海啸地球科学家在应急响应中的作用:以2009年9月29日萨摩亚海啸事件中美国加州的应急响应为例＊

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

海啸地球科学家在应急响应中的作用:以2009年9月29日萨摩亚海啸事件中美国加州的应急响应为例＊

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

加州海啸地球科学家与联邦、州和地方政府应急管理人员密切合作来帮助沿海社区防范海啸发生前、海啸过程中、海啸发生后产生的潜在影响。对于远程海啸,来自美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,简称NOAA)西海岸和阿拉斯加海啸预警中心的科学信息(预测模型、浪高、首波到达时间等)是可以利用的。加州应急管理人员必须以简洁明了的方式将海啸信息传达给最终安排在他们的管辖区采取适当应急措施的地方官员。在2009年9月29日萨摩亚海啸预警中,来自加州地质调查局和洪堡州立大学(Humboldt State University)的地球科学家在海啸来临之前为加州应急管理处在与美国国家海洋和大气管理局与其他州和地方应急管理人员进行的远程会议的信息传输方面提供了技术支持。加州地球科学家收集了一些附加的背景资料用于预测美国国家海洋和大气管理局预测模型所没有覆盖到的地区的潮汐条件和浪高。在应急响应过程中,加州地球科学家的参与明确了哪些地区处于危险中,哪些地区遭受海啸袭击的风险低。加州地球科学家参与未来海啸应急响应的行动包括以下方面:①与美国国家海洋和大气管理局密切合作来简化其海啸警报信息的传递流程并扩展其预测模型的覆盖面;②为地方应急管理人员制作包括已经存在的海啸的情景资料,作为每次海啸事件的参考;③建立一个州级信息共享中心和一支海啸前应急响应队,以协助地方官员一起观测和报道海啸的影响。

1 背景

在加州,政府和民间地球科学家已经与联邦、州和地方应急管理者密切合作超过了10年,来帮助他们识别和减轻海啸灾害。作为美国国家海啸减灾计划(National Tsunami Hazard mitigation Program,简称NTHMP)的最初参与者,加州应急管理者和地球科学家共同负责加州在该项目计划协调委员会中的任务。现在,加州应急管理处(CalEMA)和加州地质调查局(CGS)一起承担这个职责,一起完成加州海啸减灾和准备工作计划。该计划的一部分要求加州地质调查局继续提供关于海啸来临前、海啸进行中以及海啸结束后的科学知识。

在海啸预警中,美国国家海洋和大气管理局与加州应急管理处和地方应急管理人员密切合作,为州内5个地区提供预报信息。但是,在加州840英里长的海岸线上有20个县和超过80个城市易于遭受海啸的影响,并且需要来自州以外的技术援助。加州应急管理处向加州地球科学专家咨询,专家有:加州地质学家和加州地质调查局的海啸减灾计划的成员,来自洪堡州立大学的Lori Dengler博士,和其他来自南加利福尼亚大学海啸研究中心和私人企业的海啸专家。在2009年9月29日的海啸预警响应中,加州地球科学家提供了信息并支持联邦、州和地方机构的决策者的工作。本报告将总结在这次灾难中,地球科学家采取的行动、对需求的评价,并讨论加州地球科学家在美国国家海洋和大气管理局未来海啸预警中的作用。

2 美国国家海洋和大气管理局西海岸/阿拉斯加海啸预警中心(WC/A TWC)的海啸预警规则

加利福尼亚位于WC/A TWC的责任区内,这里有国家气象服务中心的4个地方办公室,这些办公室的预警协调气象学家协助海啸警报工作。为了澄清海啸警报信息,最近制定了在该地区发布潜在海啸警报或者海啸灾害的新规则[1]。

海啸信息声明。发布信息提醒应急管理者和公众一次地震已经发生,或者在大洋的其他地方已经发布了海啸警报、监视或通告。

海啸监视(Tsunami Watch)。提醒应急管理者和公众一次海啸事件可能影响监视区;可以升级为海啸通告或者海啸警报,也可能被取消——根据最新的信息或分析而定。

海啸通告(Tsunami Advisory)。当可能产生强洋流或者海浪的潜在海啸对海域或附近地区构成威胁时发布(典型的海啸预报振幅为30 cm～1m)。

海啸警报(Tsunami Warning)。当一次显著的、泛滥的潜在海啸即将发生或者预计发生时发布(通常海啸预报振幅超过1m)。

3 该海啸事件应急反应时间表

3.1 2009年9月29日,NOAAWC/ATWC对加利福尼亚的海啸预警信息

10:48 PDT(Pacific Daylight Time,太平洋夏令时,下同)萨摩亚群岛地区发生地震

10:57 PDT WC/ATWC向联邦和州海啸观测站发布“观测信息”

