Observations of Tsunami Waves on the Pacific Coast of Russia Originating from the Hunga Tonga-Hunga Ha'apai Volcanic Eruption on January 15, 2022

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The Hunga Tonga-Hunga Ha´apai volcanic eruption on January 15, 2022 generated a tsunami that affected the entire Pacific Ocean. Tsunami from the event have been generated both by incoming waves from the source area, with a long-wave speed in the ocean of ~ 200–220 m/s, and by an atmospheric wave propagating at a sound speed ~315 m/s. Such a dual source mechanism created a serious problem and was a real challenge for the Pacific tsunami warning services. The work of the Russian Tsunami Warning Service (Yuzhno-Sakhalinsk) during this event is considered in detail. The tsunami was clearly recorded on the coasts of the Northwest Pacific and in the adjacent marginal seas, including the Sea of Japan, the Sea of Okhotsk and the Bering Sea. We examined high-resolution records (1-min sampling) of 20 tide gauges and 8 air pressure stations in this region for the period of January 14–17, 2022. On the Russian coast, the highest waves, with a trough-to-crest wave height of 1.3 m, were recorded at Malokurilskoe (Shikotan Island) and Vodopadnaya (the southeastern coast of Kamchatka). Using numerical simulation and data analysis methods, we were able to separate the oceanic “gravity” tsunami waves from propagating atmospheric pressure waves. In general, we found that on the outer (oceanic) coasts and the southern coast of the Sea of Okhotsk, oceanic tsunami waves prevailed, while on the coast of the Sea of Japan, oceanic and atmospheric tsunami waves had similar heights.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

I. Medvedev

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: patamates@gmail.com
Ресей, Moscow

T. Ivelskaya

Tsunami Warning Center, Sakhalin Administration for Hydrometeorology and Environmental Monitoring

Email: patamates@gmail.com
Ресей, Yuzhno-Sakhalinsk

A. Rabinovich

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: patamates@gmail.com
Ресей, Moscow

E. Tsukanova

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: patamates@gmail.com
Ресей, Moscow

