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海啸

/tsunami/
条目作者王东晓

王东晓

最后更新 2023-11-09
浏览 1252
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由海底地震、火山喷发或海底塌陷、滑坡等所激起的海水剧烈波动,是移行于海洋上的具有超常波长和周期的系列巨波。

英文名称
tsunami
所属学科
海洋学

海岸巨大山体滑坡、小行星溅落地球海洋、水下核爆炸也可以引起海啸。在中国历史文献中,把风暴潮和海啸混称为“海溢”“海侵”“海啸”“大海潮”等。1980年中国风暴潮及海啸研究会成立,对统一名词问题做了专门研究,决定将风暴原因引起的海面异常定名为风暴潮,而将主要由海底地震原因引起的海面异常称为“海啸”,并与国际名称相互衔接。日本人称海啸为“津波”,其意思为涌向海湾和海港的破坏性大浪。尽管海啸的发生与潮汐或引潮力并无关系,在较早的英文文献中把海啸称为潮浪(tidal waves),在许多文献中,也使用地震海浪(seismic sea wave)一词,及至20世纪六七十年代,由于这些英文词汇均不能表达海啸的本意,故开始逐渐采用日文中津波的译音tsunami。

海啸是一种频率介于天文潮波和涌浪之间的重力长波,其波长在深海大洋一般为200千米以上,周期15分钟至1小时。在大洋中,海啸波的传播速度只与水深有关,即,式中为重力加速度。在大洋中,海啸波速可达每小时几百千米至1000千米以上。理论研究和对卫星观测结果的分析均表明,大多数海啸在震源附近的海面升高(或降低)幅度都只有数十厘米至1米左右。所以这种波陡(即波高与波长之比)极小的大洋波不会被正在航行的船只所感觉到和观测到。但当它移行至浅水区域时,其波速则与波长有关。

至近岸更浅的水域,海水会堆积成高达10多米以上的“水墙”。海啸在滨海地区的表现形式是海水陡涨,骤然形成“水墙”,伴随着隆隆巨响(这一点与世界著名河口涌潮之一的钱塘江涌潮极其相似),瞬时侵入滨海陆地,吞没良田和城镇村庄,然后海水又骤然退去,或先退后涨,有时反复多次。也正是在这些地方,海啸才成为危害生命最可怕的自然现象,因为它的波高可骤增至35米以上,而且具有巨大无比的能量和破坏力。历史上最大的地震海啸波高曾达51.8米,即1964年发生在美国阿拉斯加的瓦尔迪兹港。虽然海啸能量一般只为引起海啸的地震能量的1%~10%,但因为引起海啸的地震能量极其巨大,海啸能量也极其可观,一般为1014~1017焦耳。学者们对2004年12月26日印度洋海啸总能量的计算结果不尽相同,但一般认为相当于数百乃至数千颗1945年在日本广岛投下的原子弹的总能量。另外,地震导致的岸边巨大山体滑坡,可以激起岸边局部区域激浪。1958年7月9日晚10时,在阿拉斯加的利鲁亚湾,由于山体滑坡原因引起的超级巨浪,或称巨啸,它的波高达525米,曾把两条小艇、岸边的泥土和树木推到海拔500米高的山顶上。

产生破坏性海啸的主要条件是:①引起海啸的海底地震震源较浅,一般要浅于50~70千米;震级一般在里氏震级6.5以上。②必须有海底的大面积(一般大于10万平方千米)垂直运动(量值在数米以上)。③发生海底地震的海区要有一定的水深,尤其是横跨大洋的大海啸,一般水深都在1000米以上。历史上也曾经发生过极少数破坏力很强的本地海啸,它们的产生也许并不具备上述条件,然而那些灾害范围极广的越洋大海啸,必须具备上述产生条件。

海啸在广义概念上可以分成许多种类,并且在理论研究和海啸预报警报实践中得到广泛应用。海啸可以按产生的原因、破坏力和能量、信度、影响范围和灾害发生区域等分类。

①按产生的原因分类。由海底地震引起的海啸称为“地震海啸”,或简称海啸。1498年9月20日在日本东海道8.6级海底地震引发的最大波高达10~20米、死亡41000人的大海啸,1960年智利大海啸,1964年阿拉斯加海啸,1983年日本海海啸,2004年12月26日印度洋大海啸等都属于这一类;少数海啸由岸边或水下滑坡原因所形成,故又称“滑坡海啸”,如1792年日本有明海大海啸、1958年美国阿拉斯加利鲁亚巨型海啸等,但这类海啸源相对稀少;海底火山喷发引发的海啸称“火山海啸”,则更为稀少,例如1883年印度尼西亚巽他海峡喀拉喀托火山喷发引起的大海啸;大型陨石(或小行星)溅落地球海洋形成巨型海啸(陨石海啸),但发生概率微小。此外,还有人为原因,如核爆炸等形成的人造海啸等,并已用于海啸的研究。

