The devastating southeast Asian tsunami of December 26, 2004 has brought home the destructive consequences of coastal hazards in an absence of effective warning systems. Since the 1946 tsunami that destroyed much of Hilo, Hawai'i, a network of pole mounted sirens has been used to provide an early public alert of future tsunamis. However, studies in the 1960s showed that understanding of the meaning of siren soundings was very low and that ambiguity in understanding had contributed to fatalities in the 1960 tsunami that again destroyed much of Hilo. The Hawaiian public has since been exposed to monthly tests of the sirens for more than 25 years and descriptions of the system have been widely published in telephone books for at least 45 years. However, currently there remains some uncertainty in the level of public understanding of the sirens and their implications for behavioral response. Here, we show from recent surveys of Hawai'i residents that awareness of the siren tests and test frequency is high, but these factors do not equate with increased understanding of the meaning of the siren, which remains disturbingly low (13%). Furthermore, the length of time people have lived in Hawai'i is not correlated systematically with understanding of the meaning of the sirens. An additional issue is that warning times for tsunamis gene rated locally in Hawai'i will be of the order of minutes to tens of minutes and limit the immediate utility of the sirens. Natural warning signs of such tsunamis may provide the earliest warning to residents. Analysis of a survey subgroup from Hilo suggests that awareness of natural signs is only moderate, and a majority may expect notification via alerts provided by official sources. We conclude that a major change is needed in tsunami education, even in Hawai'i, to increase public understanding of, and effective response to, both future official alerts and natural warning signs of future tsunamis.

Sismotectonique, paléotsunami et le tsunami scénarios sont examinés sur la côte du Nord de l'Égypte dans le cadre du tsunami européen ASTARTE projet et le projet IMHOTEP français-égyptiens. La géologie, la géomorphologie, séismicité, des mécanismes focaux, l'inversion de stress calculée et des données GPS utilisée pour identifier le régime de stress de jour présent des zones actives et les zones de tsunamigène. Tranchées et carottes ont été creusées à deux sites. Le balayage de radiographie, la sensibilité magnétique, l'analyse de taille de grain, l'échantillonnage, macrofossile détections, total des matériaux organiques et inorganiques et la datation au carbone est effectuée pour identifier les signatures tsunami. La couche sablonneuse blanche de haute énergie riche en fossiles retravaillés est corrélée avec le 21 juillet 365 dans le Kefr Saber. Les quatre couches sédimentaires de haute énergie à l'El Alamein sont corrélées les tsunamis historiques de 1600 avant J.C., le 21 juillet 365, 8 août 1303, le 24 juin 1870. / Seismotectonic, paleotsunami deposits and tsunami scenarios are investigated along the north coast of Egypt in the framework of the tsunami ASTARTE European and the French-Egyptian IMHOTEP projects. The geology, geomorphology, seismicity, focal mechanisms, calculated stress inversion, and GPS data were used to identify the present day stress regime of the main active zones and the tsunamigenic zones. Trenches and cores were dug in Kefr Saber and EL Alamein sites. X-ray scanning, magnetic susceptibility, grain size analysis, sampling, macrofossil detections, XRD analysis, total organic and inorganic matter measurements and carbon dating are carried out to identify the paleotsunami signatures. The high-energy white sandy layer rich in reworked fossils at Kefr Saber are correlated with 21 July 365, while the four characteristic high-energy sedimentary layers at the El Alamein site are correlated with the historical tsunami events of 1600 BC, 21 July 365, 8 August 1303, and 24 June 1870.

Thesis (Ph. D.)--University of Oregon, 2002. / Typescript. Includes vita and abstract. Includes bibliographical references (leaves 605-636). Also available for download via the World Wide Web; free to University of Oregon users.

