Система раннего предупреждения о цунами в Индийском океане находится на правильном пути. Консорциум немецких ученых-геологов и ученых-морелогов, ответственных за разработку, сделал этот положительный вывод по случаю приближающейся третьей годовщины катастрофы 26 декабря 2004 года.
Важные этапы, такие как разработка программного обеспечения для автоматической сейсмической оценки SeisComP3 и подводной связи для передачи данных о давлении со дна океана в центр оповещения, уже выполнены. Однако расчеты моделей океана, включая исходные модели, уже доступны в базе данных. Таким образом, система может быть введена в эксплуатацию в конце 2008 года.
Система наземных, океанских и спутниковых приборов
Сразу после катастрофы, унесшей жизни почти четверти миллиона человек, федеральное правительство поручило Ассоциации Гельмгольца в лице GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) разработать систему раннего предупреждения о цунами.. Всего через три недели после катастрофы группа под руководством GFZ смогла представить федеральному правительству концепцию GITEWS (немецко-индонезийской системы раннего предупреждения для Индийского океана).
Это предусматривает систему наземных, океанских и спутниковых инструментов, поддерживаемых мерами по обучению и обучению. «Поскольку GFZ занимается геонаучными исследованиями в этой области Южной Азии с 1992 года, он смог напрямую учесть результаты этого исследования и быстро отреагировать», - объясняет профессор Рейнхард Хюттль, председатель GFZ.«Мы также хотим установить эту систему раннего предупреждения в других регионах, находящихся под угрозой исчезновения, таких как Средиземноморье и Атлантика».
Федеральное министерство образования и исследований финансирует разработку системы раннего предупреждения о цунами для Индийского океана за счет 45 евро из средств федерального правительства в размере 500 миллионов евро в рамках помощи пострадавшим от наводнения.
Сейсмологические компоненты
Более 90 процентов всех цунами вызваны подводными землетрясениями. Катастрофическое землетрясение в декабре 2004 года магнитудой 9,3 стало вторым по силе разломом в земной коре, когда-либо измеренным. Быстрая и правильная сейсмологическая регистрация и оценка землетрясения является основным требованием к системе оповещения. Основной проблемой здесь является безотказная регистрация и точная количественная оценка сильных землетрясений вблизи эпицентра землетрясения.
С уже установленной сетью сейсмометров и системой программного обеспечения SeisComP3, разработанной GFZ, которая была введена в эксплуатацию в Индонезии в мае 2007 года, теперь впервые доступен инструмент, который также регистрирует сильные землетрясения быстро и надежно и оценивает. Эта система уже доказала свою работоспособность в нескольких случаях: в случае землетрясения Бенгкулу у южной Суматры 12 сентября того же года магнитуда 8,0 и местонахождение начала разрыва могли быть определены в течение четырех минут. В результате сейсмическая служба Индонезии BMG впервые выпустила предупреждение о цунами на основе таких данных.
Тем временем SeisComP3 также был принят в качестве стандарта в некоторых других странах, граничащих с Индией, например, в Индийском центре предупреждения о цунами. Система предупреждения о цунами для Средиземного моря и Северной Атлантики также начнет опытную эксплуатацию в 2008 году на основе этого программного обеспечения. «С программным обеспечением и методологическими разработками в рамках GITEWS мы устанавливаем новые стандарты для мониторинга землетрясений, особенно - но не только
- для предупреждения о цунами», - говорит Винфрид Ханка, руководитель проекта по мониторингу землетрясений GITEWS в GFZ.
Океанографические компоненты
Однако только на основании сейсмических измерений ученые не могут решить, произошло ли цунами после землетрясения. Поэтому прямое измерение цунами в море должно производиться океанографическими приборами. Поскольку не каждое землетрясение порождает цунами, океанографические измерения также служат чрезвычайно важной задаче - дать полную картину до того, как произойдет цунами.
Это особенно важно в Индонезии, так как сильные землетрясения очень быстро ощущаются на побережье и могут привести к паническим реакциям. Здесь возможный сигнал полной ясности перед цунами должен быть дан так же быстро, как и предупреждение. Для этой цели в GITEWS используются различные компоненты.