②按海啸破坏力和能量分类(分级)。可分成若干级别,国际海啸历史研究中被普遍应用的是由日本学者渡边伟夫提出的海啸级别表。1级以上的海啸属于破坏性海啸,3、4级以上一般称为巨型海啸。

③按海啸信度分类(分级)。在全球海啸灾害历史研究中,还经常需要判断灾害是否属于海啸所造成等问题,因此引入了信度的概念,这是一种根据太平洋海啸历史研究中普遍采用的海啸信度分类方法。按照该分类方法,可以把类似海啸的灾害分为海啸、可能是海啸、可疑海啸、非常可疑海啸和非海啸5级。

④按海啸影响范围和灾害发生区域分类。可分为:大洋尺度海啸、遥海啸、远距海啸和区域海啸、局地(当地、本地)海啸、近源海啸等。大洋尺度海啸,能够造成海啸生成区以外大洋全区破坏的海啸。对于远离海啸源地而受到海啸灾害的海岸讲,上述海啸则构成了遥海啸或远距海啸。1960年,位于智利海岸外的海底地震引发的大海啸,曾导致整个太平洋区域沿岸的人员伤亡和破坏。除智利海岸外,海啸在夏威夷以及远在大洋彼岸的日本都造成了严重的生命和财产损失。而2004年印度洋大海啸,死亡人数已经超过了全球历次海啸灾害伤亡人数的总和,灾害主要发生在印度尼西亚的班达亚齐、斯里兰卡,印度的东南部海岸,泰国的普吉等地,并且影响印度洋几乎所有的国家。这些都属于大洋尺度海啸,对于海啸源地彼岸的地区来说,就是越洋海啸。区域海啸是指海啸的破坏程度只局限于特定的地理区域,例如海啸源地周围1000千米范围的海啸。区域海啸对该区域以外地区的影响极为有限,如果海啸的破坏只涉及海啸源地附近,也可称为近源海啸。

此外,在研究海啸历史过程中,将史前发生的海啸称为古海啸;将海啸波在海洋温度跃层中以内波的形式体现,并沿温度跃层移行的海啸称内海啸。

海啸是许多国家滨海地区最猛烈的自然灾害之一。全球各大洋均有海啸发生,但因全球90%的海底大地震发生在太平洋,所以太平洋沿岸是海啸灾害多发区。此外,地中海沿岸和印度洋、大西洋的一些海岸也是海啸的多发区。一般认为世界的下述地区是海啸灾害最危险的区域:日本、堪察加半岛、萨哈林岛(库页岛)、千岛群岛、阿留申群岛;阿拉斯加、夏威夷群岛、南美洲西海岸、美国及加拿大西海岸;新西兰、澳大利亚、法属波利尼西亚、印度尼西亚和菲律宾;地中海沿岸的亚平宁半岛、西西里岛、爱琴海岸、亚得里亚海岸、第勒尼安海岸、希腊、北非东地中海海岸、大西洋沿岸加纳;中东地区、印度;加拿大东海岸、波多黎各、维尔京群岛、多米尼加共和国、哥斯达黎加、亚速尔群岛和葡萄牙。但各地的海啸强度、发生频率和灾害程度差别极大。

由于几乎所有的海啸灾害都是由传入岸边最初的2~3个波所造成,且常发生在第一个波到达岸边后的几小时之内,并与海湾型式有关。因波传播到大陆架后,水深急剧变浅,能量集中,引起振幅增大,波高骤然增大,特别是在V形(三角形或漏斗形)的湾口更是如此。这时湾顶的波高通常为海湾入口处的3~4倍。在U形海湾,湾顶的波高约为入口处的2倍。在袋形湾口,湾顶波高可低于平均波高。由于海啸在湾口和湾内反复发生反射,从而会诱发湾内海水的固有振动,致使波高激增,导致灾害加重。

太平洋区域已有近1400年的海啸记载,仅据1900~1983年的统计,该地区共发生405次海啸,其中造成伤亡和显著经济损失的有84次,即平均约每年1次,共有20多万人丧生。还有学者认为,该地区平均每18个月就要发生一次破坏性海啸。

印度尼西亚附近的印度洋区域是全球海啸灾害最严重的区域。截至1983年,该区共发生30次破坏性海啸,有5万人丧生。这里绝大多数海啸都是由火山活动直接造成或伴生而来,因而独具特点。1883年8月27日喀拉喀托火山爆发,产生40米波高的海啸,导致巽他海峡两岸3.6万人丧生。但在过去的研究中,印度尼西亚群岛以西的印度洋区域很少有海啸灾害的记载,尽管国际海啸警报系统已运行了近40年,但一直没有注意到印度洋区域。2004年12月26日波及印度洋几乎所有海岸的大海啸死亡人数超过30万,其中印度尼西亚23.43万、斯里兰卡3.10万、印度1.07万、泰国0.54万,这次海啸的死亡人数不但突破了全球历次海啸灾害的纪录,并且超过历史海啸灾害死亡和失踪人数的总和。

