Под давлением
Опыт и перспективы измерений цунами северо-западной Пацифики
Г. А. Кантаков

© Г. А. Кантаков, 2025

ISBN 978-5-0065-7774-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Реферат

Стр. 218 Рис. 27 Табл. 5 Илл. 13 Библ. 174

Ключевые слова: северо-западная часть Тихого океана, история разработки систем предупреждения цунами, измерители DART, ETD, G4, развертывание, эксплуатация, перспективы продолжения работ по раннему предупреждению цунами северо-западной Пацифики и морях России.

Сохранение опыта разработки и эксплуатации систем для спасения людей от природных катастроф послужило мотивом написания предлагаемой книги. Рассмотрено развитие мониторинга цунами на примере создания кабельных и автономных станций. Часть из них устанавливается в абиссали Тихого океана. Станции способны фиксировать колебания земной коры и уровня океана при землетрясениях, распознавать и измерять волны цунами. Набегая и захлестывая прибрежную территорию, цунами представляют собой неминуемую и неостановимую угрозу жизни людей, жилью, судам у берега, портам и береговым сооружениям. К таким станциям относятся DART, измерители волн в системе предупреждения цунами. Системы предупреждения цунами в большинстве случаев позволяют определить параметры длинных волн в открытом океане до их обрушения на берега, смоделировать время и величину заплесков, снижая риски человеческих потерь и разрушений.

Применение DART показало эффективность и надежность систем раннего предупреждения цунами в разных странах, включая РФ. Книга содержит историю инструментальных наблюдений цунами до эпохи DART в развитии измерений цунами северо-западной части Тихого океана. Описана результативная часть российских работ по предупреждению цунами в период 2010—2017 гг. Рассказано о создании автономных платформ для измерения и передачи данных о цунами, приведших к DART, ETD и G4. Раскрыты технические описания DART и ETD, перспективы развертывания и дальнейшей поддержки океанских станций, включая организацию работ, сложную судьбу исследований и мониторинга цунами Дальневосточных морей РФ и северо-западной части Тихого океана.

Книга развенчивает иллюзии о возможности создания похожих систем в СССР и достаточности устаревшего магнитудно-географического подхода в предупреждении цунами сейчас. Доказывает жизненную необходимость продолжения наблюдений уровня открытого океана станциями на основе гидрофизического метода. Успех DART не являлся случайностью, представляя собой многослойное проявление преемственности пяти поколений океанологов в открытом, свободном обществе. Производство систем предупреждения цунами перспективно для самостоятельных разработок и развития программных продуктов, как показывает эволюция цунамиметров и опыт их применения. Продолжение работ по цунами остается в РФ вызовом. Людям, принявшим его, и посвящается предлагаемая книга.

Светлой памяти ушедших океанологов, светящих нам до сих пор:

Geylord Miller,

Robert Harvey,

Walter Munk,

Сергея Соловьева,

Александра Поплавского,

Олега Сапрыкина,

Евгения Морозова,

Александра Воронина,

Алексея Щербинина,

Евгения Куликова

Благодарности – моим неутомимым коллегам и соратникам, сочувствие – бесполезно яростным, обычно скрытым оппонентам; глубокая признательность – участникам затрагиваемых событий, работ и экспедиций. Обозначенные здесь, так или иначе, способствовали написанию книги (должности указаны в период работы с DART с 2010 по 2014 гг.):

Александр Ломакин, начальник 1-ой экспедиции DART РФ,

океанские миссии 2010, 2012;

Александр Рабинович, исследователь цунами ИО РАН РФ,

IOS Canada;

Александр Сальман, генеральный директор ЭС-ПАС;

Александр Фролов, руководитель Росгидромета;

Василий Соколов, зам. руководителя ФАР;

Василий Титов, отдел цунами PMEL NOAA;

Вячеслав Лобанов, директор ТОИ ДВО РАН;

Вячеслав Шершаков, генеральный директор НПО Тайфун;

Георгий Шевченко, зав. лабораторией цунами ИМГиГ

ДВО РАН;

David Graham, главный инженер комплектования DART, SAIC;

Derek Norberg, РАТОП;

Jack MacGregor, океанские миссии 2010, 2012 SAIC;

James Wrightsman, океанские миссии 2012, 2014, SAIC;

Евгений Орешков, ген. директор Трансфрахт;

Eddie Bernard, один из создателей DART, PMEL NOAA;

Игорь Титов, океанская миссия 2014, ДВНИГМИ;

Chris Zirkle, океанская миссия 2010, SAIC;

Лев Рыжков, океанская миссия 2014, Росгидромет;

Mike Gibbs, океанская миссия 2012, SAIC;

Михаил Каптюг, океанская миссия 2014, ДВНИГМИ;

Олег Кусайло, океанская миссия 2010, СахНИРО;

Олег Соколов, зам. директора по науке ДВНИГМИ;

Петр Дущенко, руководитель отдела СахУГМС;

Robert Lawson, руководитель работ по цунами,

вице-президент SAIC;

Сергей Николаенко, океанская миссия 2014, ДВНИГМИ;

Татьяна Ивельская, руководитель Центра цунами Сахалин;

Shawn Stoeсkley, океанская миссия 2014, SAIC;

Юрий Волков, директор ДВНИГМИ;

Юрий Никонов, IT СахУГМС.

Признательности энтузиазму и героической работе капитанов и экипажей: НИСП «Валериан Урываев» (СахУГМС, Комитет по гидрометеорологии СССР) 1975, 1978 гг., ПС «Дозорный» (ФГБУ Сахалинрыбвод, Росрыболовство), 2010 г.; НИС «Академик Шокальский» (ФГБУ ДВНИГМИ, Росгидромет) 2012, 2014 гг.

Моей Alma Mater – ЛГМИ (РГГМУ, Санкт-Петербург). Всем без исключения одногруппникам О-30 и О-31 (1981—1986 гг.) океанологического факультета (океанфака), добровольно выбравшим море и искавшим в нем свое призвание. Коллизия моего выпуска состояла в жестком советском армейском призыве вместо работы в океане, кроме нескольких счастливчиков, включая меня. Дальнейшие судьбы каждого – индивидуальные истории выживания и смены профессии, в целом успешные.

НИСП «Валериан Урываев»

Фото из архива Евгения Куликова©

ПС «Дозорный»

Источник: marinetraffic©

НИС «Академик Шокальский»

Источник: marinetraffic, Jeff Jackson©

Преподавателям ЛГМИ. Их большая часть поощряла наши дальние океанские практики за пределами СССР, в свободном мире. Тема моего диплома Исследование волны в очаге цунами (1986) *, окажется профессионально востребованной повседневной практикой спустя ~25+ лет после выпуска. В 2010 г. моя компания стала первым в РФ оператором DART океанской системы раннего предупреждения цунами. Что можно отнести к профессиональным совпадениям и, наверное, провидению.

Аплодисменты последователям команд лидеров Geylord Miller и Сергея Соловьева в теме длинных волн океана, участвовавших в подготовке, работе, дискуссиях, статьях с материалами DART в северо-западной части Тихого океана – всем, кого знаю лично в проекте по цунами из ДВНИГМИ, ИО РАН им. П. П. Ширшова, ИМГиГ ДВО РАН, ТОИ ДВО РАН им В. И. Ильичева, PMEL, SAIC. Работа по тематике цунами продолжается и дальше.

Моей семье: Татьяне, Юле и Роме. Они в курсе отрывочных и часто неполных рассказов о проекте цунами в череде моих поездок, экспедиций, переговоров, нервотрепок, разочарований, бесполезно-кафкианских переписок и таких же общений с чиновниками разного калибра. И наоборот, моя семья – свидетель особого вдохновения после успешных постановок и развертывания систем предупреждения цунами. Прочтение книги родными приведет к лучшему пониманию, где и зачем я пропадал в открытом океане и не только.

Станции DART РФ устанавливались нами в северо-западной Пацифике в 2010—2014 гг. для сохранения тысяч и тысяч жизней. Затраты бюджета измерялись десятками миллионов рублей. Стоимость госконтрактов привлекала также и разного рода мошенников, стремившихся угнать контракты ради авансовых выплат. Тем не менее DARTы приобретались строго по законодательству и развертывались нами в океане. DART #21401 РФ сыграл свою выдающуюся роль при землетрясении Тохоку и последующих афтершоках, измерив и передав параметры цунами до прихода их на берег. Как и в других 21 эпизодах автоматического выявления цунами за годы экспозиции российских станций в океане. Конечно, не все события обнаружения цунами открытого океана приводили к тревогам, что и доказывает эффективность технологии. Просто закупка DART и его установка в океане не позволит рассчитывать заплески волн, опережая пока не наступившие события без специализированного ПО. Возможно, это основной урок работы с DART в 2010—2017 годах, к которому вернемся в книге далее.

Затрону вопрос сохранения жизней и затрат. Система предупреждения DART проактивна и точна в прогнозах цунами. В идеале каждая жизнь, спасенная от цунами, оправдывает усилия и финансы. Позвольте считать такой подход верным и безусловным постулатом системы раннего предупреждения. В период 2010—2017 гг. DART показал себя очевидно лучше магнитудно-географического метода (далее) определения цунами. Каждый случай автоматического распознавания волн цунами доказывает верность и, если хотите, великолепную красоту гидрофизической теории академика Сергея Леонидовича Соловьева и его последователей при каждом верном предупреждении населения о наводнениях с моря.