A. Medvedeva

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University

Email: patamates@gmail.com
Ресей, Moscow; Moscow

Әдебиет тізімі

  1. Баранов Б.В., Лобковский Л.И., Куликов Е.А. и др. Оползни на восточном склоне о. Сахалин как источники возможных цунами // Доклады Академии наук. 2013. Т. 449. № 3. С. 334–337.
  2. Зайцев А.И., Пелиновский Е.Н., Долгих Г.И., Долгих С.Г. Регистрация возмущений в Японском море, вызванные извержением вулкана Хунга-Тонга-Хаапай в архипелаге Тонга 15.01.2022 // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2022. Т. 506. № 2. С. 259–264.
  3. Иванова А.А., Куликов Е.А., Файн И.В., Баранов Б.В. Генерация цунами подводным оползнем вблизи восточного побережья о. Сахалин // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика. Астрономия. 2018. № 2. С. 111–116.
  4. Ким Х.С., Рабинович А.Б. Цунами на северо-западном побережье Охотского моря / В Сб.: “Природные катастрофы и стихийные бедствия в Дальневосточном регионе”, Южно-Сахалинск, ИМГиГ ДВНЦ АН СССР. 1990. Т. 1. С. 206–218.
  5. Ковалев Д.П., Ковалев П.Д., Хузеева М.О. Сейши, вызываемые атмосферными возмущениями в диапазоне периодов метеоцунами, у побережья южной половины острова Сахалин // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36. № 4. С. 437–450. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-4-437-450
  6. Куликов Е.А., Рабинович А.Б., Файн И.В. и др. Генерация цунами оползнями на тихоокеанском побережье Северной Америки и роль приливов в этом процессе // Океанология. 1998. Т. 38. № 1. С. 361–367.
  7. Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами и родственных явлений в океане. М.: Янус-К, 2005. 360 с.
  8. Лобковский Л.И., Рабинович А.Б., Куликов Е.А. и др. Курильские землетрясения и цунами 15 ноября 2006 г. и 13 января 2007 г. (наблюдения, анализ и численное моделирование) // Океанология. 2009. Т. 49. № 2. С. 181–197.
  9. Мурти Т. Сейсмические морские волны цунами. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 447 с.
  10. Смирнова Д.А., Медведев И.П. Экстремальные колебания уровня Японского моря, вызванные прохождением тайфунов Майсак и Хайшен в сентябре 2020 г. // Океанология. 2023. Т. 63. № 5. С. 718–732. https://doi.org/10.31857/S0030157423050179
  11. Смышляев А. Время красной рыбы. Петропавловск-Камчатский: Новая книга, 2003. 426 с.
  12. Соловьев С.Л., Го Ч.Н. Каталог цунами на западном побережье Тихого океана. М.: Наука, 1974. 310 c.
  13. Шевченко Г.В., Ивельская Т.Н. Цунами и другие опасные морские явления в портах Дальневосточного региона России (по инструментальным измерениям). Южно-Сахалинск, Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, 2013. 44 с.
  14. Шевченко Г.В., Ивельская Т.Н., Кайстренко В.М. Цунами 5 ноября 1952 г. в Северо-Курильске и его эхо в последующие 70 лет // Природа. 2022. № 4. С. 12–26.
  15. Adam D. Tonga volcano eruption created puzzling ripples in Earth’s atmosphere // Nature. 2022. V. 601. № 497. https://doi.org/10.1038/d41586-022-00127-1
  16. Amores A., Monserrat S., Marcos M. et al. Numerical simulation of atmospheric Lamb waves generated by the 2022 Hunga-Tonga volcanic eruption // Geophysical Research Letters. 2022. V. 49, e2022GL098240. https://doi.org/10.1029/2022GL098240
  17. Brenna M., Cronin S.J., Smith I.E.M. et al. Post-caldera volcanism reveals shallow priming of an intra-ocean arc andesitic caldera: Hunga volcano, Tonga, SW Pacific // Lithos. 2022. V. 412–413. № 106614. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2022.106614
  18. Carvajal M., Sepúlveda I., Gubler A., Garreaud R. Worldwide signature of the 2022 Tonga volcanic tsunami // Geophysical Research Letters. 2022. V. 49. № 6, e2022GL098153. https://doi.org/10.1029/2022GL098153
  19. Chen C.-H., Zhang X., Sun Y.-Y. et al. Individual wave propagations in ionosphere and troposphere triggered by the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai underwater volcano eruption on 15 January 2022 // Remote Sens. 2022. V. 14. Issue 9. https://doi.org/10.3390/rs14092179
  20. Dengler L, Uslu B., Barberopoulou A. et al. The vulnerability of Crescent City, California, to tsunamis generated by earthquakes in the Kuril Islands region of the northwestern Pacific // Seismol. Res. Lett. 2008. V. 79. № 5. P. 608–619.
  21. Duncombe J. The surprising reach of Tonga’s giant atmospheric waves // Eos. 2022. V. 103. https://doi.org/10.1029/2022EO220050
  22. Ewing M., Press F. Tide-gage disturbances from the great eruption of Krakatoa // Transactions, American Geophysical Union. 1955. V. 36. № 1. P. 53–60.
  23. Fine I.V., Thomson R.E. A wavefront orientation method for precise numerical determination of tsunami travel time // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2013. V. 13. № 11. P. 2863–2870. https://doi.org/10.5194/nhess-13-2863-2013.
  24. Garrett C.J.R. A theory of the Krakatoa tide gauge disturbances // Tellus. 1970. V. 22. P. 43–52.
  25. Gusiakov V.K. Global occurrence of large tsunamis and tsunami-like waves within the last 120 years (1900–2019) // Pure Appl. Geophys. 2020. V. 177. P. 1261–1266. https://doi.org/10.1007/s00024-020-02437-9
  26. Gusiakov V.K. Meteotsunamis at global scale: Problems of event identification, parameterization and cataloguing // Natural Hazards. 2021. V. 106. P. 1105–1123. https://doi.org/10.1007/s11069-020-04230-2
  27. Harkrider D., Press F. The Krakatoa air-sea waves: An example of pulse propagation in coupled systems // Geophys. J. Roy. Astr. Soc. 1967. V. 13. P. 149–159.
  28. Heidarzadeh M., Rabinovich A.B. Combined hazard of typhoon-generated meteorological tsunamis and storm surges along the coast of Japan // Natural Hazards. 2021. V. 106. № 2. P. 1639–1672. https://doi.org/10.1007/s11069-020-04448-0
  29. Heidarzadeh M., Šepić J., Rabinovich A.B. et al. Meteorological tsunami of 19 March 2017 in the Persian Gulf: Observations and analyses // Pure Appl. Geophys. 2020. V. 177. № 3. P. 1231–1259. https://doi.org/10.1007/s00024-019-02263-8
  30. Heinrich P., Gailler A., Dupont A. et al. Observations and simulations of the meteotsunami generated by the Tonga eruption on 15 January 2022 in the Mediterranean Sea // Geophysical Journal International. 2023. V. 234. № 2. P. 903–914.