Cette thèse se penche sur la propagation d’ondes au sein du système coupléTerre-océan-atmosphère. La compréhension de ces phénomènes a une importance majeure pour l’étude de perturbations sismiques et d’explosions atmosphériques notamment dans le cadre de missions spatiales planétaires. Les formes d’ondes issues du couplage fluide-solide permettent d’obtenir de précieuses informations sur la source du signal ou les propriétés des milieux de propagation. On développe donc deux outils numériques d’ordre élevé pour la propagation d’ondes acoustiques et de gravité. L'u en différences finies et se concentre sur le milieu atmosphérique et la propagation d’ondes linéaires dans un milieu stratifié visqueux et avec du vent. Cette méthode linéaire est validée par des solutions quasi-analytiques reposant sur les équations de dispersion dans une atmosphère stratifiée. Elle est aussi appliquée à deux cas d’études : la propagation d’ondes liée à l’impact d’une météorite à la surface de Mars (mission NASA INSIGHT), et la propagation d’ondes atmosphériques liées au tsunami de Sumatra en 2004. La seconde méthode résout la propagation non-linéaire d’ondes gravito-acoustiques dans une atmosphère couplée, avec topographie, à la propagation d’ondes élastiques dans un solide visco-élastique. Cette méthode repose sur sur le couplage d’une formulation en éléments finis discontinus, pour résoudre les équations de Navier-Stokes la partie fluide, par éléments finis continus pour résoudre les équations de l’élastodynamique dans la partie solide. Elle a été validée grâce à des solutions analytiques ainsi que par des comparaisons avec les résultats de la méthode par différences finies. / This thesis deals with the wave propagation problem within the Earth-ocean-atmosphere coupled system. A good understanding of the these phenomena has a major importance for seismic and atmospheric explosion studies, especially for planetary missions. Atmospheric wave-forms generated by explosions or surface oscillations can bring valuable information about the source mechanism or the properties of the various propagation media. We develop two new numerical full-wave high-order modeling tools to model the propagation of acoustic and gravity waves in realistic atmospheres. The first one relies on a high-order staggered finite difference method and focus only on the atmosphere. It enables the simultaneous propagation of linear acoustic and gravity waves in stratified viscous and windy atmosphere. This method is validated against quasi-analytical solutions based on the dispersion equations for a stratified atmosphere. It has also been employed to investigate two cases : the atmospheric propagation generated by a meteor impact on Mars for the INSIGHT NASA mission and for the study of tsunami-induced acoutic and gravity waves following the 2004 Sumatra tsunami. The second numerical method resolves the non-linear acoustic and gravity wave propagation in a realistic atmosphere coupled, with topography, to the elastic wave propagation in a visco-elastic solid. This numerical tool relies on a discontinuous Galerkin method to solve the full Navier-Stokes equations in the fluid domain and a continuous Galerkin method to solve the elastodynamics equations in the solid domain. It is validated against analytical solutions and numerical results provided by the finite-difference method.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / Ingeniero Civil Matemático / Las alturas máximas del tsunami (alturas de runup) son unos de los parámetros de mayor interés, ya que su predicción estima el peligro al cual se ve expuesta la población. Bajo esta perspectiva, el objetivo principal de este trabajo es estudiar, desde un punto de vista teórico, el comportamiento del runup a lo largo de la costa. Se ha escogido una batimetría simple, del tipo sloping beach, para aproximar a primer orden la geometría de la subducción chilena, bajo la cual se aplicó la teoría de la mecánica de fluidos. Se ha hecho una revisión exhaustiva de la teoría clásicamente utilizada, en los casos unidimensional (lineal y no lineal) y bidimensional lineal, que corresponden a las ecuaciones de aguas poco profundas. Para el cálculo del runup en el caso unidimensional se han utilizado formas de ondas iniciales incidentes de tipo solitarias, que corresponden a la solución más regular de la ecuación de Korteweg-De Vries. También se han usado otras formas de onda iniciales, como las llamadas N-waves, que son una solución particular de la ecuación de generación de tsunamis linealizada en una dimensión. En el caso no lineal, se presenta un método de resolución basado en la teoría de los invariantes de Riemann para sistemas hiperbólicos, conciliando con los resultados de la teoría lineal, y obteniéndose así el ya conocido resultado que, a primer orden, el runup es bien estimado por la teoría lineal. En el caso bidimensional, se ha encontrado una solución para la altura de la ola en el caso de una batimetría de sloping beach, donde se han resuelto las ecuaciones bajo las hipótesis de la teoría lineal. Se ha verificado que el núcleo de las ecuaciones y la geometría, generaliza adecuadamente el caso unidimensional bajo condiciones de borde idénticas. Para ello, se ha hecho un análisis de sus polos y ceros en el plano complejo, para su posterior tratamiento integral, obteniéndose los resultados esperados. Para situaciones especiales, considerando algunas simplificaciones, se ha encontrado una generalización del cálculo analítico aproximado del runup en dos dimensiones tomando en cuenta el ángulo de incidencia de la ola inicial sobre la costa. Se ha encontrando una dependencia explícita con este factor, y así, en este estudio se propone un modelo analítico de la distribución de runup a lo largo de la costa, del que sólo existían modelos empíricos basados en observaciones y simulaciones numéricas. El modelo teórico analítico propuesto ha sido, además, comparado con el modelo numérico NEOWAVE, encontrándose que en el dominio de validez de la solución teórica, ésta estima adecuadamente el máximo runup, concluyendo así la generalización buscada. Para esta verificación, se exploraron varios valores de los parámetros (pendiente de la playa, ángulo de incidencia y altura de la ola inicial, etc.), que inciden directamente en el valor final del runup. Como última aplicación a datos reales, se ha utilizado el modelo teórico propuesto en este trabajo para estudiar la distribución de runup en la costa del tsunami generado por el terremoto del Maule, Mw 8.8 del 27 de febrero del 2010, obteniéndose mejoras en la curva que ajusta dicha distribución, en comparación con otros modelos empíricos preexistentes.