Как увидим далее, приоритетом и конечной целью создания новых систем раннего предупреждения цунами является их идентификация в океане, расчет прихода волн и площади заплесков. Чтобы рассказать обо всем полно, включая историю создания технологии раннего предупреждения цунами, потребовалась целая книга.

Наконец она перед вами, уважаемый Читатель.

I’ve seen things you people wouldn’t believe…

All those moments will be lost in time,

like tears… in… rain…

Blade Runner© by Ridley Scott

Roy Batty monologue fragment,

modified by Rutger Hauer, 1982

* моему научному руководителю диплома Николаю Плинку и, отдельно, Ефиму Пелиновскому, после лекции которого февральским вечером 1986 года в РГО Ленинграда, шагая по переулку Гривцова, решил – все, моя специализация в океанологии – цунами и, конечно, Тихий океан. Этот момент осознания важности моей профессии для жизни других людей останется со мной навсегда.

Геннадий Кантаков (GK), автор, инженер-океанолог, к.г.н, MBA HR, учредитель НПО «ДЭКО» – первого оператора DART РФ, Москва, 2025 год.

Введение

Книга завершает этап усилий моей компании по защите населения от природных катастроф на Дальнем Востоке, в особенности на Сахалине, Курилах и Камчатке. До и после 2010-х гг. мы интенсивно трудились в проектах по предвестникам землетрясений (Роскосмос, Администрация Сахалинской области) и по цунами (МЧС-Росгидромет-РАН). Здесь речь пойдет о явлении цунами и людях, создавших DART® (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis). DART – измеритель и океанская часть глобальной системы раннего предупреждения цунами. Цунами – волны, соизмеримые по длине с приливными. Они малозаметны в глубоком океане, резко увеличивают свою высоту при подходе к мелководью. Знания о внезапном появлении волн цунами способствуют выживанию на побережьях Дальнего Востока России и стран Тихоокеанского вулканического «огненного пояса» и зон субдукций Alaska, Cascadia, Japan-Kuril-Kamchatka, Marianas, Tonga, Peru-Chilean. Как будет показано дальше, цунами затрагивает не только тихоокеанское побережье, но и практически все окраинные моря как России, так и других стран.

Повествование основано на устремлениях, результатах исследований и деятельности людей, которых автор посчитал значимыми в создании технологии DART – критически важной части современной системы предупреждения цунами. Научная составляющая и технические данные важны и также приводятся здесь, но они для книги вторичны. Мне любопытны и профессионально интересны лидеры, особенно в морских технологиях. Прогресс двигается носителями знаний и создателями нового оборудования. Оно позволяет измерять и приблизиться к пониманию явлений, доступных ранее в лучшем случае теоретически. Созданные измерители, как правило, только один из первых шагов в изучении геофизических и обычно комплексных явлений. Которые можно моделировать, чтобы знать, что будет дальше и как они могут повлиять на судьбы людей. В создании DART разрабатываемые теория, техника и в итоге системы предупреждений стали следствиями совпадений устремлений ученых, инженеров, политиков, экипажей исследовательских судов и только лишь в последнюю очередь – удачного стечения обстоятельств.

История создания измерителей длинных волн начинается с периода разрозненных и импульсивных усилий в инструментарии цунами открытого океана 1960—70-х гг. разными командами. Тем не менее ниже показано, что за DART стоят не только удача, но и преемственность пяти (!) поколений океанологов в открытом, свободном обществе, упорный и осознанный труд в исследованиях на основе теорий длинных волн и мелкой воды в комплексных по научным задачам, технически насыщенных и сложных по подбору персонала проектах. Возникновение DART показывается как развитие систем геофизических измерений, включая, конечно, применение и для цунами. Надеюсь, выбранный формат подачи специализированного материала упростит его восприятие для читателя и не скроет за теоретическими и техническими подробностями главное в содержании книги.

Несколько фактов по основной локации – месту, где мы работали по проблеме цунами. Речь пойдет о сейсмо- и цунамиопасных Сахалине, десятом по крупности острове северо-западной Пацифики, Курилах и юго-восточной Камчатке, расположенных в субарктическом сегменте Тихого океана. Удивительном социуме бесконечного потока переселенцев и их потомков (начиная с дореволюционной эпохи Чехова!) с несомненным влиянием Китая, Южной Кореи, Северной Кореи, США, Канады и близлежащей Японии (1). Остров являлся закрытой пограничной советской территорией прошлого столетия, до того – просто местом каторги, политического торга и столкновений интересов рыбной, лесо-, угольной и нефтегазодобывающих отраслей. В 1970-х, в застойное время СССР, на Сахалине неожиданно дается старт международному сотрудничеству по морской разведке шельфовых нефтегазовых месторождений. Менее известным фактом является запуск исследований цунами между СССР и США. На шельфе острова начинается разведочное бурение иностранными компаниями с позитивными результатами через десять лет и ратификацией соглашения о разделе продукции в 1994 г. (2). Здесь же начался и первый совместный анализ материалов экспедиций СССР – США в северной части Тихого океана командами Geylord Miller и Cергея Соловьева по исследованиям грозного явления. Который не привел к немедленным и видимым достижениям по предупреждению цунами. Но именно часть команды Geylord Miller, отделившись в NOAA, Seattle, и создаст DART спустя ~ 20 лет.

Отчасти представляемая книга возникла из вопроса: являлось ли взаимодействие команд Miller – Соловьева (о нем и них дальше) в Тихом океане в 1970-е годы началом создания DART. Cобрав материалы для книги, ответ можно обозначить сразу: напрямую, конечно, нет. Кроме того, командам обеих экспедиций 1975 и 1978 гг. тогда не посчастливилось измерить цунами в океане автономными приборами. Но так или иначе общая работа инженеров и ученых, возникшие персональные коммуникации и результаты способствовали созданию системы раннего предупреждения цунами реального времени в 1990-х.

Так что же явилось первым прообразом того, что станет DART? И кто и когда продумал системы технически и воплотил в электронике, чертежах и материально?

Будущий измеритель цунами, скорее всего, начинался с разработок Frank Snodgrass, Martin Vitouсek и др. (Pararas-Carayannis, персональное сообщение). Так Frank Snodgrass выполнил постановки нескольких измерителей уровня глубокой воды в поисках амфидромии северной части Тихого океана (ссылка в пояснениях к рис. 1) как решение задач приливов открытой воды, поставленных Walter Munk. Martin Vitousek создал и устанавливал донную станцию измерения уровня открытого океана для исследований длинных волн севернее Гавайев в конце 1960-х для команды Geylord Miller. Исследования уровня открытого океана, конечно, проводили не только Скриппс или Гавайский институт геофизики в США, такая работа шла и по другую сторону Тихого океана (3). Развиваясь технически и программно, именно начальные технические разработки Frank Snodgrass и Martin Vitousek постепенно воплотятся в прототип DART через три десятилетия. Успех принадлежит преемникам, продолжившими тему Walter Munk и Geylord Miller, группе Eddie Bernard.

До того, как прототип воплотился в электронике и металле, цельно и впервые технология, в точности по основным функциональным моментам соответствующая DART, гениально и буднично набросана в документах SCOR. Концептуальным автором является Walter Munk, который лично описал станцию в 1971—1972 гг. за тридцать с лишним лет (!) до ее создания, испытаний и запуска в полноценную эксплуатацию. Несколько простых и ясных формулировок предложений Walter Munk, без схем и чертежей, дают адекватное восприятие, что это должно быть, для чего и как работать. Виртуальное описание Walter Munk станции настолько наглядно, что напоминает эскизы летательной машины Леонардо Да Винчи, немыслимой в свое время. Наверное, также воспринимались прототипы автономных океанских капсул-измерителей в конце 1960-х, разработанных Frank Snodgrass (рис. 1). Они измеряли параметры океана многие месяцы и годы (4) и, скорее всего, также привели к DART. Любопытно, что, сравнивая время от первого наброска великого Леонардо до самолета братьев Райт с периодом от описания измерителя цунами до работающей системы предупреждения, мы увидим, что оно сократилось в десять раз. Возможно, приведенное сравнение не корректно, но оно отражает быстроту изменений, в которых мы живем. Соответственно, дается право на жизнь самым фантастическим, но верным научной теории и практике идеям, которые через короткий период могут оказаться реальными в воплощении, принося несомненную пользу.

Рисунок 1. Набросок летательной машины (1504 г.) Leonardo Da Vinci и схематический рисунок океанской капсулы-измерителя приливов открытого океана (1968 г.). Источники: https://www.leonardodavinci.net/flyingmachine.jsp (с), (8).

Повсеместное признание только что созданной технологии предупреждения на основе DART состоялось после ужасающего по жертвам – 229 866 человеческих жизней! – цунами 2004 года в Индийском океане на Суматре (5), перейдя в другое качество – от технического совершенства к гуманитарному уровню успешности. Именно страшная катастрофа Суматры снимает вопросы затрат по стоимости и поддержке систем предупреждений цунами, поскольку они ничтожны относительно потерь, прежде всего человеческих жизней.

Сами авторы и разработчики DART определяют 1970-е и 1980-е годы как время колыбели и младенчества, 90-е – первые шаги и с 2000-х начинается уверенный бег (6) (фото 1).

