Sistema di allerta maremoto basato sulla misura di onde idro-acustiche

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1 Sistema di allerta maremoto basato sulla misura di onde idro-acustiche C. Cecioni 1, G. Bellotti 1 and L. Franco 1 1 Roma Tre University

2 Obiettivo e schema della presentazione Modellazione ed utilizzo delle onde idro-acustiche generate da terremoti sottomarini per la previsione dell onda di maremoto. Introduzione sistemi di allerta maremoti Onde idro-acustiche generate da veloci movimenti del fondale marino. - Soluzione analitica del problema omogeneo su fondali costanti - Simulazioni parametriche delle onde idro-acustiche. - Derivazione di un equazione integrata sulla verticale Conclusioni e ringraziamenti

3 Lo tsunami a Sumatra - 26 Dicembre 2004 Terremoto 9.0 Mw 231,594 vittime, 45,752 dispersi, 1.69 milioni di persone evacuate Sri Lanka (35,000 vittime); India (18,000 vittime); Thailandia (8,000 vittime)

4 Tsunami Early Warning System Intergovernmental Coordination Groups Indian Ocean Tsunami Warning and Mitigation System (ICG/IOTWS) North-eastern Atlantic, the Mediterranean and connected seas Tsunami Warning and Mitigation System (ICG/NEAMTWS) Pacific Tsunami Warning and Mitigation System (ICG/PTWS)

5 Lo tsunami a Tōhoku 11 Marzo 2011 Terremoto 9.0 Mw, a 70 km dalla costa 15,867 vittime, 6,109 feriti, 2,909 persone disperse Incidente nucleare Nessuna vittima negli altri paesi 5

6 Sistemi di allerta maremoto Sistemi basati su misure sismiche La registrazione dello stesso maremoto è essenziale per l affidabilità della previsione. Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis nei mari più chiusi (come il Mar Mediterraneo) il tempo per diffondere l allerta è dell ordine dei minuti non più delle ore.

7 Sistema di allerta maremoti Utilizzo in tempo reale di onde di superficie e onde idro-acustiche Terremoto sottomarino Onde di superficie Onde idro-acustiche c = gh c s = ε ρ c 170 m/s h = 3000 m c s = 1500 m/s Modello numerico per la generazione e propagazione di onde di maremoto e onde idro-acustiche A supporto di un sistema di previsione e allerta maremoti

8 Generazione e Propagazione di onde idro-acustiche h = 3 km b = 5 km τ = 1 s ζ 0 = 1 m Pressione (kpa) ζ(x,y,t) Modello di spostamento verticale del fondale (terremoto) ζ 0

9 Equazione delle onde in fluidi debolmente comprimibili φ Potenziale di velocità c s velocità del suono in acqua g accelerazione di gravità h tirante idrico ζ 0 h(x,y,t) = h b (x,y) ζ(x,y,t) Modello terremoto Elevazione della superficie libera η 1 = g φ t Pressione p = ρφ t ζ 0 Pressione Modello di terremoto ζ(x,y,t)

10 Soluzione del problema omogeneo Separazione delle variabili Due equazioni differenziali ordinarie β = β n = costante di separazione

11 Soluzione unica Infinite soluzioni Studi di Aggiornamento sull'ingegneria Off-Shore e Marina Relazione di dispersione Onda di superficie Onde idroacustiche

12 Campo d onda sul piano orizzontale (x,y) n = 0 Modo propagatorio n 1 Modi propagatori Modi evanescenti

13 Frequenza di Cut-off 0,25 0,75 n=1 h = 1500 m c = 1500m/s

14 Frequenza di Cut-off n=1 h = 1500 m c = 1500m/s η (m)

15 Elevazione della superficie libera in acqua comprimibile η (m) η (m) x p = 50 h = 1.5 km b = 15 km ζ 0 = 1 m τ = 1 s v = 1 m/s x p = 100 x p = 150 x p = min t (s) t (s)

16 Simulazioni parametriche Molteplici simulazioni 3D sono state implementate numericamente, variando I parametri cinematici del movimento del fondale (v, ζ 0, τ), ma tenendo costante il tirante idrico (h) e l estensione del terremoto (b) Condizioni di risonanza per τ uguale al periodo proprio della colonna d acqua e ai suoi multipli.

17 Simulazioni parametriche Elevazione della superficie libera (η) a punti distanti 200 km dalla fine del terremoto η b=5km b=15km b=30km b=45km b=60km C = 1.06 D = 0.66

18 Equazione integrata sulla verticale MSEWC Propagazione del maremoto in acque profonde Onde di piccola ampiezza, dispersive in frequenza MSE Bellotti et al 2008; Coastal Engineering MSEWC equazione integrata sulla verticale per fluidi debolmente comprimibili MSEWC Sammarco P., Cecioni C., Bellotti G., Abdolali A., 2013, Depth-integrated equation for large scale modelling of low-frequency hydroacoustic waves, Journal of Fluid Mechanics, Vol 722, R6, doi: /jfm

19 n = 0 n = 1 n = 2 Validazione del modello η (m) Un modello numerico agli elementi finiti è stato usato per risolvere la MSEWC DFT(η)

20 Validazione del modello b = 15 km τ = 1 s ζ 0 = 1 m Modelli integrati sulla verticale (2DH) MSEWC MSE Modello 3D per fluido comprimibile

21 Conclusioni La misura in acque profonde delle onde idro-acustiche permetta di segnalare l arrivo dell onda di maremoto con netto anticipo. La modellazione di tale onde può in principio migliorare di molto l efficacia dei sistemi di allerta. E stata derivata un equazione integrata sulla verticale per la riproduzione delle onde in acque debolmente comprimibili (MSEWC). La soluzione di tale equazione permette di descrivere accuratamente il fenomeno con costi computazionali ridotti

22 Design, construction and operation of the Submarine Multidisciplinary Observatory SMO Giorgio Riccobene, INFN Giorgio Bellotti, University of Roma Tre Francesco Simeone, University of Rome Sapienza 1. Astrofisica: identificazione acustica dei neutrini 2. Bioacustica: tracciamento dei cetacei 3. Geofisica: misura idro-acustica dei terremoti sottomarini