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales)

Cette thèse est divisée en quatre parties. Dans la première, je vais présenter notre travail sur le run-up des vagues longues et sur les phénomènes d’amplification par résonance. Grâce à des simulations numériques basées sur les équations en eau peu profonde non-linéaires, nous montrons que dans le cas des vagues monochromatiques d’incidence normale sur une plage inclinée, une amplification résonante du run-up se produit lorsque la longueur de la vague d’entrée est 5.2 fois plus grande que la longueur de la plage. Nous montrons également que cette amplification résonante de run-up peut être observée à partir de plusieurs profils de vagues. Cependant, l’amplification résonante du run-up n’est pas limitée aux plages inclinées infinies. En faisant varier le profil bathymétrique, la résonance est également présente dans le cas de bathymétries linéaires par morceaux et pour des bathymétries réalistes. Dans la deuxième partie, je présente une nouvelle solution analytique pour étudier la propagation des tsunamis générés par une source non ponctuelle sur une profondeur constante en utilisant la théorie des vagues en eau peu profonde linéaires. La solution, qui repose sur la séparation des variables et sur une double transformée de Fourier dans l’espace, est exacte, facile à mettre en œuvre et permet l’étude d’ondes de formes réalistes comme les ondes en forme de N (N–waves). Dans la troisième partie, j'étudie l’effet de protubérances localisées sur la génération de vagues longues. Même lorsque le déplacement final est connu grâce à l’analyse sismique, le plancher océanique qui se déforme peut avoir du relief comme des montagnes et des failles. On étudie analytiquement l’effet de la bathymétrie sur la génération des vagues de surface, en résolvant les équations en eau peu profonde linéaires avec for. Nous constatons que quand la hauteur du rebord augmente, le piégeage partiel de la vague permet de réduire la hauteur des vagues dans le champ lointain, tout en l’amplifiant au-dessus du rebord. Je vais aussi présenter brièvement une solution de la même équation forcée au-dessus d’un cône. Enfin, dans la dernière partie, nous verrons si les petites îles peuvent protéger les côtes proches de tsunamis comme il est largement admis par les communautés locales. Des découvertes récentes sur le tsunami des îles Mentawai en 2010 montrent un run-up amplifié sur les zones côtières derrière de petites îles, par rapport au run-up sur les lieux adjacents, qui ne sont pas influencés par la présence des îles. Nous allons étudier les conditions de cette amplification du run-up en résolvant numériquement les équations en eau peu profonde non-linaires. Le dispositif expérimental est régi par cinq paramètres physiques. L’objectif est double: Trouver l’amplification maximale du run-up avec un nombre minimum de simulations. Nous présentons un plan d’expériences actif, récemment mis au point et basé sur les processus Gaussiens, qui réduit considérablement le coût de calcul. Après exécution de deux cents simulations, nous constatons que dans aucun des cas considérés l’île n’offre une protection à la zone côtière derrière elle. Au contraire, nous avons mesuré une amplification du run-up sur la plage derrière elle par rapport à une position latérale sur la plage non directement affectée par la présence de l’île. Cette amplification a atteint un facteur maximal de 1.7. Ainsi, les petites îles à proximité du territoire continental agissent comme des amplificateurs des vagues longues dans la région directement derrière elles et non comme des obstacles naturels comme il était communément admis jusqu’ici. / This thesis is divided in four parts. In the first one I will present our work on long wave run-up and some resonant amplification phenomena. With the use of numerical simulations for the nonlinear shallow water equations, we show that in the case of monochromatic waves normally incident on a plane beach, resonant run-up amplification occurs when the incoming wavelength is 5.2 times larger the beach length. We also show that this resonant run-up amplification can be observed for several wave profiles such as bichromatic, polychromatic and cnoidal. However, resonant run-up amplification is not restricted to infinitely sloping beaches. We varied the bathymetric profile, and we saw that resonance is present in the case of piecewise linear and real bathymetries. In the second part I