За тридцать лет до триумфа DART, в начале 1970-х стартовала программа сотрудничества по охране окружающей среды между США и СССР (7). Один из ее подразделов вели Geylord Miller (последователь Walter Munk в области исследований длинных океанских волн) и Сергей Соловьев (СахКНИИ, ДВО РАН СССР). Признанные мировым сообществом теоретики длинноволновых процессов в океане взяли на себя подготовку, выполнение и анализ собранного материала двух тихоокеанских экспедиций по цунами в 1975 и 1978 гг. с борта НИСП «Валериан Урываев».

Фото 1. Слева направо: Walter Munk, Frank Snodgrass, Сергей Соловьев, Geylord Miller, Martin Vitousek, Eddie Bernard – лидеры, теоретики и практики разработки систем раннего предупреждения цунами открытого океана, приведших к DART.

Источники: интернет

К середине 1970-х Geylord Miller пополняет свою команду Eddie Bernard. Шаг оказался продуктивным и удачным для создания цельного продукта – системы предупреждения цунами открытого океана. Именно Eddie Bernard, как руководитель команды PMEL (Seattle) по направлению цунами, уже в другом ведомстве – NOAA доведет DART до прототипа, успешных испытаний и серийного выпуска на рубеже 2000-х. Но, как увидим далее, техника была только частью системы предупреждения цунами.

Фото 2. Научные руководители (PI) экспедиций CCCР – США по цунами в северной части Тихого океана 1975, 1978 гг.

Слева направо: Cергей Лаппо, Евгений Куликов, Robert Harvey

Источники: интернет

Научные руководители экспедиций на борту или PI (Principal Investigators, англ., – прим. GK): Сергей Лаппо, Евгений Куликов, Robert Harvey (фото 2) сделали много для инструментальных измерений уровня глубокого океана, еще не зная в то время, что собранный материал и опыт будут привлечены в созидание будущего DART.

Немного истории американо-советских (российских) исследований цунами открытого океана в двух фотографиях. Первое фото (фото 3) – поколение океанологов 1970-х с комплексной донной станцией уровня океана и АЦИТТ; второе (фото 4) – спустя тридцать с лишним лет следующее поколение океанологов после смены DART ETD 21402 у Северных Курил в 2014 гг.

Фото 3. Слева направо: Steve Poole, Александр Рабинович, Robert Harvey, Евгений Куликов, неизвестный, Борис Бобровский. Борт НИСП «Валериан Урываев» (1978 г.)

Фото: Дмитрий Москаленко

Фото 4. Слева направо: Николай Величко (старпом), Shawn Stoeсkley (SAIC), James Wrigtsman (SAIC), GK, Игорь Титов (ДВНИГМИ). Борт НИС «Академик Шокальский» (2014 г.)

Фото: Лев Рыжков (Росгидромет)

Для погружения в тему создания систем предупреждений цунами в открытом океане в 1970-е гг. привожу воспоминания Александра Борисовича Рабиновича, главного научного сотрудника лаборатории цунами ИО РАН, доктора ф.-м. н. Александр Борисович участвовал в экспедициях по цунами в 1975, 1978 гг., входил в команду академика Соловьева, продолжает исследования цунами и сейчас. По глубине влияния на исследования и результативности в области цунами отдел С. Л. Соловьева достиг своего пика в 1970-х и угас в 1980-х (ИМГиГ ДВО РАН, тогда СахКНИИ).

(1) После катастрофического цунами 1960 года в Чили стала очевидной необходимость интенсивного международного сотрудничества как в области науки о цунами, так и в области раннего предупреждения о цунами. Огромное количество людей погибло не только на побережье Чили, но и на Гавайских островах, на Филиппинах и в Японии; в районе Магадана (Россия) высота волны цунами составила больше четырех метров. В ответ на это событие в 1965 году была организована Международная система предупреждения о цунами в Тихом океане (ITSU), создана Международная комиссия по цунами IUGG и каждые два года стали проводиться Международные симпозиумы по цунами, собирающие ученых по цунами со всего мира. Эти симпозиумы способствовали международным контактам и даже дружбе между учеными из разных стран, в частности, между Сергеем Соловьевым и Гейлордом Миллером.

(2) Сергей Соловьев был настоящим лидером не только советских учёных по цунами, но и общепризнанным международным авторитетом в мире цунами: в те годы он был председателем Международной комиссии по цунами, активно участвовал в многочисленных совещаниях по цунами, был частым гостем на Гавайских островах.

(3) Повезло, что в то время и в СССР, и в США наука и оперативная служба работали в тесном сотрудничестве. Сергей Соловьев (Академия наук) всячески способствовал такому сотрудничеству с Гидрометслужбой: одним из руководителей Гидромета в то время был Вадим Попов, сильный и влиятельный человек, активно поддерживавший советско-американское сотрудничество по цунами. Аналогичным образом в США Гавайский университет (JTRE – Joint Tsunami Research Effort, позднее JIMAR) работал с Тихоокеанским центром предупреждения цунами (NOAA). Это позволило обеим странам одновременно работать над научными и прикладными проблемами цунами.

(4) Да, СССР не имел в то время глубоководных приборов для измерения цунами, однако в целом предпринимались серьёзные усилия по измерению волн цунами на шельфе. Соловьев организует гидрофизическую обсерваторию «Шикотан», которая стала эффективной для натурных измерений длинных волн в диапазоне частот цунами (более подробно далее. – GK).

(5) Нет сомнений в том, что в 1970-е годы СССР сильно отставал от США в новейших тогда технологиях (и по океанографии. – GK), однако научный и профессиональный уровень советских ученых и специалистов оставался высоким.

(6) Был один пункт, в котором СССР тогда сильно опережал США: научный флот (!) (точнее, его доступность для экспедиций. – GK). В Советском Союзе его количество было огромно! Российская академия наук, Гидрометеорологическая служба, Министерство рыболовства и гидрографии располагали большим количеством научно-исследовательских судов и работали во всем Мировом океане. Кроме того, морские экспедиции стоили очень дешево, в отличие от США, где они были очень дорогими. Мое мнение однозначно: это было очень удачно и нужно для обеих стран и уж точно не являлось мезальянсом!

Итак, несмотря на верные теоретические разработки по измерениям волн цунами открытого океана и начала продуктивного научного сотрудничества СССР – США по тематике длинных волн в 1970-х гг., пути команд Сергея Соловьева и Geylord Miller безвозвратно расходятся в конце 1970-х. Прежде всего по глобальным политическим причинам, как результат запрета коммуникаций по официальным санкциям из-за войны СССР в Афганистане, негласных табу и еще ранее – по персональным причинам (кончина Geylord Miller в результате болезни в 1976 г.).

Но гонка по измерениям цунами открытого океана только началась. Борис Дыхан, Виктор Жак и другие под руководством Сергея Соловьева первыми записывают цунами у острова Шикотан кабельным (!) измерителем и публикуют результаты в 1981 г. (9). Спустя год выходит статья Jean Filloux (фото 5) по измерениям цунами автономным (!) прибором на глубокой воде (10). Доказывается результатами, что цунами можно измерить и идентифицировать на шельфе и в открытом океане как кабельным, так и автономным приборами, что открывает вдохновляющие перспективы разработок по идентификации, распространению, предупреждению и расчетам заплесков цунами, в итоге – сохранению жизни людей.

В 1980-х СССР запускает собственную госпрограмму исследований цунами с амбициозными целями, которая терпит малозаметное на фоне других глобальных событий фиаско через десять лет. Тем не менее остается разработанная идеология службы предупреждения цунами (11), а также созданные коды программ моделей распространения волн цунами (1984—1989) в СО РАН (12) (6). Госпрограмма СССР по цунами не привела к созданию прототипов измерителей глубокой воды и строительству береговой инфраструктуры наблюдений. Недострой здания службы цунами в Южно-Сахалинске простоял до начала 2000-х, переоформлен по собственности и переделан на другие цели.

Техническое взаимодействие СССР (затем РФ) с США по цунами замирает с конца 1970-х и до начала 2010-х годов. Однако научные работы по цунами и длинным волнам, в основном, по линии РАН не останавливались, продолжаются и сегодня. См. труды по авторам: Александр Рабинович, Борис Левин, Василий Титов, Василий Храмушин, Виктор Кайстренко, Вячеслав Гусяков, Вячеслав Шершаков, Георгий Шевченко, Го Чан Нам, Дмитрий Камаев, Евгений Куликов, Ефим Пелиновский, Игорь Медведев, Исаак Файн, Михаил Носов, Татьяна Ивельская и др.

Конечно, список авторов неполный и может дополниться.

В начале 1990-х NOAA (PMEL), а точнее, Eddie Bernard привлекает Василия Титова (СО РАН, г. Новосибирск) для моделирования распространения волн цунами и прогноза береговых заплесков. Ему через десять лет суждено сыграть особую роль в команде создателей системы предупреждений цунами на основе DART как высокоэффективного расчетного и прогнозного инструмента. Возможно, Василий Титов повторяет судьбу великого экономиста Василия Леонтьева, что, конечно, покажет только время.