  31. Hu G., Li L., Ren Z., Zhang K. The characteristics of the 2022 Tonga volcanic tsunami in the Pacific Ocean // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2023. V. 23. P. 675–691. https://doi.org/10.5194/nhess-23-675-2023
  32. Imamura F., Suppasri A., Arikawa T. et al. Preliminary observations and impact in Japan of the tsunami caused by the Tonga volcanic eruption on January 15, 2022 // Pure Appl. Geophys. 2022. V. 179. № 5. https://doi.org/10.1007/s00024-022-030xx-x
  33. Kong L.S.L, Dunbar P.K., Arcos N. (Eds.), Pacific Tsunami Warning System: A Half-Century of Protecting the Pacific, 1965–2015, Honolulu, International Tsunami Information Center, 2015. 188 p.
  34. Kubota T., Saito T., Nishida K. Global fast-traveling tsunamis driven by atmospheric Lamb waves on the 2022 Tonga eruption // Science. 2022. V. 377. № 6601. P. 91–94. https://doi.org/10.1126/science.abo4364
  35. Kulichkov S.N., Chunchuzov I.P., Popov O.E. et al. Acoustic-gravity Lamb waves from the eruption of the Hunga-Tonga-Hunga-Hapai Volcano, its energy release and impact on aerosol concentrations and tsunami // Pure Appl. Geophys. 2022. V. 179. № 5. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03046-4
  36. Kusky T.M. Déjà vu: Might future eruptions of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcano be a repeat of the devastating eruption of Santorini, Greece (1650 BC)? // Journal of Earth Science. 2022. V. 33. № 2. P. 229–235. https://doi.org/10.1007/s12583-022-1624-2
  37. Lynett P., McCann M., Zhou Z. et al. Diverse tsunamigenesis triggered by the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption // Nature. 2022. V. 609. № 7928. P. 728–733. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05170-6
  38. Matoza R.S., Fee D., Assink J.D. et al. Atmospheric waves and global seismoacoustic observations of the January 2022 Hunga eruption, Tonga // Science. 2022. V. 377. № 6601. P. 95–100. https://doi.org/10.1126/science.abo7063
  39. Medvedev I.P., Rabinovich A.B., Šepić J. Destructive coastal sea level oscillations generated by Typhoon Maysak in the Sea of Japan in September 2020 // Scientific Reports. 2022. V. 12. № 8463. https://doi.org/10.1038/s41598-022-12189-2
  40. Medvedeva A., Medvedev I., Fine I. et al. Local and trans-oceanic tsunamis in the Bering and Chukchi seas based on numerical modeling // Pure Appl. Geophys. 2023. V. 180. P. 1639–1659. https://doi.org/10.1007/s00024-023-03251-9
  41. Monserrat S., Vilibić I., Rabinovich A.B. Meteotsunamis: Atmospherically induced destructive ocean waves in the tsunami frequency band // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2006. V. 6. № 6. P. 1035–1051. https://doi.org/10.5194/nhess-6-1035-2006
  42. Omira R., Ramalho R.S., Kim J. et al. Global Tonga tsunami explained by a fast-moving atmospheric source // Nature. 2022. V. 609. № 7928. P. 734–740. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04926-4
  43. Pararas-Caraynnis G. The tsunami generated from the eruption of the volcano of Santorin in the Bronze Age // Natural Hazards. 1992. V. 5. № 2. P. 115–123. https://doi.org/10.1007/BF00127000
  44. Pelinovsky E., Choi B.H., Stromkov A. et al. Analysis of tide-gauge records of the 1883 Krakatau tsunami / In: K. Satake (Eds.) Tsunamis: Case Studies and Recent Developments. Dordrecht, Springer, 2005. P. 57–78; https://doi.org/10.1007/1-4020-3331-1_4
  45. Press F., Harkrider D. Air-sea waves from the explosion of Krakatoa // Science. 1966. V. 154. P. 1325–1327.
  46. Rabinovich A.B. Twenty-seven years of progress in the science of meteorological tsunamis following the 1992 Daytona Beach event // Pure Appl. Geophys. 2020. V. 177. № 3. P. 1193–1230. https://doi.org/10.1007/s00024-019-02349-3
  47. Rabinovich A.B. (Ed.). Two 2018 Destructive Indonesian Tsunamis: Palu (Sulawesi) and Anak Krakatau, Basel: Springer, 2022. 442 p.
  48. Ramírez-Herrera M.T., Coca O., Vargas-Espinosa V. Tsunami effects on the coast of Mexico by the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcano eruption, Tonga // Pure Appl. Geophys. 2022. V. 179. № 4. P. 1117–1137. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03017-9
  49. Tanioka Y., Yamanaka Y., Nakagaki T. Characteristics of the deep-sea tsunami excited offshore Japan due to the air wave from the 2022 Tonga eruption // Earth, Planets and Space. 2022. V. 74. № 61. https://doi.org/10.1186/s40623-022-01614-5
  50. Themens D.R., Watson C., Žagar N. et al. Global propagation of ionospheric disturbances associated with the 2022 Tonga volcanic eruption // Geophysical Research Letters. 2022. V. 49. e2022GL098158. https://doi.org/10.1029/2022GL098158
  51. Tsukanova E., Medvedev I. The observations of the 2022 Tonga-Hunga tsunami waves in the Sea of Japan // Pure Appl. Geophys. 2022. V. 179. № 12. P. 4279–4299. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03191-w
  52. Vilibić I., Domijan N., Orlić M. et al. Resonant coupling of a traveling air pressure disturbance with the east Adriatic coastal waters // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2004. V. 109. № C10001. https://doi.org/10.1029/2004JC002279
  53. Vilibić I., Rabinovich A.B., Anderson E.J. Special issue on the global perspective on meteotsunami science: editorial // Natural Hazards. 2021. V. 106. № 2. P. 1087–1104. https://doi.org/10.1007/s11069-021-04679-9
  54. Vilibić I., Šepić J., Rabinovich A., Monserrat S. Modern approaches in meteotsunami research and early warning // Frontiers in Marine Science. 2016. V. 3. № 57. P. 1–7. https://doi.org/10.3389/fmars.2016.00057
  55. Wilson R.I., Admire A.R., Borrero J.C. et al. Observations and impacts from the 2010 Chilean and 2011 Japanese tsunamis in California (USA) // Pure Appl. Geophys. 2013. V. 170. № 6–8. P. 1127–1147.
  56. Wright C.J., Hindley N.P., Alexander M.J. et al. Surface-to-space atmospheric waves from Hunga Tonga–Hunga Ha’apai eruption // Nature. 2022. V. 609. P. 741–746. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05012-5
  57. Zhang S.-R., Vierinen J., Aa E. et al. Tonga volcanic eruption induced global propagation of ionospheric disturbances via Lamb waves // Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2022. V. 9. https://doi.org/10.3389/fspas.2022.871275