Буйные системы
Запланировано установить десять буев для окончательного расширения GITEWS, который будет стоять на якоре вдоль дуги Зонда у побережья Индонезии. Эти буи выполняют двойную функцию: с одной стороны, они служат ретрансляционной станцией для данных, которые передаются от подводных блоков (ОБУ - донный блок) на модем на поверхности воды. Затем данные передаются с модема в центр оповещения через спутниковую связь буя. Кроме того, сами буи являются измерительными приборами, с помощью которых регистрируются состояние моря и метеорологические данные.
Что действительно новаторского в этих буях, так это их GPS-функциональность: с помощью GPS-измерений можно также измерить прохождение цунами - независимо от измерительных устройств на морском дне. Это большой шаг вперед по сравнению с системами буев, использовавшимися до сих пор, такими как те, что используются в Тихом океане.
Сочетая подводные и надводные измерения, новые буи гарантируют более высокую доступность и более низкую вероятность отказа. Тило Шёне, GFZ Potsdam, возглавляет рабочие пакеты «GPS-буй» и «береговой датчик»: «Опираясь на опыт, полученный с двумя испытательными системами, уже имеющимися в Индонезии, в настоящее время готовятся к использованию восемь дополнительных систем буев. Они будут установлены у берегов Суматры и Явы летом 2008 года и добавят важный компонент в систему предупреждения о цунами».
OBU - донный блок
Измерительные блоки, размещенные на морском дне, в первую очередь с высокой точностью регистрируют давление воды, потому что оно меняется при прохождении волны цунами. Это стандартная процедура, которая также используется в других системах предупреждения о цунами. Кроме того, в GITEWS используются специальные сейсмометры, которые также регистрируют волны землетрясений на дне океана. Сложность этого нового метода заключается не в регистрации давления или волн землетрясения, а в онлайн-передаче данных измерений со дна океана на глубине более четырех километров на поверхность воды.
Первые попытки с коммерчески доступными передающими модемами не соответствовали требованиям в отношении необходимой полосы пропускания, поскольку передача акустического сигнала с глубины более четырех километров в термически и соленой стратифицированной океанской воде не является тривиальной. Поэтому, параллельно с другими работами GITEWS, совместно с немецкими малыми и средними предприятиями была разработана новая система передачи акустических данных. «Так называемая система измерения давления на грунт PACT (датчик цунами на основе акустической связи) используется для определения повышения уровня моря в глубоком океане в режиме реального времени и была успешно испытана в глубоком море у Канарских островов в ноябре 2007 года», - говорится в сообщении. Руководитель проекта PACT Олаф Бебель из Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера.
Измерения уровня
Цунами проходят через глубокие воды со скоростью реактивных самолетов. Они становятся медленными только на мелководье, но скапливаются в прибрежных районах с высотой волн до 30 метров. Поэтому важно зарегистрировать цунами с помощью прибрежного мареографа в подходящих местах, например, на прибрежных островах, до того, как волна достигнет материка.
В рамках проекта GITEWS в Индийском океане уже установлено семь гидрометрических станций, так что надежные гидрометрические данные теперь доступны не только на побережье Индонезии, но и в странах граничащие с Индийским океаном, например в Южной Африке (остров Мариан), в Йемене (Аден) и в Иране (Чабахар).«Измерения уровня во время предупреждения о цунами, особенно на островах у берегов Суматры, позволяют надежно прогнозировать, следует ли ожидать значительной волны цунами, и позволяют оценить максимально возможное затопление густонаселенных районов, таких как Паданг», - объясняет Шёне..
Симуляторы
Моделирование цунами играет важную роль во всем процессе предупреждения. Общая картина ситуации рассчитывается на основе поступающих данных измерений, которые доступны только в нескольких точках. Вскоре после землетрясения можно оценить время прибытия, высоту волн или зоны затопления на пострадавших участках побережья. В сочетании с другими данными, такими как структура поселений, это дает исходную картину ситуации для властей и населения. Поскольку время предупреждения в Индонезии чрезвычайно короткое, заранее просчитываются тысячи различных сценариев. Затем на основе измеренных данных из базы данных выбираются подходящие сценарии.
Эти сценарии содержат необходимую информацию о времени прибытия, высоте волн и оценках риска. Оценка ситуации с помощью сценариев будет уточняться и стабилизироваться по ходу события и по мере увеличения объемов поступающих данных.