Теперь от лидеров, теоретиков и модельщиков – к инженерам. За период 1970—1990-х прогресс в микроэлектронике и высокоточных, стабильных датчиках давления (для будущего DART, прежде всего Paroscientific; более подробно далее. – GK), как и остальных морских океанографических измерителях, производит растянутую на два десятилетия эволюцию в океанском приборном сегменте, включая станции-прототипы DART. К этому же периоду относится и возможность передачи сигналов с любой донной автономной платформы через гидроакустические модемы и спутниковые каналы связи в береговые информационные сети. Такая приближенность к реальному времени отслеживаемых геофизических процессов стала недостающим пазлом функциональной полноты разных прототипов системы предупреждения цунами. Важным моментом для спутниковых коммуникаций стала опция двунаправленной связи и возможность удаленного перепрограммирования приборов на дне и поверхности океана (после 2000 гг.). Цифровая идентификация волн цунами донными измерителями в широком спектре ансамбля океанских возмущений поверхности составила основу моделирования распространения и расчетов заплеска цунами на побережья. Что потребовало отдельных усилий от развития технической стороны DART (13) (14).

Фото 5

Слева направо: Борис Дыхан, Виктор Жак, Jean Filloux, Александр Поплавский, Евгений Куликов, Василий Титов, Вячеслав Гусяков, Дмитрий Камаев, Ефим Пелиновский, Вячеслав Шершаков, Георгий Шевченко, Борис Левин, Татьяна Ивельская, Михаил Носов, Исаак Файн, Го Чан Нам, Виктор Кайстренко, Василий Храмушин, Александр Рабинович, Игорь Медведев

Источник: интернет

С периода успешной демонстрации прототипа у Алеутской гряды и северо-восточной части Тихого океана (1998—2004 гг.) технология DART развивается до готовности к серийному производству, совпав с цунами-катастрофой 2004 г. Индийского океана (Суматра). NOAA не коммерциализирует законодательно свою технологию, и лицензия на производство DART выкупается корпорацией SAIC (USA). Уже с ней моя компания НПО «ДЭКО» в 2010 гг. как оператор налаживает взаимодействие по установке, эксплуатации и поддержке российских океанских станций. Их в северо-западной Пацифике устанавливается две (вместо планируемых четырех). Так станция WMO 21401 продолжит работу с ноября 2010 г. до гибели системы в сентябре 2014 г. (вандальное воздействие, вероятно, траулером под флагом КНР; одновременное противодействие финансированию программы в части цунами российским правительством). Станция WMO 21402 проработает с измерениями с 2012 по 2014 г. и далее (после замены) до апреля 2017 г., превысив срок плановой эксплуатации.

Всего станции DART РФ автоматически распознали и передали на берег двадцать два случая цунами, включая Тохоку (2011 г.), когда по измерениям в открытом океане определена величина заплеска на ДВ и другие побережья до прихода волн. Благодаря данным станций DART ##21401, 21418, 21419 удалось рассчитать также и размеры очага цунами – катастрофы Тохоку (далее).

Немного про методики последующих расчетов после выделения цунами из семейства сейсмических и океанологических данных. Как упоминалось выше, в какой-то момент времени (70-е гг. прошлого века) усилия по цунами СССР и США совпали, затем разошлись, не оставив технического наследия для инженеров СССР и затем России в части автономных измерителей, датчиков, гидроакустических модемов, оборудования для передачи информации из океана. Намного оптимистичнее выдающаяся роль русскоязычных ученых выглядит в теоретическом и модельных подходах в расчетах продвижения волн цунами по измерениям открытого океана (Сергей Соловьев и его команда, модельщики СО РАН). Что и пришло на смену магнитудно-географическому методу (МГМ) определения цунамигенности землетрясений для технологии DART.

Парадигма определения цунамигенности землетрясений в РФ могла базироваться на измерениях DART, за что и боролись Сергей Соловьев, его команда, современные исследователи – когда параметры длинных волн открытого океана достоверно и оперативно измерены, а времени достаточно для моделирования распространения и расчета заплесков до наступления прихода волн. Тем не менее такое развитие было остановлено возвратом, точнее, откатом к МГМ Росгидрометом, что остается необъяснимым и необоснованным (15). Отброшены успехи высокоточных измерений длинных волн открытого океана (2010—2017 гг.), цунами Тохоку, совпав с разноплановым силовым воздействием на работников службы цунами и исследователей в 2012—2014 гг., что не может не вызвать человеческого и профессионального возражения.

Соответственно, после периода работы с DART в 2010—2017 гг. российская система предупреждения о цунами (РСПЦ) беспричинно и пока безвозвратно скатывается на сорок лет обратно (см. презентации (16), (17)): с современного уровня наблюдений к императиву магнитудно-географического критерия цунамигенности, обладающему низкой оправдываемостью тревог цунами ~ 28% (18).

В положениях о РСПЦ находим основополагающее положение о необходимости «… измерений и результатов обработки данных инструментальных (курсив мой. – GK), визуальных наблюдений за уровнем моря». Вопреки установкам РСПЦ с 2013 года (более двенадцати лет (!) на время выхода книги), острова Курильской гряды не имеют ни одного (!) из действовавших прибрежных мареографов (см. например: https://rtws.ru/sea-level/). В итоге с 2013 года по настоящее время и, видимо, в обозримом будущем РФ перестает обладать собственной современной системой обнаружения и предупреждения цунами не только в открытом океане, но и на сети прибрежных станций в наиболее уязвимых по цунами российских регионах Тихого океана: Курилы, Сахалин, юго-восточная часть Камчатки (курсив мой. – GK).

Необъяснимо и официально отодвинуто в сторону (но не забыто!) научное наследие академика Соловьева и его команды. Базирование предупреждения цунами только на устаревшем магнитудно-географическом подходе в целом ложно. Оно противоречит достигнутым ранее теоретическим позициям (см. труды академика С. Л. Соловьева, отдела цунами СахКНИИ ДВНЦ АН СССР, лаборатории цунами ИО РАН им. П. П. Ширшова) и успехам наблюдений цунами DART, принадлежащим РФ, в открытой части Тихого океана за период 2010—2017 гг.

По взаимодействию с распределителем бюджета – подразделениями правительства РФ – посвящу несколько слов здесь, во введении. Усилия коллег и НПО «ДЭКО» по возврату ФЦП цунами и сменяемым раз в два года установкам DART безуспешны, утонув в бессмысленно-бесконечной переписке с министерствами и ведомствами (далее) и открыто запрещающими применение DART в раннем предупреждении цунами экспертами-оппонентами метода наблюдений уровня открытого океана в реальном времени.

Но сдаваться и отчаиваться не стоит. Поэтому книга и пытается ответить развернуто, для чего и почему необходимо продолжение работ с DART. Включая перспективы собственных конструкторских и программных разработок по тематике цунами.

Книга содержит введение, пять глав, заключение.

В главе 1 рассмотрена краткая история инструментальных автономных измерений цунами открытого океана. На основе литературных источников показана диспозиция команд и разработок в вопросе создания систем предупреждения цунами, начинавших собственные и международные исследования с начала 1970-х гг. – времени создания всех известных современных систем предупреждения цунами. Отмечу, что государственные специализированные программы не стали гарантией ожидаемого технического прогресса и научного успеха по предупреждению цунами ни в СССР, ни в Японии, ни в США, ни в других странах. Именно поэтому успех DART стоит рассмотреть внимательно именно с такой точки зрения.

Начавшись в 1960-е, он состоял из видения системы в целом, теоретических разработок распространения волн в океане, преемственности научного поиска в близкой области приливов открытого океана, приоритета гидрофизики и моделирования распространения волн, усилий по сохранению и развитию изначальной команды создателей, передачи технических решений друг другу, достижений в близких направлениях: датчиках уровня, измерениях приливов открытого океана, создании сети буев TAO, спутниковой передачи данных с океанских автономных платформ, гидроакустических модемов. Что и привело к созданию прототипа и постепенной его эволюции от прототипа DART-I до поколения G4.

2004 год официально являлся последним годом разработок DART в США (Bernard, персональное сообщение) с завершением финансирования и, скорее всего, полочной судьбой выдающейся технологии. Как и упоминалось выше, лишь цунами на Суматре 26 декабря 2004 г. и последовавшая гуманитарная катастрофа привлекли глобальное внимание к разработке технологии предупреждения наводнений с океана. Команда, создавшая DART, получила усиленную поддержку. PMEL (NOAA, Seattle) финансируется правительством США в дальнейших разработках по обнаружению и раннему предупреждению цунами, тогда малоизвестных широкой публике.

В главе 2 рассматривается составляющие и эволюция системы DART, включая находившиеся в российской эксплуатации STB DART-II© и ETD©. Здесь же приведены принципиально важные с точки зрения развития технологии и дальнейших перспектив DART ссылки в качестве реперных событий прошлого, настоящего и будущего развития технологии.

Глава 3 дает подробное техническое описание DART-II© и ETD©, их работы (с разрешения патентодержателя и разработчика – SAIC).

Глава 4 посвящена результатам работ российского сегмента DART тихоокеанской сети раннего предупреждения цунами в северо-западной части Тихого океана с ноября 2010 г. по апрель 2017 г. Она включает подробную информацию об эксплуатации и событиях цунами.