#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

·提供加利福尼亚沿岸很多地区精确到分的海啸到达时间(图1)。

·共享加州5个地区的初始预报模型的水流-深度结果(图2)。

①Crescent City=65 cm(“通告”条件)

②旧金山=20 cm

③圣路易斯港=60 cm(“通告”条件)

④洛杉矶=30 cm(“通告”条件)

⑤圣迭戈=15 cm

#4-16:14 PDTm 8.0通告

#5-17:21 PDTm 8.0通告

·海啸最高峰值已经通过夏威夷,夏威夷观测站支持在加州沿岸发布10～60 cm的海啸。

#6-19:24 PDTm 8.0通告

#7-21:28 PDTm 8.0通告

#8-23:30 PDTm 8.0通告

·海啸在西海岸许多地区达到了最大值。人们的希望是在接下来的几个小时海啸的高度能减小。

#9-9/30 1:28 PDT取消

3.2 2009年9月29日,由CGS和Lor i Dengle博士(洪堡州立大学)向加州应急管理者(EM s)、NOAA WC/ATWC和区域预警协调气象学家(WCM s)及当地EM s提供的补充信息

14:39 PDT CGS向加州EM s(应急管理者)报告:从NOAA/国家地球物理数据中心海啸事件数据库搜索与震源区相似的海啸事件,发现1917年6月26日M 8.3地震事件,曾在加利福尼亚引起小型海啸(图2)。从潮汐高度看,在旧金山和圣迭戈海啸的振幅分别为10 cm和4 cm。Lander等[2]报告该海啸没有在加利福尼亚产生破坏。

15:50 PDT Dengler向NOAA WCMs、加州和地方应急管理者报告:在州级范围内应急管理者远程会议上,提供了对NOAA海啸通告的解释,并回答了当地社区可能面临的海啸危险性问题,这种危险性来自潜在强海啸流和可能持续一段时间的海啸活动。

17:17 PDT CGS向州EM s、NOAA WC/ATWC和WCM s报告:提供了面临危险的另外一些社区的信息,此信息基于已有数值模型和全州绘图计划(图3)[3-4]。提出了4个情况与Crescent City和圣路易斯港类似的地区:

图1 初始估计的最大波幅图(NOAA)。(引自:http://wcatwc.arh.noaa.gov/previous.events/09-29-09-Samoa/09-29-09.htm)

图2

·BodegaBay(来自太平洋西南地区的数据模型显示海啸幅值增大)

·Half Moon Bay(数据模型显示海啸幅值增大)

·Santa Cruz(数据模型显示海啸幅值增大)

·Cay ucos(数据模型显示海啸幅值增大)

其他问题包括:

·CGS提供的潮汐预计图表明旧金山湾以北区域在首波到达时将处于高潮位。

·CGS建议应当提醒地方社区海啸在加州的实际到达时间可能有10～15min的变化。

·NOAA和CGS讨论了由于震源动力学和位置的不确定性/差异性使预测模型可能产生潜在误差。震源区俯冲带的陡弯使地壳结构非常复杂,从而使方向预算也变得非常复杂(图3)。因为震源是正断层而非逆冲断层,根据逆冲断层的模型报告结果可能是错误的。

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

4 加州的海啸应急响应评估

表1显示的是最初预计的与记录到的海啸波振幅和萨摩亚群岛海啸到达加州的时间对比(来自WC/ATWC网站;一些地区一分钟潮汐曲线见图4a～4e)。

记录到的海啸波振幅大约是最初预计的一半(48%),与Whit more[5]描述的预测模型的潜在误差一致。同样,沿海岸线的几个地点记录到的初至到时也晚了17～48min。一份美国国家海洋和大气管理局的事后评估报告确定造成振幅和到时误差的因素可能有:①预测模型断层运动(逆冲)和实际断层运动(正)有差别;②震源区的复杂性导致海啸方向的不确定性;③加州一些地方的测潮计噪声影响了观测的初至时间。对预测振幅和到时的不确定性应有个更好的认识,以便对不是地球科学方面专家的人进行解释。

加州地质调查局正在收集4个地区(Bodega Bay、Half Moon Bay、Santa Cruz和Cay ucos)的海啸波振幅信息,这些地方受海啸袭击的状况与Crescent City和圣路易斯港类似。这些地方都没有固定的测潮计,但迄今为止,其中一个地方有一位海啸目击者的描述。USGS的AndyRitchie在SantaCruz港观察到海啸波振幅比平常高了约0.7m。迄今为止,这一估算值是在加州观测到的9月29日海啸的最大振幅,由此,这一地点也被确认为处于本次事件的通告级别。

