| Резюме PDF RUS. .PDF ENG | Полный текст PDF RUS. .PDF ENG |
Резюме. Целью работы являлось исследование задачи о волнах в слое несжимаемой жидкости постоянной глубины. Интерес к задаче возник в связи с возбуждением и распространением поверхностных волн в Тихом океане в результате мощного эксплозивного извержения вулкана Хунга Тонга–Хунга Хаапай 15.01.2022. Рассматривались потенциальные движения жидкости. Возмущения задавались в виде кратковременного импульса давления над свободной поверхностью и в виде волн давления, возникающих в результате распада начальной области повышенного давления в атмосфере (волн Лэмба). Получены решения для вынужденных и свободных волн на поверхности, а также вынужденных и свободных волн давления на дне слоя жидкости. В приближении длинных волн амплитуды свободных поверхностных волн и амплитуды свободных волн придонного давления (в метрах водяного столба) совпадают, в то время как амплитуды вынужденных волн придонного давления выше амплитуд вынужденных поверхностных волн. В случаях, когда в записи давления присутствует только вынужденная составляющая, применение корректирующего множителя дает адекватный результат для поверхностных волн. Если в записи присутствуют обе компоненты (вынужденная и свободная), применение поправочного коэффициента неправомерно, поскольку разделить составляющие невозможно. Оценка амплитуд поверхностных волн по данным о давлении на дне может давать неадекватный результат. Полученные результаты обсуждаются в связи с оперативным прогнозом цунами по данным донных станций измерения уровня океана. Сформулировано предложение о возможном способе адекватной оценки амплитуды поверхностных волн при возбуждении их движущейся областью переменного давления.
Ключевые слова:
волны на воде, волны Лэмба, вынужденные волны, барические волны, свободные волны, гравитационные волны, цунами, измерения уровня океана, оперативный прогноз цунами, службы предупреждения о цунами, Тихий океан
Для цитирования: Королёв Ю.П. Волны в слое жидкости, возбуждаемые вариациями давления над свободной поверхностью. Геосистемы переходных зон, 2025, 11 с.
https://doi.org/10.30730/gtrz.2025.0.wif-2, https://elibrary.ru/loobm, http://journal.imgg.ru/web/full/f2025-0-2.pdf
For citation: Korolev Yu.P. Waves in a fluid layer excited by pressure variations above the free surface. Geosistemy perehodnykh zon = Geosystems of Transition Zones, 2025, 11 p.
https://doi.org/10.30730/gtrz.2025.0.wif-2, https://elibrary.ru/loobm, http://journal.imgg.ru/web/full/f-e2025-0-2.pdf
Список литературы
1. Terry J.P., Goff J., Winspear N., Bongolan V.P., Fisher S. 2022. Tonga volcanic eruption and tsunami, January 2022: globally the most significant opportunity to observe an explosive and tsunamigenic submarine eruption since AD 1883 Krakatau. Geoscience Letters, 9(24). https://doi.org/10.1186/s40562-022-00232-z
2. Соловьева М.С., Падохин А.М., Шалимов С.Л. 2022. Мегаизвержение вулкана Хунга 15 января 2022 г.: регистрация ионосферных возмущений посредством СДВ и ГНСС радиопросвечивания. Письма в ЖЭТФ , 116(11): 816–821.
3. Amores A., Monserrat S., Marcos M., Argueso D., Villalonga J., Jorda G., Gomis D. 2022. Numerical simulation of atmospheric Lamb waves generated by the 2022 Hunga-Tonga volcanic eruption. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL098240. https://doi.org/10.1029/2022GL098240
4. Kubota T., Saito T., Nishida K. 2022. Global fast-traveling tsunamis driven by atmospheric Lamb waves on the 2022 Tonga eruption. Science, 377(6601): 91–94. https://doi.org/10.1126/science.abo4364
5. Matoza R.S., Fee D., Assink J.D., Iezzi A.M., Green D.N., Kim K., Toney L., Lecocq T., Krishnamoorthy S., Lalande J.-M. et al. 2022. Atmospheric waves and global seismoacoustic observations of the January 2022 Hunga eruption, Tonga. Science, 377(6601): 95–100. https://doi.org/10.1126/science.abo7063
6. Nosov M.A., Kolesov S.V., Sementsov K.A. 2023. Interpretation of signals recorded by ocean-bottom pressure gauges during the passage of atmospheric lamb wave on 15 January 2022. Remote Sensing, 15(12), 3071. https://doi.org/10.3390/rs15123071
7. Gusman A.R., Roger J., Noble C., Wang X., Power W., Burbidge D. 2022. The 2022 Hunga Tonga–Hunga Ha’apai volcano air-wave generated tsunami. Pure and Applied Geophysics, 179: 3511–3525. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03154-1
8. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. 1986. Теоретическая физика: учеб. пособие: в 10 т. Т. 6. Гидродинамика. 3-е изд. М.: Наука, 736 с.