will present a new analytical solution to study the propagation of tsunamis from a finite strip source over constant depth using linear shallow-water wave theory. The solution, which is based on separation of variables and a double Fourier transform in space, is exact, easy to implement and allows the study of realistic waveforms such as N-waves. In the third part I will explore the effect of localized bathymetric features on long wave generation. Even when the final displacement is known from seismic analysis, the deforming seafloor includes relief features such as mounts and trenches. We investigate analytically the effect of bathymetry on the surface wave generation, by solving the forced linear shallow water equation. Our model for bathymetry consists of a cylindrical sill on a flat bottom, to help understand the effect of seamounts on tsunami generation. We derive the same solution by applying both the Laplace and the Fourier transforms in time. We find that as the sill height increases, partial wave trapping reduces the wave height in the far field, while amplifying it above the sill. Finally, in the last part I will try to explore whether small islands can protect nearby coasts from tsunamis as it is widely believed by local communities. Recent findings for the 2010 Mentawai Islands tsunami show amplified run-up on coastal areas behind small islands, compared with the run-up on adjacent locations, not influenced by the presence of the islands. We will investigate the conditions for this run-up amplification by numerically solving the nonlinear shallow water equations. Our bathymetric setup consists of a conical island sitting on a flat bed in front of a plane beach and we send normally incident single waves. The experimental setup is governed by five physical parameters. The objective is twofold: Find the maximum run-up amplification with the least number of simulations. Given that our input space is five-dimensional and a normal grid approach would be prohibitively computationally expensive, we present a recently developed active experimental design strategy, based on Gaussian Processes, which significantly reduces the computational cost. After running two hundred simulations, we find that in none of the cases considered the island did offer protection to the coastal area behind it. On the contrary, we have measured run-up amplification on the beach behind it compared to a lateral location on the beach, not directly affected by the presence of the island, which reached a maximum factor of 1.7. Thus, small islands in the vicinity of the mainland will act as amplifiers of long wave severity at the region directly behind them and not as natural barriers as it was commonly believed so far.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Obtiene el mapa de inundación horizontal para el terminal portuario del Callao, ante un eventual tsunami producido por un sismo de magnitud 8.5 Mw, empleando el modelo numérico TUNAMI-N2, utilizado y validado mundialmente. Mediante el uso de información batimétrica y topográfica de alta resolución se realiza el modelado numérico para un tsunami que afecte al Terminal Portuario del Callao. Se pretende analizar el riesgo que este presenta ante un eventual tsunami. Así mismo, evalúa el comportamiento del tsunami a lo largo del cauce del rio Rímac. Evalúa que tan significativo es un estudio con información batimétrica y topográfica de alta resolución espacial (datos a menos de 10 m), en comparación con los estudios realizados a la fecha. Obtiene el Modelo Digital de Elevación de alta resolución a fin de ser utilizado en el modelado numérico del tsunami que afecte al Terminal Portuario del Callao. Proporciona los elementos conceptuales y metodológicos relacionados con la dinámica de las tres fases de un tsunami (generación, propagación e inundación). Realiza modificaciones en el modelo numérico TUNAMI-N2, con la finalidad de mejorar su eficiencia. Estima el potencial efecto que tendría un tsunami en la desembocadura del río Rímac. Verifica si la pendiente que presenta el río Rímac es propicia para el avance de un tsunami y hasta donde llegaría aprovechando su cauce. Obtener parámetros del tsunami como el tiempo de arribo de la primera ola, la altura de ola, las zonas inundables y la velocidad del desplazamiento en costa. Estos parámetros permitirán evaluar el comportamiento del terminal portuario del Callao ante la ocurrencia de un tsunami, así como, servir de estudio previo para posibles ampliaciones en el terminal portuario del Callao. Utiliza el modelo numérico de simulación a fin de obtener el mapa de inundación por tsunami a ser utilizado para efectos de previsión y mitigación de desastres en el terminal portuario del Callao. Analiza la situación geográfica de la isla San Lorenzo y evaluar su comportamiento como una barrera de protección natural para los distritos de La Punta y el Callao. Analiza, discutir y validar el nivel de inundación propuesto para el rio Rímac con la correspondiente al rio Camaná y tsunami de Camaná del 2001. / Tesis

