Tsunamis Recorded in Tide Gauges at Costa Rica Pacific Coast and their Numerical Modeling Part II

Resumen Técnico: Tsunamis registrados en mareógrafos en la costa del Pacífico de Costa Rica y su modelado numérico Parte II

Planteamiento del problema
A pesar de que Costa Rica no ha experimentado un evento de tsunami catastrófico en la historia reciente, el país ha registrado 28 tsunamis en sus mareógrafos desde 1941. La percepción del riesgo público sigue siendo baja y, si bien estudios previos (Parte I de esta serie) procesaron 11 registros de tsunamis distantes, una parte significativa de la base de datos instrumental permanecía incompleta o sin analizar. Específicamente, 12 registros de tsunamis (8 del mareógrafo de Puntarenas y 4 del de Quepos) que datan de 1941 a 2021 no habían sido publicados o analizados completamente anteriormente. Además, los registros existentes a menudo se limitaban a estimaciones de altura máxima sin marigramas detallados, y algunos registros históricos en papel se perdieron o degradaron. El estudio aborda la necesidad de digitalizar, filtrar y modelar numéricamente estos registros históricos para mejorar las evaluaciones de peligro de tsunami, validar modelos numéricos y comprender la respuesta de las costas costarricenses ante fuentes tanto locales como distantes.

Metodología
El estudio empleó un enfoque de dos vertientes: procesamiento de datos y modelado numérico.

• Procesamiento de datos:

  • Digitalización: Se digitalizaron marigramas de papel recuperados de los archivos de NOAA/NCEI y de los archivos de la Universidad Nacional de Costa Rica. Dado que los registros históricos de papel carecían de una escala de altura, se generó una predicción de marea para las fechas específicas para escalar el eje de altura basándose en el rango de marea.
  • Filtrado: Se aplicó un filtro de paso alto con un periodo de 2 horas a todos los registros para eliminar el componente de marea y aislar la señal del tsunami. Para los registros digitales (2016 y 2021) que exhibían oscilaciones de alta frecuencia, se aplicó un segundo filtro de paso bajo (periodo de 5 minutos).
  • Alcance: El estudio procesó 12 eventos: cuatro locales (1941 Osa, 1941 Sierpe, 1950 Nicoya, 1952 Tempisque, 1983 Golfito) y ocho distantes (1952 Japón, 1952 Kamchatka, 1957 Andreanof, 1960 Chile, 1976 Kermadec, 1979 Colombia, 2016 Ecuador, 2021 Vanuatu).

• Modelado numérico:

  • Modelo: Se utilizó el modelo numérico ComMIT.
  • Grillas: Se definieron grillas anidadas para Puntarenas (30, 5 y 1 arc-sec) y Quepos (24, 3 y 0.5 arc-sec). La batimetría combinó datos de GEBCO-08 con cartas náuticas digitalizadas y datos levantados (incluyendo datos de construcción de marinas posteriores a 2014 para Quepos).
  • Fuentes:
    • Eventos Locales: Se modelaron fuentes personalizadas para los eventos de 1941 Osa, 1950 Nicoya y 1983 Golfito utilizando parámetros sísmicos proporcionados por OVSICORI-UNA. Las fuentes para los eventos de 1941 Sierpe y 1952 Tempisque no pudieron definirse debido a la insuficiencia de datos.
    • Eventos Distantes: Se utilizaron fuentes de unidades sísmicas estándar de la biblioteca ComMIT para los tsunamis distantes (por ejemplo, 1960 Chile, 1952 Kamchatka). El evento de 1979 Colombia fue remodelado utilizando batimetría e información de la fuente actualizadas.