9. Purkis S.J., Ward S.N., Fitzpatrick N.M., Garvin J.B., Slayback D., Cronin S.J., Palaseanu-Lovejoy M., Dempsey A. 2023. The 2022 Hunga-Tonga megatsunami: Near-field simulation of a once-in-a-century event. Science Advances, 9(15). https://doi.org/10.1126/sciadv.adf5493
10. Shrivastava M.N., Sunil A.S., Maurya A.K., Aguilera F., Orrego S., Sunil P.S., Cienfuegos R., Moreno M. 2023. Tracking tsunami propagation and Island’s collapse after the Hunga Tonga Hunga Ha’apai 2022 volcanic eruption from multi space observations. Scientific Reports, 20109. https://doi.org/10.1038/s41598-023-46397-1
11. Носов М.А., Семенцов К.А., Колесов С.В., Прядун В.В. 2022 . Проявления атмосферной волны Лэмба в вариациях придонного давления. Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия, 6: 66–73.
12. Miyashita T., Nishino A., Ho T.-C., Yasuda T., Mori N., Shimura T., Fukui N. 2023. Multi-scale simulation of subsequent tsunami waves in Japan excited by air pressure waves due to the 2022 Tonga volcanic eruption. Pure and Applied Geophysics , 180: 3195–3223. https://doi.org/10.1007/s00024-023-03332-9
13. Tanioka Y., Yamanaka Y., Nakagaki T. 2022. Characteristics of the deep sea tsunami excited offshore Japan due to the air wave from the 2022 Tonga eruption. Earth, Planets and Space, 74(61). https://doi.org/10.1186/s40623-022-01614-5
14. Kubo H., Kubota T., Suzuki W., Aoi S., Sandanbata O., Chikasada N., Ueda H. 2022. Ocean-wave phenomenon around Japan due to the 2022 Tonga eruption observed by the wide and dense ocean bottom pressure gauge networks. Earth, Planets and Space, 74, 104. https://doi.org/10.1186/s40623-022-01663-w
15. Omira R., Ramalho R.S., Kim J., Gonzalez P.J., Kadri U., Miranda J.M., Carrilho F., Baptista M.A. 2022. Global Tonga tsunami explained by a fast-moving atmospheric source. Nature, 609: 734–740. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04926-4
16. Fujii Y., Satake K. 2024 . Modeling the 2022 Tonga eruption tsunami recorded on ocean bottom pressure and tide gauges around the Pacific. Pure and Applied Geophysics, 181: 1793–1809. https://doi.org/10.1007/s00024-024-03477-1
17. Ren Z., Higuera P., Liu P.L.-F. 2023. On tsunami waves induced by atmospheric pressure shock waves after the 2022 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai volcano eruption. Journal of Geophysical Research: Oceans, 128, e2022JC019166. https://doi.org/10.1029/2022JC019166
18. Heidarzadeh M., Gusman A.R., Ishibe T., Sabeti R., Sepic J. 2022. Estimating the eruption-induced water displacement source of the 15 January 2022 Tonga volcanic tsunami from tsunami spectra and numerical modeling. Ocean Engineering, 261, 112165. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.112165
19. Hu G., Li L., Ren Z., Zhang K. 2023 . The characteristics of the 2022 Tonga volcanic tsunami in the Pacific Ocean. Natural Hazards and Earth System Sciences, 23(2): 675–691. https://doi.org/10.5194/nhess-23-675-2023
20. Proudman J. 1929. The effects on the sea of changes in atmospheric pressure. Geophysical Journal International , 2: 197–209. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1929.tb05408.x
21. Monserrat S., Vilibic I., Rabinovich A.B. 2006 . Meteotsunamis: atmospherically induced destructive ocean waves in the tsunami frequency band. Natural Hazards and Earth System Sciences, 6(6): 1035–1051. https://doi.org/10.5194/nhess-6-1035-2006
22. Saito T., Kubota T., Chikasada N. Y., Tanaka Y., Sandanbata O. 2021. Meteorological tsunami generation due to sea-surface pressure change: Threedimensional theory and synthetics of ocean-bottom pressure change. Journal of Geophysical Research: Oceans, 126, e2020JC017011. https://doi.org/10.1029/2020JC017011
23. Liu P.L.-F., Higuera P. 2022. Water waves generated by moving atmospheric pressure: Theoretical analyses with applications to the 2022 Tonga event. Journal of Fluid Mechanics , 951(A34). https://doi.org/10.1017/jfm.2022.840
24. Korolev Yu.P. 2011. An approximate method of short-term tsunami forecast and the hindcasting of some recent events. Natural Hazards and Earth System Sciences, 11(11): 3081–3091. https://doi.org/10.5194/nhess-11-3081-2011
25. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. 1973. Методы теории функций комплексного переменного. М.: Наука, 736 с.
26. Стокер Дж.Дж. 1959. Волны на воде. М.: Изд-во иностранной литературы, 620 с.
27. Королев Ю.П., Королев П.Ю. 2025 . Оценка цунами в Тихом океане, вызванного взрывом вулкана Хунга Тонга–Хунга Хаапай 15 января 2022 г., экспресс-методом оперативного прогноза. [Электронный ресурс]. Геосистемы переходных зон, 9(1). http://journal.imgg.ru/web/full/f2025-1-4.pdf; https://doi.org/10.30730/gtrz.2025.9.1.056-065