Numerical Simulations of the 1991 Limón Tsunami, Costa Rica Caribbean Coast

Abstract

The second largest recorded tsunami along the Caribbean margin of Central America occurred 25 years ago. On April 22nd, 1991, an earthquake with magnitude Mw 7.6 ruptured along the thrust faults that form the North Panama ́ Deformed Belt (NPDB). The earthquake triggered a tsunami that affected the Caribbean coast of Costa Rica and Panama ́ within few minutes, generating two casualties. These are the only deaths caused by a tsunami in Costa Rica. Coseismic uplift up to 1.6 m and runup values larger than 2 m were measured along some coastal sites. Here, we consider three solutions for the seismic source as initial conditions to model the tsunami, each considering a single rupture plane. We performed numerical modeling of the tsunami propagation and runup using NEOWAVE numerical model (Yamazaki et al. in Int J Numer Methods Fluids 67:2081–2107, 2010, doi: 10.1002/fld.2485 ) on a system of nested grids from the entire Caribbean Sea to Limo ́n city. The modeled surface deformation and tsunami runup agreed with the measured data along most of the coastal sites with one preferred model that fits the field data. The model results are useful to determine how the 1991 tsunami could have affected regions where tsunami records were not preserved and to simulate the effects of the coastal surface deformations as buffer to tsunami. We also performed tsunami modeling to simulate the consequences if a similar event with larger magnitude Mw 7.9 occurs offshore the southern Costa Rican Caribbean coast. Such event would generate maximum wave heights of more than 5 m showing that Limo ́n and northwestern Panama ́ coastal areas are exposed to moderate-to-large tsunamis. These simulations considering historical events and maximum credible scenarios can be useful for hazard assessment and also as part of studies leading to tsunami evacuation maps and mitigation plans, even when that is not the scope of this paper.

El segundo tsunami más grande registrado a lo largo del margen caribeño de América Central ocurrió hace 25 años. El 22 de abril de 1991, un terremoto de magnitud Mw 7.6 se rompió a lo largo de las fallas de empuje que forman el Cinturón Deformado del Norte de Panamá (NPDB). El terremoto provocó un tsunami que afectó la costa caribeña de Costa Rica y Panamá en pocos minutos, generando dos víctimas. Estas son las únicas muertes causadas por un tsunami en Costa Rica. El levantamiento sísmico de hasta 1,6 my valores de elevación superiores a 2 m se midieron a lo largo de algunos sitios costeros. Aquí, consideramos tres soluciones para la fuente sísmica como condiciones iniciales para modelar el tsunami, cada una considerando un solo plano de ruptura. Realizamos un modelado numérico de la propagación y ejecución del tsunami utilizando el modelo numérico NEOWAVE (Yamazaki et al. En Int J Numer Methods Fluids 67: 2081–2107, 2010, doi: 10.1002 / fld.2485) en un sistema de cuadrículas anidadas de todo el conjunto. Mar Caribe a la ciudad de Limón. La deformación de la superficie modelada y el tsunami coincidieron con los datos medidos en la mayoría de los sitios costeros con un modelo preferido que se ajusta a los datos del campo. Los resultados del modelo son útiles para determinar cómo el tsunami de 1991 podría haber afectado las regiones donde no se conservaron los registros de tsunami y para simular los efectos de las deformaciones de la superficie costera como amortiguador del tsunami. También realizamos modelos de tsunamis para simular las consecuencias si ocurre un evento similar con una magnitud mayor de Mw 7.9 en alta mar en la costa caribeña del sur de Costa Rica. Tal evento generaría alturas máximas de olas de más de 5 m, lo que muestra que las áreas costeras de Limón y el noroeste de Panamá están expuestas a tsunamis de moderados a grandes. Estas simulaciones que consideran eventos históricos y escenarios de máxima credibilidad pueden ser útiles para la evaluación de riesgos y también como parte de estudios que conducen a mapas de evacuación de tsunamis y planes de mitigación, incluso cuando ese no es el alcance de este documento.