中国是一个多地震的国家,其中不少强震发生在中国海域的海底。例如,进入20世纪以来的8次8级以上大地震,就有2次发生在台湾附近的海底。另据统计,1950~1990年间,中国发生的49次7级以上地震中,发生在海底和台湾的就达19次,占1/3强,有些也引起了一定强度的海啸。但1975年辽宁海城大地震和1976年唐山大地震,尤其是发生在渤海的若干次较强海底地震(如1969年7月渤海大地震)均未引起大陆沿海破坏性海啸。这是因为中国大陆沿海有宽广大陆架和岛屿链为屏障,致使发生在太平洋海盆的众多次大海啸,在通过岛屿链和陆架区域过程中能量大大衰减。据对验潮资料的分析,1960年智利大海啸,1964年阿拉斯加海啸,1983年5月日本海海啸,都只在中国大陆沿海引起了10~30厘米的具有海啸波周期的潮位异常。2004年印度洋大海啸,经马六甲海峡传入南海,在南沙和广东海岸的验潮站上只显示有3~8厘米的具有海啸波周期的潮位异常。根据中国和国外学者对中国海啸地震和海啸灾害历史的研究,认为中国也是一个多地震海啸的区域,尤其是发生于浅海的多次本地海啸,造成的损失可能是世界瞩目的。因此必须在注意防范经常性的风暴潮灾害的同时,结合研究和防御地震海啸灾害。

海啸灾害严重的国家,首先是太平洋国家,要求能有效地预测和防御海啸灾害。但是迄今为止,人们尚不能准确预报地震,因此就更无法在海啸发生前预测海啸的到来。这还因为,并不是所有的海底强地震都能激起海啸,而只是那些伴有强烈海底运动的海底地震才能产生海啸。这类地震大约占太平洋区域地震的1/4。然而,一旦地震海啸发生,只要在震中附近的验潮站首先发现海啸,则依托海啸传播时间图和现代通信技术,就能迅速地发布海啸警报,包括海啸发生源地、海啸波到达影响岸段的时间,并估计它的强度和破坏力。以上述技术为依托,美国首先于1948年在火奴鲁鲁附近的地震观测台组建了地震海洋波警报系统。初期,该系统的主要业务仅限于夏威夷州。政府间海洋学委员会成立后,于1966年决议促请美国提供条件成立国际海啸执行机构——国际海啸情报中心(International Tsunami Information Center,ITIC)。与此同时,海委会设立了太平洋海啸警报系统国际协调组。根据该协调组的建议,认定美国在火奴鲁鲁的警报机构执行“太平洋海啸警报中心(Pacific Tsunami Warning Center,PTWC)”的职能。鉴于海啸区域警报业务的特殊作用,以后还组建了若干区域或国家的海啸警报中心,它们是夏威夷区域海啸警报中心(Honolulu Tsunami Warning Center,HTWC)、阿拉斯加海啸警报中心(Alaska Tsunami Warning Center,ATWC)、日本海啸警报中心(Japan Tsunami Warning Center,JTWC)(包括札幌、仙台、东京、大阪、福冈等分区域海啸警报中心)、俄罗斯海啸警报中心(Russia Tsunami Warning Center,RTWC)等。

现行海啸警报业务的实施过程如下:当前承担太平洋范围内海底地震及海啸监视业务的分属于24个成员国的100多个地震和验潮站,一旦测到大于6级的海底地震,即把情报实时传到PTWC。这时有关国家和地区对这次地震能否产生海啸的研判,还必须等待靠近震中最近的验潮站水位观测报告,当水位观测证实有海啸发生,各警报中心即可根据观测到的海啸波参量,用海啸传播时间计算模式或图表计算出海啸波到达全太平洋和各个海区内各岸段的时间、波高、预计破坏力等,并立即通过警报系统的电信网络发布海啸警报。如果预计海啸灾害足够严重,就可使用包括广播、电视、电话、电报、通信卫星等的一切发布手段。这时,当地的民防机构将根据预先已经制订的海啸灾害防御规划方案,组织人员撤离危险区和抢救重要物资等。海啸波对航行或漂泊于外海的船只没有影响,因此要组织停港船舶和停留在港湾锚地的船舶迅速撤离港湾,向外海疏散。这一点与抗御海浪、大风、风暴潮等灾害的办法正好相反,后者是回港湾规避。

2004年印度洋大海啸灾害发生后,有关国际组织已经计划把太平洋海啸警报系统的业务扩展至印度洋和全球各大洋。

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