lander J,Lockridge P A,Kozuch J.Tsunamis affecting the west coast of the United States 1806—1992:NGDC Key to Geophysical Research Documentation No.29,USDOC/NOAA/NESD IS/NGDC,Boulder,CO,USA,1993,242

[3]Wilson R I,Barberopoulou A,Miller Km,et al.New maximum tsunami inundation maps for use by local emergency planners in the State of California,USA.EOS Trans.American Geophysical Union89(53),Fall meeting Supplement,2008,Abstract OS43D-1343

[4]Barberopoulou A,Borrero J C,Uslu B,et al.Unprecedented coverage of the Californian coast promises improved tsunami response.EOS Trans.American Geophysical Union.2009

[5]Whit more PM,Tsunami amplitude prediction during events:a test based on previous tsunamis.Science of Tsunami Hazards,2003,21:135-143

P315;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.09.003

2010-01-07。