Освещен также ряд форс-мажорных ситуаций, включая необъяснимое и варварское уничтожение прибрежных измерителей уровня моря, преследование специалистов по цунами управлением ФСБ Сахалинской области в 2013—2014 гг.; предисковую подготовку документов НПО «ДЭКО» к китайской компании Dalian Fishing по случаю фатального вывода из строя WMO 21401, дошедшей до межправительственных консультаций Россия – Китай; мониторинг свободного дрейфа STB (WMO 21401) до островов Бонин (Огасавара), Япония в 2014—2017 гг., затем неожиданное появление ETD (WMO 21402) на Аляске (США) также после дрейфа 2017—2020 гг.; острую необходимость внесения новых международных норм права для подтверждения статуса и охраны исследовательских измерительных систем открытого океана; попытки вернуть интерес госструктур и чиновников к программе измерений цунами открытого океана современными средствами; незаметная для стороннего наблюдателя, но и необъяснимая для посвященных подмена научного наследия Соловьева-Miller измерений длинных волн открытого океана на МГМ. Отдельно рассмотрен вопрос бездействия подразделений правительства РФ по поддержке океанских станций раннего предупреждения цунами с 2014 г. и до сдачи книги в печать.

Глава 5 – дискуссия по вопросам подходов к измерению цунами и его последствий, эксплуатации и перспективам использования DART на Дальнем Востоке, в северо-западной части Тихого океана и морях РФ, возможности организации круглогодичной эксплуатации станций DART. Здесь описана также и идея о новом способе измерений цунами в глубоком океане, включая создание собственных станций.

Заключение включает основные выводы и рекомендации для работы с DART в российских морях северо-западной части Тихого океана и, возможно, на других акваториях РФ, перспективы развития систем. Развитие производства приборов и оборудования по предупреждению цунами в Тихом океане, Японском и Охотском морях, как и во всех остальных морях РФ, остаются остро необходимыми и востребованными для сохранения жизни людей, береговой инфраструктуры и имущества.

Разработка собственной системы предупреждения цунами с опытом DART практически безальтернативна и требуется методически для нового развития собственных усилий по цунами, кроме «рулеточного» (прим. GK) МГМ. В ближайшие годы она выполнится так или иначе в виде буйковых автономных систем или на иных платформах, с обязательной идентификацией волн и расчетной частью заплесков. Известны и продолжают развиваться другие методы определения цунами, в основном дистанционные технологии как из космоса (19), (20), так и побережий: HF-радары (21), (22), GPS shield или похожие (23). Среди прочих реальных возможностей создания системы – сеть из распределенных на глубокой воде датчиков, прибрежных мареографов и автономных дронов могут стать технологической основой развития системы уменьшения рисков затопления с океана (моря) от цунами, пока остальные методы пройдут свои пути по созданию и испытаниям в течение ближайших пятнадцати-двадцати лет (и длительность указанного цикла разработки скорее оптимистична! – GK). Обозначенный этап по времени близок к смене профессиональных поколений. Вопрос преемственности важен, исторически подтвержден на примере создания DART, как и техническая, и методическая части предстоящей работы. Цунами, вне зависимости от генезиса, остается непредсказуемой и существенной угрозой как на Дальнем Востоке РФ, так и на других населенных побережьях страны.

Именно поэтому тема книги актуальна, без преувеличения, на всем 37 673 километровом побережье России. Как и остального мира, где приблизительно миллиард населения всей планеты проживает в полосе около восемнадцати километров от берега по состоянию на 2020 г. (24). Снова и снова возвращаюсь к населенным прибрежьям океанов и морей, где угроза цунами существует и будет существовать постоянно до тех пор, пока люди живут у воды.

Имеющий уши да услышит…

осознает и поймет… чтобы

действовать, защищаясь от угроз

и добывая новые знания…

Глава 1.
Краткая история инструментальных измерений цунами открытого океана

Краткая история инструментальных измерений цунами открытого океана здесь рассматривается как соревнование команд разработчиков. Ниже будет показана борьба нового и консервативного, в то же время сплав случайного и личного в создании технологий измерений цунами открытого океана. Из чего и почему, собственно, возник стандарт наблюдений цунами открытого океана DART как часть системы предупреждения и рассказывается в этой главе.

В настоящее время страны используют разные технические подходы к наблюдениям цунами открытого океана. Крупно их два типа: автономные системы DART (Австралия, Индия, Колумбия, Новая Зеландия, РФ (2010—2017), страны Карибского бассейна, США, Таиланд, Тайвань, Чили, Эквадор, Япония (2012—2016); специализированные кабельные разветвленные сети датчиков на шельфе и континентальном свале глубин (Канада, США, Япония). Как правило системы наблюдений включают в себя датчики сейсмологических служб либо собирают и передают такие данные в отдельной сети.

К 1970-м гг. исследования колебаний открытого океана и в связи с изучением цунами представляли собой научный вызов, сравнимый, например, с ведущимися современными пионерскими разработками (25), научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами (НИОКР) предвестников землетрясений (26) с целью их выявления и прогнозирования. Тот случай, когда требуются теория явления, возобновляемые и сопоставимые между собой инструментальные наблюдения, моделирование явления, согласованные протоколы взаимодействия разных служб реагирования, определение угрозы, после исключения мнимых событий. Но все перечисленное не дается сразу и не преподносится Всевышним на блюдечке. Поэтому, чтобы все работало как часы (например, как DART. – GK), потребуются и усилия, и весомые результаты на каждом из этапов.

Начнем с техники.

История инструментальных наблюдений за цунами насчитывает сто пятьдесят – двести лет (27), (28). Развитие автономных инструментальных измерений уровня открытого моря при исследованиях цунами северной части Тихого океана более кратко по времени и охватывает отрезок последних пятидесяти лет. Оно совпадает с успешными испытаниями кварцевых резонаторов для измерений силовых нагрузок, развитием применения миникомпьютеров в океанографических приборах, первыми публикациями наблюдений цунами открытого океана аналоговой аппаратурой (далее). При создании DART постепенно кварцевые цифровые датчики нагрузок вытеснили аналоговые измерители гидростатического давления открытого океана и в конце концов стали главной функциональной частью систем предупреждения цунами.

Несомненно, развитие работ в направлении цунами и интенсификация экспериментальных измерений для всех стран, особенно Тихоокеанского региона, объясняется трагическим чилийским землетрясением и цунами 1960 г. Страны признают очевидную необходимость развития системы предупреждения цунами и организуют специализированную Комиссию по цунами в 1960 г. на заседании в Хельсинки, Финляндия. Начинается периодическое, раз в два года (!) (курсив GK), общение ученых, инженеров, менеджеров и специалистов со скоростью коммуникаций, немыслимо медленной для современности. Однако мало сомнений в том, что, несмотря на противоречивую, крайне неторопливую и разнонаправленную работу комиссии, положено начало общению ученых, без которого, вне зависимости от реалий того времени, дальнейший прогресс как в измерениях цунами открытого океана, так и в теории цунами являлся бы большим вопросом.

Одновременно с проблематикой цунами в 1960—1970-х гг. исследования приливов открытого океана становятся предметом углубленного открытого международного обмена и обсуждения в научной среде для создания соответствующей измерительной техники и продвижениях в измерениях приливов открытого океана. Страны начинают взаимодействие в SCOR по приливам, рабочая группа WG27 (31). Меньше документов для рассматриваемого периода принадлежат заседаниям специализированной Международной комиссии по цунами (32). Общее представление об истории глубоководных измерений открытого океана для задач цунами содержится в концентрированной сводке (28) и вышедшей ранее главе 7 Harold J. Mofjeld из монографии Tsunamis, The Sea, Volume 15 под редакцией Bernard, Robinson (33).

Как указывалось выше, измерения уровня открытого океана начались с середины 60-х гг. прошлого века, модифицируясь затем и для задач цунами. Так авторы отмечают успешную четырехмесячную работу кабельного датчика гидростатического давления обсерватории OBS-II открытого океана в 1965 году, выполненной в 180 км от побережья Калифорнии (34). Но регистрация и детекция волн цунами не входили в приоритетные задачи обсерватории. К тому же период 1965—1972 гг. не являлся цунамиопасным (28). В этот же период под руководством Geylord Miller испытан ряд датчиков гидростатического давления для задач глубокого океана (35), (36). В СахКНИИ ДВНЦ АН СССР опубликована работа Жака, Соловьева 1971 года (ссылка ранее) по вибротронному датчику гидростатического давления. Перечисленные команды или отдельные исследователи, конечно, были не одни в тематике измерений колебаний уровня глубокого океана и цунами.

При разработке и опытных испытаниях приборов для наблюдений уровня в режиме реального времени в 1970—80-е годы два гигантских препятствия являлись технологическими тупиками своего времени – в частности, автономные системы не рассматривались как перспективные (кроме Frank Snodgrass, Martin Vitousek. – GK) для он-лайновых, в современной терминологии, приложений, поскольку отсутствовал сегмент связи для моментальной передачи сигнала от места измерения на берег. Передача сигнала с океана и интернет как средство коммуникации для гражданских целей возникли позже создания необходимых датчиков для цунами. Интернет появится в 1984 г., когда NSFNET будет отделена из военной закрытой ARPANET (37). Двунаправленная связь с океанскими станциями DART появится только в 2000-х. Именно поэтому в 1970-е гг. спутниковая связь и интернет, их средства и возможности не могли рассматриваться как составные части систем предупреждения цунами. Среди прочих второе ограничение состояло в температурном шуме кварцевых датчиков давления (38), влияя на их точность и стабильность. К указанным двум главным ограничениям присоединялись вопросы о способах хранения собранных данных и энергопотреблении, ожидая своего технического решения. Возможно, по таким причинам акцент в первоначальных и последующих работах по измерениям цунами в открытых водах ложился на датчики с кабельными выходами на берег.