Оценка ситуации, полученная в результате моделирования, также является основой для оповещения о более удаленных районах, которым может угрожать опасность цунами, таких как Индия, Шри-Ланка или побережье Восточной Африки. «Благодаря одновременному использованию и оценке всех данных, доступных на соответствующий момент времени, мы впервые в мире сможем предоставить точную картину ситуации через короткое время. Основой для этого достижения является новое программное обеспечение для моделирования цунами TsunAWI, основанное на неструктурированных треугольных сетках, и инновационная модель движения земной коры, разработанная в AWI ив GeoForschungsZentrum Potsdam», - говорит Йорн Беренс, координатор моделирования GITEWS. Модели теперь доступны, и база данных моделирования в настоящее время заполняется ими.
Центр предупреждений
Сердцем системы раннего оповещения является центр оповещения. Здесь собираются все данные датчиков, отсюда проверяются и контролируются все приборы, и здесь происходит синтез всех данных с предварительно рассчитанными симуляциями и создание предупреждающего сообщения. Эти действия обобщаются в системе поддержки принятия решений (DSS=Центр поддержки принятия решений), которая на основе имеющейся информации предоставляет ответственному дежурному обзор текущей ситуации и вырабатывает предложения по принятию решений. Концептуально и по сложности эта система не сравнима ни с одной другой системой в мире. Работа над этой системой в Немецком аэрокосмическом центре (DLR) уже идет полным ходом, так что в начале 2008 года в Индонезии будет установлен первый прототип.
Последняя миля
Самое быстрое предупреждение бесполезно, если так называемая «последняя миля» до пляжа не перекрыта. Люди, живущие в районах, находящихся под угрозой, должны быть не только заблаговременно предупреждены о приближающемся цунами, но и обучены тому, как реагировать на предупреждающее сообщение и как можно быстрее добраться до безопасного места. Япония ввела такие учения по тревоге от школ до промышленных предприятий в качестве национальной программы, и эти меры только сейчас внедряются в странах, граничащих с Индийским океаном.
В дополнение к обучению населения существуют также программы академического обучения и повышения квалификации, в рамках которых, например, проводятся регулярные курсы обучения для различных групп датчиков или моделирование рисков для экспертов и ученых.. Кроме того, Общество технического сотрудничества (GTZ) проводит в трех пилотных регионах мероприятия по укреплению местных механизмов борьбы со стихийными бедствиями, которые в первую очередь направлены на развитие необходимого институционального и организационного потенциала. Сотрудники Федерального института геонаук и природных ресурсов (БГР) продолжают эти консультации на национальном уровне.
Университет Организации Объединенных Наций (УООН) обучает молодых индонезийских ученых по программе докторантуры, чтобы впоследствии обеспечить работу и расширение системы раннего предупреждения с научной точки зрения. «Благодаря этому широкому спектру мер по обучению и повышению квалификации мы вносим устойчивый вклад в разработку системы раннего предупреждения о цунами для Индонезии и соседних стран», - говорит профессор Торстен Шлурманн, директор Института гидротехники и прибрежных вод им. Франциуса. Инжиниринг в Университете Лейбница в Ганновере По заказу УООН совместно с коллегами из GTZ руководит пакетом работ «Наращивание потенциала».
Просмотр в будущем
GITWES будет технически готов к концу 2008 г., если, как и прежде, график будет соблюден. «Мы предполагаем, что никаких чрезвычайных событий не произойдет», - говорит координатор проекта Йорн Лаутерджунг из GeoForschungsZentrum.«С начала 2009 года мы будем эксплуатировать систему раннего предупреждения о цунами вместе с нашими индонезийскими партнерами на этапе совместной эксплуатации, чтобы полностью передать ее Индонезии в 2010 году».
Экстраординарное событие, такое как землетрясение 2004 года, может, однако, нарушить график. Оценки уязвимости, такие как те, которые в настоящее время составляются для Индонезии в рамках GITEWS, показывают, что подготовка должна быть сделана, но это также возможно. Даже идеально работающая система раннего оповещения не может обеспечить полную защиту - повторяющиеся катастрофические землетрясения ясно показывают стихийную силу в земной системе.
«Наша задача - свести к минимуму количество жертв», - говорит Лаутерджунг, добавляя пример: «Спустя более восьми часов после землетрясения 26 декабря 2004 года более 6000 человек погибли на востоке побережье Африки км от источника цунами, более 300 человек. Стихийные бедствия такого масштаба всегда будут уносить человеческие жизни, но число этих жертв можно было бы значительно сократить при наличии системы раннего предупреждения.“