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Location of the stations whose data were used in the present study. The red line in the inset shows the perimeter of the polygon under consideration, AP - automatic stations, and the red asterisk - Hunga-Tonga volcano

Жүктеу (284KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Maps of propagation times of (a) the atmospheric Lamb wave and (b) the oceanic tsunami wave

Жүктеу (256KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Records of atmospheric pressure at the stations of the Far East region. The red line shows the arrivals of direct atmospheric Lamb waves and the blue line - the return waves. The dotted vertical red line with the symbol ‘E’ indicates the moment of eruption of the Hunga-Tonga volcano

Жүктеу (421KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Records of the 15 January 2022 tsunami generated by the Hunga-Tonga volcano eruption obtained at the six deep-sea stations of the DART network, whose positions are shown in Fig. 1. Time series with 15 s and 1 min steps are shown in blue, and those with 15 min steps are shown in blue. The red bar shows the arrival of the first tsunami wave of atmospheric origin, while the grey bar indicates the arrival of a tsunami wave of oceanic origin. A solid vertical red line with the symbol ‘E’ shows the moment of the Hunga-Tonga volcano eruption

Жүктеу (335KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Recordings of tsunami waves generated by the eruption of the Honga-Tonga volcano obtained at the coast of the Sea of Japan. The red arrows indicate the estimated arrival time of the first tsunami wave of atmospheric origin, and the blue arrows indicate the estimated arrival time of the tsunami wave of oceanic origin. A solid vertical red line with the symbol ‘E’ shows the moment of volcanic eruption. The step character of records at Nakhodka, Vladivostok and Posyet stations is connected with insufficient height resolution at the corresponding tide gauges

Жүктеу (490KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Records of the tsunami generated by the eruption of the Honga-Tonga volcano obtained on the coasts of the Sea of Okhotsk, the Kuril Islands, and the northeastern coast of Hokkaido Island. The analogue record at Malokurilskoe station was digitized with a sampling rate of 1 min. Red arrows indicate the estimated time of arrival of the first tsunami wave of atmospheric origin and blue arrows indicate the estimated time of arrival of the tsunami wave of oceanic origin. A solid vertical red line with the symbol ‘E’ shows the moment of eruption of the Hunga-Tonga volcano

Жүктеу (514KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. The same as in Fig. 6, but for the stations located on the coasts of Kamchatka Peninsula and the Aleutian Islands

Жүктеу (361KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Frequency-time (SWAN) diagrams of sea level variations from 14 to 16 January 2022. The vertical dashed red line with the symbol ‘E’ shows the moment of eruption of the volcano Hunga-Tonga. White vertical dashed white lines indicate the arrival of an atmospheric Lamb wave (symbol ‘A’) and a tsunami wave of oceanic origin (symbol ‘O’)

Жүктеу (718KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Atmospheric (red bars) and oceanic (blue bars) tsunami wave heights from coastal tide gauges

Жүктеу (99KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».