Устоялось представление о преимуществе кабельных систем перед автономными на примере подхода, прежде всего, Японии в решении задачи раннего предупреждения цунами. Кабельные системы, несмотря на свою дороговизну, строительство и поддержку, считаются надежнее, по ним можно не просто передать информацию с прибора, но также и направить на него команды, т. е. управлять датчиком или измерительной системой с берега. Как близкий пример к оповещению цунами можно привести малоизвестную, но успешную эксплуатацию сухопутной системы принудительного торможения скоростных поездов Shinkansen, введенную с 1982 г. «За 12—15 секунд до того, как во второй половине дня 11 марта 2011 года на материковой части Японии произошло мощное землетрясение магнитудой 8.9, сейсмометр в Кинказане, принадлежащий восточному железнодорожному оператору страны JR East, автоматически включил сигнал остановки в систему Shinkansen – высокоскоростных японских поездов, что привело к экстренному торможению 33 составов» (конец цитаты. – GK (39)).

В то же время подводные кабельные системы подвержены обрывам линий при смещениях участков дна (землетрясение Тохоку 2011 г. и др.), сводя на нет все преимущества кабельных сенсоров на дне. Далее, в следующих главах книги, мы обсудим проблему выявления сигнала о цунами в дальней и ближней зонах разными системами измерителей.

Как отмечено ранее, вместе с исследованиями цунами в 60—70-ых гг. прошлого века феномен приливов открытого океана становится предметом углубленного открытого международного обмена и обсуждения в научной среде для создания соответствующей измерительной техники. Причина (ы) разработок измерителей приливов абиссали развернута в программе 1967 года (40). Сравнивая источники исходных материалов рабочей группы 27 (WG 27 SCOR) по приливам открытого океана и Международной комиссии по цунами не трудно заметить, что в 70-е годы прошлого века основные успехи в результатах приходились на усилия SCOR. Для Комиссии по цунами существенной частью работы стало развитие модельного подхода к исследованию явления цунами, его очагам, распространению волн и их заплесков на берега. По документам международных рабочих групп видим, что технический прогресс в измерителях для цунами двигался благодаря исследованиям приливов открытого океана, никак не пересекаясь с усилиями Комиссии по цунами (41), которая и не имела возможностей спонсировать передовые и дорогостоящие технические разработки измерителей открытого океана, являясь, по сути, научным, дискуссионным, консультационным и информационным ресурсом.

Почему же в период конца 1960-х до 1976 г. исследования приливов абиссали стали представлять особый интерес наряду с заявленной программой Munk, Zetler 1967 г. (40) и первых попыток получить данные приливов открытого океана в реальном времени (42). Среди разных вариантов возможный ответ остается предположением автора: похоже, среди прочих научных проблем приливов открытого океана с ней совпала по времени и практическая задача подъема советской подводной лодки K-129 в 1968—1974 гг. Знания о величинах приливов открытого океана северной части Пацифики и возможность их точных расчетов (моделирования), несомненно, составляли критическую информацию успеха операции подъема погибшей со всем экипажем субмарины. Она покоилась на глубине 5 029 м. Также необходимыми к измерению являлись параметры волнения на поверхности, профилей течений по всей глубине подъема для расчета нагрузок на колонну и ее движений в период спуско-подъемных операций устройства для захвата ПЛ К-129. Речь идет о Project Azorian, частично рассекреченном 04 января 2010 года (43). Мои личные имейлы Walter Munk по поводу приливов открытого океана и, по крайней мере, совпадения по времени проекта подъема К-129 и активной фазы работы WG-27 SCOR остались без ответа. Но даже если и полностью все соглашение APE (7) являлось операцией прикрытия подъема К-129, оно не отменяет прогресса ни в создании датчиков уровня для открытого океана, ни в значимых научных результатах двух экспедиций СССР-США по измерениям цунами 1975 и 1978 гг. В части научных коммуникаций по цунами можно отметить постепенное, верное с точки зрения гидрофизики, упорное движение группы Geylord Miller к созданию системы раннего предупреждения, что через 15—20 лет превратится в DART.

Тема научно-исследовательского взаимодействия двух стран в период холодной войны ХХ века представляет собой отдельный комплексный пласт информации, выходя за рамки содержания книги, требуя целенаправленных исследований. Нельзя не отметить, что расцвет сотрудничества по цунами между Росгидрометом, Академией наук – СахКНИИ (группа Сергея Соловьева) и Институтом геофизики (группа Geylord Miller), а по сути, между СССР и США, пришелся на короткий период между окончанием войны во Вьетнаме и началом новой в Афганистане, как и многих других международных и значимых событий (например, в отношениях Китай-США. – прим. GK). Противоречивые застойные 1970-е гг. СССР характеризовались и другими масштабными международными примерами high-tech сотрудничества в гражданских областях: Союз-Аполлон, подготовка к началу разведочного бурения на шельфе острова Сахалин, океанологический эксперимент ПОЛИМОДЕ в Атлантике, начало взаимодействия климатических групп Будыко, Израэля и Маккракена, Хекта (44) – четыре примера сотрудничества помимо цунами из, наверное, самых крупных в 70-х гг. прошлого века. Масштабность исторического шанса 1970-х гг. для прогресса в совместных научных проектах между СССР и США оценивается, например, сейчас. Это касается областей генетики, медицины, геологии, материаловедения, электроники, программирования, а также океанологии и исследований климата как частей наук о Земле.

Касаясь разработки глубоководных измерителей гидростатического давления – предшественников измерителей цунами открытого океана, можно повторно указать, что она велась, в основном, по линии SCOR. Например, просматривая результаты заседаний 27 рабочей группы SCOR, находим, что автономные приборы для измерения приливов открытого океана выставлялись в 75, 190 и 500 морских милях от побережья Калифорнии (45). В том же году Snodgrass ставил амбициозную для своего времени задачу измерения приливов автономными приборами (capsules) на 40, 50 и 60 параллелях Южного полушария в течение года между Австралией и Антарктидой.

Рисунок 2.1. Донные станции уровня открытого океана (capsules) разработки Frank Snodgrass (46): Judith, Kathy, Flicki и Josie (названы по именам близких и коллег). Три последние устанавливались мористее Калифорнии в 1970 г. Flicki всплывет много позже плановой экспозиции, продрейфует половину Тихого океана, найдена у островов Midway и в 1988 г. Возвращена в Скриппс, удостоившись статьи Walter Munk и Peter Worcester (4).

Здесь же, в трудах SCOR, находим удивительно раннюю для своего времени – 1972 год (!) – оценку возможностей спутниковой альтиметрии (GEOS) для задач измерения высоты приливных волн океана, которая признана пока несостоятельной из-за существенной ошибки альтиметра (от 1 до 5 метров). В этом же году Jerome Paros основал компанию Paroscientific по производству высокоточных кварцевых резонаторов – датчиков силового воздействия, которые могут быть и запрограммированы, и также быть подсоединены к цифровым устройствам. В этой нише океанологического рынка и проходил невидимый широкой публике прогресс в разработке океанографических измерителей, микроэлектронике и датчиках, приведший постепенно к новым поколениям как приборов для измерений приливов и цунами открытого океана, так и других, например, CTD (47), ADCP (48).

В Трудах SCOR 1972 г. запечатлены начальные диспозиции разных групп исследователей по приборам открытого океана для приливов. Они важны для понимания, что произойдет дальше по времени с разработкой систем наблюдения цунами, которые, в конце концов, через, примерно, двадцать лет приведут к DART или стандарту измерителей цунами открытого океана.

Итак, в 1972 году группы исследователей из разных стран находились на следующих диспозициях по измерению уровней моря вдали от берегов: Германия (ФРГ. – прим. GK) разрабатывает свой собственный прибор на уровне Министерства по науке через частную компанию; Франция усилиями группы CNEXO (Hyacinthe) добилась точности измерения приливов и температуры 0.5 м и 0.001 гр. соответственно на глубинах до 6000 м; СССР (С.С.Войт) заявил об отсутствии планов по созданию измерителя глубоководных приливов, а значит, и измерителей цунами (курсив мой. – GK), т. к. акценты сделаны на теоретическую работу; Radok (Университет Южной Австралии) сообщает о создании шельфового прибора в сочетании дифференциального и абсолютного датчиков давления и считает среди прочего, что необходимо исследовать приливы на озере Байкал; Dohler (Канада) доложил о создании шельфового уровнемера с точностью до 2 см и базы данных с компьютерным доступом по приливным материалам Канады; Teramoto (Япония) рассказал об измерителе для шельфа (до глубин 150 м) как модификации гидрографического прибора, используемого еще до II Мировой войны в Японии, и измерителе течений (видимо, точечном. – GK) с акустическим датчиком (107 Гц); Cartwright (Великобритания) показал результаты исследований автономным уровнемером на шельфе с датчиками Bell и Howell, оснащенными цифровым выходом измерений уровня воды до 10—5 (49), кроме того обсуждены планы по регистрации данных через многоканальные магнитофонные регистраторы Marconi и разрешением 10—6 для вибротрона, датчиков температуры Hewlett-Packard и кварцевых сенсоров давления той же компании; Munk (США) подвел итоги работы группы IGPP за последние три года: в частности, касаясь технических аспектов измерителей, им отмечено, что Snodgrass разрабатывает новый измеритель открытого океана с кристаллическим датчиком Hewlett-Packard, логикой COSMOS и регистрацией на магнитном стержне; здесь же впервые и вскользь упомянуты разработки Geylord Miller (Гавайи) по глубоководному измерителю давления открытого океана без привязки к проблеме цунами.