加州和地方应急管理者的事后调查发现,来自加州地球科学家的信息帮助应急管理者明白在灾难中应该采取何种行动。加州地质调查局提供了以下几方面信息:潜在海啸振波幅增大和易受海啸袭击的区域、旧金山湾以北的高潮汐状况、海啸到时的不确定性等,这些信息都是海岸应急管理人员通过海啸警报传递系统和远程会议接收到的,在他们的决策中也考虑了这些信息。在全州远程会议中,Lo ri Dengler博士的参与帮助应急管理人员更好地了解美国国家海洋和大气管理局的预警信息传递系统、预报信息和预期的海啸灾难。

表1 最初预计的与记录到的海啸波振幅和萨摩亚群岛海啸到达加州的时间对比

图4 5个地区的一分钟潮汐曲线

5 地球科学家对2009年9月29日事件的海啸前现场应急响应

每当一次事件发生后,地球科学家都会组织起团队到现场收集那些稍纵即逝的海啸数据。但在远程海啸到达之前,还没有一个有组织的行动来建立一支现场应急响应队伍。这支团队可以负责收集数据,并将信息迅速反馈给其他的地球科学家、应急管理者和公众。

如Santa Cruz的Andy Ritchie一样,南加州的地球物理学家Mark Legg博士也提出这种现场工作非常有用。Legg在南加州Santa Ana河口附近观测海啸,发现好几十个高达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导致退潮的潮流加速,沿着河床的沙砾被迅速地剥蚀。

除了科学观测外,Legg还与当地的一位记者见面,并且录下他们讨论他在海啸到来时发现的图像资料。这段视频被上传到You Tube,其后被转帖到其他网站或论坛,Legg的分析告诉公众并不是所有的海啸都是巨大的灾难,即使研究小的海啸也可以提供有用的信息。

在海啸事件中,如果组建一个州级的信息共享中心,野外地球科学家的观测对应急管理人员而言是极有用的。野外地球科学家可以将信息传达给当地应急管理者和现场管理人员,以便于与信息中心负责人分享信息。类似于夏威夷的海啸观测计划,实时科学信息可以帮助确定怎样才能充分利用州级应急资源。

6 结论和未来工作

在萨摩亚海啸事件中加州的经验表明,加州地球科学家在海啸预警中可以为地方应急管理者提供有用的信息和帮助。他们可以传达来自美国国家海洋和大气管理局预测振幅和到时的信息,以便州和地方应急管理者在他们的权限范围内可以做出最佳的行动方案。另外,因为在加州海岸80个社区中预测模型只针对其中的5个,州地球科学家可以利用现存的海啸泛滥数据来模拟其他社区的灾害风险水平。同样,野外地球科学家也可以提供实时反馈信息给州和地方应急管理者和公众。

虽然加州地质调查局被纳入到全州海啸应急响应系统中,但是在海啸应急响应中加州地质调查局和其他地球科学家的作用应该被扩大。加州地质调查局将与美国国家海洋和大气管理局和州及地方应急管理者密切合作,拟定一个协调的海啸应急方案,向当地决策者提供最有价值、最及时的信息。这个应急方案应包括:

(1)刚刚接触和将要接触地球科学的人士都与美国国家海洋和大气管理局、州和地方应急管理者一起参加所有相关会议和远程会议。

(2)回顾历史记录,将其与现时正在发生的事件进行对比。

(3)评估在海啸活动期全州将会出现的潮位情况。

(4)为美国国家海洋和大气管理局预测模型所没有覆盖的地区提供预期要发生的海啸灾难(流深、强流等)的补充信息。

加州地球科学家参与未来海啸应急方案活动应包括:

(1)通过美国国家海啸减灾计划,加州海啸计划将密切与美国国家海洋和大气管理局合作,简化其海啸警报信息的传递流程并扩展其预测模型的覆盖面。加州地球科学家要向美国国家海洋和大气管理局提供反馈信息,这些信息可以阐明海啸预测数据的不确定性。另外,加州全力支持美国国家海洋和大气管理局用于得出加州海啸预测模型的数字海拔模型的扩展。

(2)加州地质调查局计划设计海啸应急方案手册,其中包括采自最近全州淹没地图项目的信息,为地方应急管理人员在海啸事件中做参考。方案手册里的信息将帮助确定其沿海社区的相关灾难程度,同时包括海啸流深、流速和到达时间的估算值。

(3)加州地质调查局正在建立一个海啸前和海啸后的现场应急响应队伍和由地球科学家组成的州级信息共享中心来协助州和地方官员。另外,除了记录正在到来的海啸效果外,现场应急队伍人员每年都要聚会,同时在海啸来临前、进行中、离开后能有效地为地方应急管理者和公众提供帮助。

感谢吴忠良老师为本刊提供资料。

资料来源:American Geophysical Union,Fallmeeting 2009,abstract#U 21E-2184

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

(中国地震局地球物理研究所 蒋 伟 译;孙振凯 校)

(译者电子信箱,蒋 伟: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。