Contribuciones Clave

1. Completitud de la Base de Datos: El estudio completa casi la totalidad de la base de datos instrumental de tsunamis para Costa Rica, dejando solo faltantes los registros de 1964 Alaska y 1966 Perú. Proporciona el primer análisis detallado de 12 marigramas previamente no publicados o no analizados.
2. Análisis de Eventos Recurrentes: El artículo establece tres pares de eventos recurrentes originados en las mismas regiones: Osa (1941 y 1983), Kamchatka (1952 y 2025) y las Islas Kermadec (1976 y 2021). Esto proporciona un conjunto de datos único para comparar las respuestas de fuentes de campo cercano y lejano a lo largo del tiempo.
3. Validación del Modelo: Al comparar los resultados modelados con los registros recién procesados, el estudio valida el desempeño del modelo ComMIT tanto para tsunamis locales como distantes en el contexto costarricense.
4. Caracterización de la Fuente: El estudio destaca las limitaciones del uso de fuentes sísmicas simplificadas y homogéneas para eventos de campo cercano en comparación con los de campo lejano, señalando que las heterogeneidades de la fuente impactan significativamente la concordancia en el campo cercano.

Resultados

• Tsunamis Locales:
  • 1941 Osa: El modelo subestimó la altura máxima (8.3 cm modelados vs. 20.9 cm observados) y no logró reproducir los tres picos más grandes observados, probablemente debido a la heterogeneidad de la fuente.
  • 1950 Nicoya: El modelo mostró una fuerte concordancia con las observaciones, prediciendo con precisión el tiempo de llegada y la altura máxima (9.7 cm modelados vs. 12.0 cm observados).
  • 1983 Golfito: El modelo reprodujo con éxito el segundo pico observado, lo que sugiere que el primer pico (ocurrido simultáneamente con el terremoto) fue probablemente un seiche inducido por ondas sísmicas en lugar de una onda de tsunami.
• Tsunamis Distantes:
  • 1960 Chile: El modelo capturó bien las primeras 15 horas del evento, pero no pudo simular la altura máxima (59 cm) que ocurrió 35 horas después de la primera llegada debido a las limitaciones de los datos de contorno para ejecuciones de larga duración.
  • 1952 Kamchatka y 1957 Andreanof: El modelo logró una concordancia cercana en la altura máxima, pero exhibió desfases temporales (por ejemplo, un retraso de 5 horas y 43 minutos para Kamchatka).
  • Especificidades de Quepos: Para los eventos de 2016 Ecuador y 2021 Vanuatu, el mareógrafo de Quepos (ubicado en la entrada de una marina) registró oscilaciones de alta frecuencia y alturas máximas retrasadas (hasta 39 horas después) atribuidas al atrapamiento de ondas y la amplificación dentro de la marina. El modelo subestimó estas alturas máximas y no logró resolver las oscilaciones de alta frecuencia causadas por la infraestructura local.
• Observaciones Generales: Las alturas máximas de tsunami oscilaron entre 5 cm (2021 Vanuatu) y 59 cm (1960 Chile). El estudio señala que las bajas alturas en los mareógrafos no implican necesariamente una falta de peligro en otros lugares, ya que la geomorfología costera influye significativamente en la amplificación de las olas.

Significancia
El artículo afirma que, si bien Costa Rica no enfrenta el mismo alto potencial de tsunami que otras regiones globales, la existencia de estos registros históricos confirma que los tsunamis son un peligro real que no puede ser ignorado por los gestores de emergencias y los tomadores de decisiones. Los marigramas digitalizados y los modelos numéricos validados proporcionan datos críticos para:

• Refinar las evaluaciones de peligro de tsunami y los mapas de evacuación.
• Validar modelos numéricos para futuros escenarios de simulación.
• Comprender la respuesta específica de las costas costarricenses ante fuentes sísmicas recurrentes.
• Realizar futuros análisis de frecuencia detallados para extraer información de evaluación de amenazas.

El estudio concluye que la concordancia entre las simulaciones y los registros es generalmente satisfactoria, aunque los eventos locales siguen siendo más difíciles de modelar con precisión debido a la complejidad de la fuente y la influencia de la geomorfología local.