В материалах заседаний 1972 года SCOR находим оценку Walter Munk, который упомянул – внимание! – о необходимости переключения режима измерений глубоководного программируемого прибора с заданной дискретностью на более частые, если есть «событие более высокого уровня энергии». Раз в сутки предполагалось по акустическому каналу передавать ключевые данные на поверхностный буй, а затем, на берег – по спутниковому каналу (курсив GK).

До своего роспуска в 1976 году WG 27 SCOR собирается еще несколько раз (SCOR-1974,75,76), где самой главной информацией для настоящей книги становится интеркалибровочный эксперимент на глубине 2200 м нескольких моделей уровнемеров, выполненный к западу от порта Брест (Франция). Как следует из опубликованной информации, к середине 70-х гг. прошлого века в процессе разработки и непрерывного тестирования находилась важнейшая часть будущей системы DART: глубоководный датчик давления для измерения столба воды над прибором.

Поиск измерителя гидростатического давления открытого океана продвигался методом проб и ошибок. В частности, испытывались 7 типов приборов: FMSW на основе кристаллических датчиков Hewlett-Packard; СОВ (CNEXO) струнный; NOAA (Jean Filloux) трубка Бурдона с оптическим рычагом; IOS (Bidston) – мульти: 2 кристаллических датчика Hewlett-Packard +1 вибротрон +1тензометр; IOS (Wormley) – емкостный + тензометр; Канада – два сильфонных датчика разных моделей; SHON (Франция) – струна под нагрузкой. Как показали последующие события, наилучшими свойствами для наблюдений колебаний уровня открытого океана с необходимой точностью и стабильностью обладали кристаллические датчики. Но пятьдесят лет назад такой факт не выглядел очевидным.

Из доступных источников работы групп WG-27 и по цунами видно, что в 1972 году именно Walter Munk в документах SCOR опубликовал внятное видение системы для наблюдений приливов в открытом океане с гидроакустической связью между донным измерителем (BPR в дальнейшем) и поверхностным буем, космической – между буем и берегом. Иное воплощение долговременных наблюдений приливов открытого океана Walter Munk считал «психологически неприемлемым» (курсив GK) из-за огромного напряжения ожидания удачной или неудачной постановки прибора после годичной серии наблюдений прибором, установленным в удаленном месте океана и жесткой необходимости обновления данных в компьютерной модели. Как увидим далее, именно так и будут выглядеть основные части системы DART для раннего диагностирования, измерения и передачи данных о выявленных волнах цунами открытого океана.

Коснемся результатов инструментальных наблюдений за цунами. От первого заседания Комиссии по цунами в Хельсинки до первой публикации по тематике от СахКНИИ ДВНЦ АН СССР по данным кабельной системы на шельфе о. Шикотан (9) проходит двадцать один год, что становится первым успехом наблюдений цунами кабельной (!) системой. В 1982 г. выходят публикации о цунами у Калифорнии Jean Filloux, университет Калифорнии, Институт океанографии Скриппса (50) (10). О них более подробно рассказано далее. Здесь же отметим следующие технические детали: работа содержала анализ регистрации цунами автономного (!) аналогового прибора, в частности, имевшего оптическую версию рычажного датчика давления к трубке Бурдона. Такая модификация ранее и успешно применялась для исследований колебаний уровня открытого океана в западной Атлантике (51).

После успехов с аналоговыми датчиками для регистрации длинных волн важным шагом в использовании современных систем наблюдений цунами в открытом океане становится разработка высокоточного и малогабаритного датчика гидростатического давления на основе кварцевого резонатора (52). На датчики такого типа указывал еще ранее и Frank Snodgrass, отмечая преимущество перед вибротронными сенсорами в глубоководных измерениях (53). Применение кристаллических датчиков давления в конце 1970-х гг. на глубинах менее 500 м в ходе долгопериодных исследований Циркумполярного течения в проливе Дрейка (Антарктида) оказалось успешным. «Детские болезни» технологии измерений кварцевыми резонаторами уровня открытого океана удалось преодолеть до начала экспериментов с прототипами DART (54).

Но говорить о том, что с 1970-х гг. наблюдалась повсеместная смена аналоговых сенсоров на высокоточные кварцевые датчики с малым дрейфом в измерениях параметров гидростатического давления открытого океана, не приходится. Замещение шло постепенно, и между 1980—1990 гг. произошло почти полное вытеснение компанией Paroscientific (55) других конкурентов в области высокоточных глубоководных измерений для задач цунами (56). С учетом размера ниши рынка cенсоров давления в 20+ компаний-производителей во всем мире (57) конкуренция между ними, очевидно, и привела к отбору лучшего технического решения для глубоководного измерения цунами.

Таким образом прогресс в измерениях цунами начинался и шел через создание глубоководных регистраторов гидростатического давления для изучения приливов открытого океана. Следует отметить, что на рубеже 1960—1970-х гг. ограничение механических приборов/сенсоров – трубок Бурдона или аналогичных – для измерения гидростатического давления признано повсеместно. Прежде всего оно касалось точности датчиков для глубин, превышающих диапазон шельфа и свала глубин. Феноменальный расцвет микроэлектроники, переход на новые датчики, включая кварцевые гидростатического давления (58), во многом определили дальнейшие успехи исследований и измерений цунами. Создание цифрового кварцевого резонатора (см. выше) с процессором для его программирования явилось новым технологическим шагом, способствовавшим продвижению в измерениях цунами открытого океана пятьдесят лет назад.

Кроме успехов в технической разработке датчиков гидростатического давления, в 1970-е гг. среди прочих подходов в предсказании цунами доказывается необходимость их измерений в открытом океане (59), (60), (61). Главным становится понимание, что не каждое землетрясение с определенным значением своей магнитуды генерирует цунами и необходимо точно измерить волны приборами на удалении от очага землетрясения и моментально передать в центр цунами данные высот волн для последующих расчетов времени и заплеска на побережьях. Именно так возникла теоретически и затем устоялась востребованность измерений цунами открытого океана для численных моделей распространения и последующих наводнений берега.

Поэтому попытки оппонентов DART в реанимации устаревшего МГМ, основанного только на сейсмических измерениях и статистических данных, снижают успешность прогноза цунами до ~ 25—28%. Это означает, что три из четырех прогнозов по МГМ будут ложными. Следовательно, предупреждение цунами, основанное только на данных МГМ, ведется практически вслепую.

Как отмечалось ранее, важным с точки зрения последующих усилий по созданию автономных систем DART стало проведение двух совместных экспедиций СССР и США по цунами в Тихом океане. Они выполнены по Соглашению о сотрудничестве в области охраны окружающей среды 23 мая 1972 года (раздел IX-2 «Создание объединенной системы США-СССР по предупреждению о цунами (приливных волнах, вызываемых землетрясениями)» (62).

Автор не нашел в открытой печати причин начала сотрудничества по цунами в 1970-е гг. тогдашних идеологических соперников (если не сказать больше): СССР и США (63). Но совместные исследования по цунами планировались таким документом, как U.S. and U.S.S.R. Environmental Cooperation Treaty (ECT), за подписями Никсона-Подгорного (64), подготовленного в обстановке особой секретности (65). Остается нераскрытой загадкой разный статус подписантов ECT. Но, несмотря на бюрократическую парадоксальность визирования документа политическими лидерами своего времени, научно-техническая кооперация двух стран по цунами в 1970-е гг. все-таки состоялась и оказалось результативной.

Она произошла также благодаря личному знакомству Geylord Miller и Сергея Соловьева (Bernard, Rabinovich, Poole, перс. сообщения). Среди официальных документов взаимодействия между учеными СССР и США находим также отдельное положение о цунами, выделенное в тексте обширного документа выше (см. также The U.S. – U.S.S.R. Agreement to Protect the Environment: 15 Years of Cooperation (7), далее APE).

Известно, что под эгидой ECT (APE) проведены две совместные экспедиции – в 1975 (66) и 1978 годах. Участникам удалось выполнить инструментальные измерения длинных волн на глубокой воде и провести совместный анализ данных. Обе экспедиции не зафиксировали цунами, но способствовали в какой—то мере испытанию одних из первых прототипов автономных измерителей цунами открытого океана (67). Часть команды Geylord Miller переместилась затем на континент и начала работу в PMEL NOAA (Seattle), развивая технические идеи и успехи предшественников: Frank Snodgrass, Martin Vitousek и других. Совершенно точно, без усилий и успехов предыдущей команды Miller, сохранения преемственности идей и результатов после трансфера персонала и смены организационной принадлежности состава новой лаборатории NOAA в Сиэттле успех создания DART видится, скорее всего, призрачным и, скорее всего, невозможным.

