По словам Волкера Робера и Джереми Д. Брикера, массивные штормовые системы могут быть причиной разрушительных волн типа цунами. Это произошло во время тайфуна Хайян, обрушившегося на Филиппины в ноябре 2013 года. Тайфун Хайян был одним из самых сильных когда-либо зарегистрированных тайфунов, в результате чего погибло более 6000 человек.Сотрудник службы развития заснял на видео сцену, где волна разрушила часть небольшой рыбацкой деревни (см.
Рис. 1). Волна унесла целые дома и напомнила волны цунами, последовавшие за Великим землетрясением на востоке Японии в 2011 году.
Робер и Брикер исследовали возникновение и характеристики этого явления и нашли удивительно простое объяснение, получившее название «серф-ритм».Когда волны распространяются в открытом океане, их длина определяет скорость распространения.
Более длинные волны обгоняют более короткие, и наложение нескольких волн приводит к образованию групп волн, часто называемых «наборами». Группы волн можно рассматривать как дополнительную длинноволновую составляющую, встроенную в состояние моря и ограниченную штормовыми волнами.Вблизи зоны обрушения волн длинноволновая составляющая не видна напрямую, потому что она очень длинная и перекрывается другими короткими волнами. «Длинные групповые волны могут иметь длину в несколько километров, но их высота намного ниже, чем у отдельных штормовых волн.
Это похоже на то, что характерно для прибрежных цунами», — объясняет Робер.Когда группы волн приближаются к мелководью, они разбивают воду и переносят ее на берег.
Следовательно, накопленный уровень воды пульсирует группами волн. Это то, что называют «ритмом прибоя», и его можно наблюдать на многих пляжах по всему миру.
Хотя волны прибоя обычно безвредны и остаются незамеченными, они оказали разрушительное воздействие на город Эрнани во время тайфуна Хайян. Что более удивительно, так это то, что Эрнани расположен за окаймляющим рифом шириной 0,5 км, который должен был его защищать. «До сих пор мы считали, что рифы служат надежной защитой от штормовых волн», — говорит Брикер. «Но во время Хайяна, казалось, произошло обратное».Оказалось, что крутой склон рифа, ведущий к открытому океану, допускает только очень короткую зону обрушения волн.
Когда волны разбиваются, они рассеивают энергию. Но над крутым склоном рифа процесс обрушения коснулся в основном коротких штормовых волн.
Напротив, длинные групповые волны, которые образуют ритм прибоя, смогли сохранить почти всю свою энергию. Эти волны свободно распространялись по рифовой равнине и даже на пляже круто превращались в бурную волну, разрушившую городскую дамбу и множество домов за ней.
«Мы вычислили эту волну, похожую на цунами, с помощью наших численных моделей, и обнаружили, что ее энергия очень похожа на энергию прошлых цунами в Тихом океане», — говорит Робер.Кроме того, исследователи заявляют, что волна Эрнани не была худшим сценарием.
Если бы период групповых волн был синхронизирован с периодом собственных колебаний окаймляющего рифа, волна усилилась бы из-за резонанса и могла бы быть еще более разрушительной. Такой сценарий имел бы место, если бы ширина рифа была примерно вдвое меньше.
Как показал тайфун Хайян, тропические штормы вызывают разрушения не только из-за сильных ветров. В прибрежных районах они также вызывают наводнения от штормовых нагонов.Штормовой нагон — это аномальное повышение местного уровня моря. Это в основном вызвано ветром, который толкает воду к суше, и низким давлением шторма, из-за которого вода выгибается, как выпуклая линза.
Штормовой нагон может затопить низменные прибрежные районы, аналогично чрезвычайно высокому уровню прилива.В целом агентства по борьбе со стихийными бедствиями определяют прибрежные зоны опасности наводнений на основе изучения паводков, вызванных штормовыми нагонами. В большинстве стран это сейчас делается с помощью компьютерных моделей. Однако в традиционных моделях штормовых нагонов не учитывается важная динамика отдельных штормовых волн, что является правдоподобным объяснением разрушений в Эрнани.
«Модели штормовых нагонов отлично подходят для того, для чего они были разработаны, но они просто не могут объяснить явления, подобные тому, что мы видели в Эрнани», — говорит Брикер. Поэтому оба исследователя считают, что необходимо дополнительно использовать модели нового поколения, которые разрешают отдельные волны для целей снижения опасности.
«Мы разработали точные и мощные числовые инструменты, которые могут вычислить эти опасные волны типа цунами», — говорит Робер. Он особенно рекомендует пересмотреть карты наводнений для прибрежных сообществ, защищенных окаймляющими рифами.
Сюда входят многие острова в тропических и субтропических широтах, которые в прошлом испытали сильные штормы, такие как Окинава и Гавайи.«Волны, подобные цунами, такие как волна в Эрнани, повторится снова», — говорит он. «Но теперь мы можем быть лучше подготовлены».