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / Para poder estudiar el tsunami provocado por el terremoto de Iquique magnitud Mw 8.2 del 2014 y validar el uso del modelo numérico de propagación de tsunamis NEOWAVE, se definieron modelos de fuente sísmica con distribución de desplazamiento elíptica en un plano de falla rectangular que simulan el terremoto mencionado, preservando el momento sísmico y geometría acorde con la subducción. La deformación vertical del fondo oceánico de cada modelo se usa como condición inicial en NEOWAVE, que modela la propagación no-hidrostática lineal del tsunami y simula la altura del mar en las posiciones geográficas de tres boyas DART y diez mareógrafos en zonas costeras. Los registros de las trece esta- ciones se comparan con los resultados obtenidos de la simulación numérica, lo que permite validar el uso de una propagación no-hidrostática lineal con NEOWAVE en la zona de estudio. Luego, se implementó un algoritmo de inversión para obtener un modelo de distribución de desplazamiento cosísmico. Se definió un plano de falla rectangular consistente con la geometría de la subducción en el norte de Chile, el cual fue discretizado en subfallas rectangulares a las cuales se le asignó un desplazamiento uniforme unitario para poder simular la propagación del tsunami de cada subfalla y así calcular las funciones de Green. Estas funciones de Green y los registros de las boyas DART se usan para plantear un sistema matricial lineal que se invierte mediante un criterio de ajuste por mínimos cuadrados no negativos. Incluyendo un término de suavizamiento en la inversión, la distribución de desplazamiento cosísmico invertido concuerda con otros modelos publicados. Finalmente, se generaron escenarios de propagación de tsunami para la zona norte de Chile donde aún existe déficit de deslizamiento que podría generar terremotos tsunamigénicos. En dicha zona se definen seis superficies posibles de ruptura con distribución de deslizamiento estocástica y geometría acorde con la subducción. Para cada segmento se generaron varios modelos de desplazamiento, y con ellos se simularon las amplitudes de run-up a lo largo de la costa. Los resultados muestran que la inundación promedio podría ser del orden de un par de metros en localidades costeras, llegando a alcanzar valores máximos de ~10 m.

L'objectif de ces travaux est d'étudier la dynamique de différents types de vagues extrêmes en eau peu profonde et plus particulièrement les tsunamis et les vagues scélérates. Pour modélisation et analyse, les simulations numériques sont réalisées à l'aide d'une méthode d'intégrales de frontières appelée BIEM (Boundary Integral Equation Method). Dans un premier temps nous considérons numériquement la dynamique des ondes solitaires, modèles simples pour les vagues de tsunamis dont la phase appelée "runup" sera l'objet d'un développement particulier. Afin de valider le modèle BIEM, nous confrontons les résultats numériques d'une onde solitaire déferlante avec une approche expérimentale. Une méthode de génération numérique de ces ondes est ensuite développée. Enfin une étude complète sur la collision frontale de deux ondes solitaires de Tanaka est effectuée. Un nouveau phénomène est alors découvert, puis exploré, la formation d'un jet résiduel en chute libre apparaissant à partir d'une valeur critique du paramètre de non linéarité a/h. Nous considérons ensuite numériquement la génération de vagues scélérates en eau peu profonde par focalisation d'énergie due à la nature dispersive des vagues. Ce travail s'attache à étudier entre autres l'influence du vent sur la dynamique de ces vagues. Le mécanisme d'abri proposé par Jeffreys est modifié par l'introduction d'un seuil de pente pour lequel un décollement aérien au-dessus des vagues apparaît. Ces vagues sont alors amplifiées et leur durée de vie est significativement augmentée."