Кроме того, работа в рамках ECT (APE) являла собой редкий пример результативного взаимодействия разных политических систем для создания, по сути, гуманитарного инструмента предупреждения катастроф во время «холодной войны», что актуально и в настоящее время. И, возможно, требует отдельного рассмотрения и исторического исследования.

Напомню, что для автора интерес к взаимодействию ученых и инженеров команд Miller и Соловьева состоял в поиске ответа на вопрос, являлась ли технология DART следствием совместной работы Сахалинского комплексного научно-исследовательского института (СахКНИИ) и Института геофизики (Гавайи). Ответ очевидно отрицательный, потому что DART – следующее поколение морских измерительных систем цунами открытого океана. Система предупреждения цунами, включая океанский измеритель DART, состоит из цифровых датчиков, компоновки и композитных материалов станций, спутниковой приемо-передачи маломощных сигналов низкоорбитальной группировки, гидроакустических модемов, ПО для идентификации волн цунами в месте измерения, коммуникационного шлюза в сеть интернет. ПО моделирования распространения волн и заплесков представляет собой отдельную часть и расчетную операцию, которая развивалась параллельно с техническим развитием системы. Кроме малой толики, все перечисленное полностью отсутствовало в 1970-е гг. для периода совместной работы СССР – США по цунами в Тихом океане и, таким образом, напрямую никак не могло повлиять на создание и разработку DART, например, инженерами СССР.

Munk, Miller, Соловьев практически одновременно к 1970-м гг. пришли к теоретическому решению проблемы предупреждения цунами – как и для чего измерять волны в открытом океане, в каком направлении двигаться по расчетам их продвижения по поверхности океана после землетрясений (68). Отсутствие готовых технических средств измерений и своевременной передачи данных из океана заранее достижения волнами берега стало не препятствием, а, скорее, стимулом для дальнейших работ. Что в конце концов привело к созданию DART.

В течение двадцати лет после совместных СССР – США экспедиций часть персонала Института геофизики (Гавайи), вовлеченная в обсуждаемые совместные работы по цунами 1970-х, продолжила работу уже в PMEL NOAA (Seattle), где и создавался технический прототип системы. DART становится фундаментальным звеном системы раннего предупреждения цунами и результатом сложной траектории передачи опыта, проб и ошибок в технической части, выбора теоретической основы для решения задачи предупреждения цунами. На каком-то из ее исторических фрагментов в 1970-е годы по решению правительств СССР и США команды Geylord Miller и Сергея Соловьева отработали вместе в океане и лабораториях, давая импульсы для технического развития будущей системы (Geylord Miller) и подходов к расчетам цунами (Сергей Соловьев). Работы по цунами проводились и продолжаются в Институте морской геологии и геофизики (ИМГиГ, бывш. СахКНИИ. – GK) ДВО РАН, Росгидромете, Институте океанологии им. Ширшова (ИО) РАН, Институте вычислительной математики СО РАН, Институте прикладной физики РАН, МГУ и других. Но они не стали частью разработки раннего предупреждения цунами с технической точки зрения. Что-либо похожее на DART не было создано ни в СССР, ни пока в России.

Великолепный по своей научной направленности и результативности отдел цунами Соловьева в СахКНИИ окончательно распался в 1980-е. Эта группа не повторена до сих пор по широте охвата проблемы, экспериментальной работе в океане и своей научной результативности. Также в 1980-х, после закрытия по политическим причинам великих без всяких натяжек высокотехнологических проектов между СССР и США, включая цунами, за семь тысяч километров от Сахалина на восток, в PMEL продолжилась разработка автономных донных измерителей давления. Через десять с лишним лет они станут прообразом и частью системы предупреждения цунами DART. Почти одновременно СССР запустит свою программу с известым отрицательным результатом к 1990-м гг. по созданию полноценной системы предупреждения цунами (далее).

Но вернемся к существенным фактам нашей истории.

В 1979 г. цунами открытого океана впервые фиксируется автономным прибором в районе Калифорнийского залива. Открытием становится измерение не только одиночной начальной волны, но и целого цуга (семейства) волн, имеющего свою длительность, измерение малой высоты цунами (1 см), запас по времени более часа до прихода волны на берег, признаки метеоцунами (50). С этого принципиального момента научного и технологического успеха начинается дальнейшее развитие технологии измерений цунами с помощью автономных платформ – уже на основе цифровой техники. Публикация Jean Filloux выходит в свет позже обнародования результатов измерений цунами СахКНИИ 1981 г. Спустя еще более десяти лет, в начале 1990-х гг., первые записи цунами фиксируются в Японии с помощью кабельной системы (69).

В 1980 г., уделяя особое внимание проблеме цунами для Дальнего Востока страны, Совет министров СССР выпустил отдельное постановление*, где сформулировал государственное задание по созданию Единой автоматизированной системы предупреждения о цунами (ЕАСЦ), разработке и производству необходимых технических средств. Научно-методическая часть программы выполнялась в основном учеными АН СССР (70), а также Росгидрометом. Программа планировалась на десять лет, выполнена частично и не была завершена, работы по созданию инструментального измерителя цунами прекращены. Научные результаты обобщены частично, например, в труде Поплавского, Куликова, Поплавской (11).

В 1970-е гг. среди трех центров изучения длинных волн в океане США целевой направленностью работ по цунами и результатами выделялась группа Института геофизики (Гавайи) под руководством Geylord Miller (Рабинович, перс. сообщение). Как упоминалось выше, к 1980 г. разработка технологии наблюдений цунами передается из университетской науки (Институт геофизики, Гавайи) в подразделение NOAA – PMEL (71), Seattle. Таким образом во многом пионерские усилия и результаты по автономным инструментальным измерениям цунами фактически свернуты на Гавайях по разным причинам. Тогда же практически завершена и совместная работа ученых СССР и США по цунами и измерениям открытого океана. Спустя некоторое время в Сиэттле начинается история создания автономной системы измерений цунами. В итоге, здесь и возник известный прототип DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunami), которому посвящается отдельная глава. Далее мы рассмотрим компоненты и эволюцию системы DART отдельно – от предшественников середины 1960-х, апробацию прототипов в 1980—1990-е гг., до создания и постепенного расцвета технологии DART.

Как указывалось ранее, знаковым событием для разработчиков систем наблюдений цунами стало упомянутое ранее катастрофическое цунами в Индийском океане 2004 г. Отсутствие готовой к работе технологии определения волн цунами в реальном времени возобновляет интерес к разработке DART. Так именно после землетрясения и цунами на о. Суматра, многочисленных жертв измерениям цунами открытого океана придается новый импульс на глобальном уровне усилиями правительств, ООН, ЮНЕСКО и МОК. В течение пяти лет после катастрофы 2004 г. развернута глобальная сеть датчиков по цунами в Индийском и Тихом океанах, созданы второе и третье поколения DART (DART-II и позже ETD). Сейсмические пояса Тихого и Индийского океанов, включая абиссальные зоны до пяти километров глубины, охватываются системами наблюдений цунами реального времени.

Катастрофа на Суматре подтолкнула и российские власти. После 2004 г. Российская Федерация, являясь членом Комиссии МОК по цунами, разработала и запустила ряд мероприятий по ФЦП «природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года» с целью «снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций… до 2015 года» в части, касающейся цунами. Переоснащены сейсмологическая служба РАН и прибрежные мареографные станции Росгидромета. Исключение представляет сегмент прибрежных станций наблюдений уровня моря на Курилах. Касаясь открытого океана, РФ закупила и установила станции наблюдений цунами (WMO ##21401, 21402), которые передавали измеряемые данные с ноября 2010 г. по апрель 2017 г. (71). Станции поддерживались с момента установки в 2010 г. до 2014 г. усилиями ДВНИГМИ (Росгидромет), SAIC (CША) и НПО «ДЭКО». В северо-западной части Тихого океана российская станция WMO #21402 доработала до 2017 года, далеко за пределами регламентного срока службы.

Кроме разрушения сети прибрежных станций уровня в 2013 году, количество запланированных по ФЦП («Снижение… до 2015 года») четырех станций открытого океана уменьшено по бюджетным ограничениям до двух. Деталям эксплуатации, урокам и необходимости продолжения работ по уровню прибрежными станциями Курил и DART далее посвящается отдельная глава в представляемой книге.

Среди компаний и институтов, предпринимавших попытки создания собственных систем или пытавшихся коммерциализировать результаты НИОКР при создании автономных платформ измерения цунами для поставок на мировой рынок, отметим несколько великих брэндов, создавших свои измерители или системы цунами: Fugro Oceanor (Норвегия), Mooring Systems (США), SeaBird (США), Sonardyne (Великобритания), германский консорциум из двадцати организаций и компаний (72).

Япония после землетрясения и катастрофического цунами Тохоку (2011), принимает решение о закупке автономных систем стандарта DART и эксплуатации станций на время ремонта оборванной сети датчиков под водой. Кроме того, приступает к разработке прототипа собственного автономного измерителя цунами Vector Tsunamimeter (73). Всего в зоне наибольшей вероятности возникновения очага цунами Японией выставлялись три станции DART в период 2011—2016 гг. Еще три находились на берегу в полной готовности для замены в случае выхода из строя из экспонированных в океане.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.