自然災(zāi)害學(xué)概論3.2海嘯

自然災(zāi)害學(xué)概論第三講地震、海嘯、火山與空間災(zāi)害第三講地震、海嘯、火山與空間災(zāi)害第二節(jié)海嘯與海嘯災(zāi)害海嘯與海嘯的特點(diǎn)海嘯災(zāi)害海嘯災(zāi)害的預(yù)防印尼大海嘯肆虐之后的海灘（第49屆（2006年）世界新聞攝影比賽(WPP)--“荷賽獎(jiǎng)”獲一等獎(jiǎng)作品2004年印度洋地震海嘯,印尼班達(dá)亞齊尸橫遍地。印度洋地震海嘯續(xù)印尼班達(dá)亞齊尸橫遍地，迷人的海灘在災(zāi)難過(guò)后已經(jīng)成為“露天停尸間”，到處都可以看見尸體，其狀慘不忍睹。2011年3月11日，日本東北宮城縣以東太平洋海域9級(jí)地震引發(fā)海嘯及核泄漏。2011年3月11日，日本東北宮城縣以東太平洋海域9級(jí)地震引發(fā)海嘯及核泄漏。Tsunami“Tsunami”來(lái)自日文(tsu-表示港灣，nami-表示波浪)，是港灣中的波的意思。2004年印尼地震海嘯造成的破壞照片：印度泰米爾納德邦納加帕蒂納姆地區(qū)的港口碼頭，一艘被海嘯的大浪沖上岸的漁船靜靜地臥在碼頭上。海嘯造成該地區(qū)5000多人死亡，90%的漁船被毀。

1.什么是海嘯1.1海嘯的定義

海嘯是由海底地震、火山噴發(fā)或海底泥石流、滑坡等海底地形突然變化所產(chǎn)生的具有超大波長(zhǎng)和周期的大洋行波。當(dāng)其接近近岸淺水區(qū)時(shí)，波速變小，振幅陡漲，有時(shí)可達(dá)20-30m以上，驟然形成“水墻”，瞬時(shí)侵入沿海陸地，造成危害。海嘯的英文詞“Tsunami”來(lái)自日文(tsu-表示港灣，nami-表示波浪)，是港灣中的波的意思。海嘯與一般的海浪不一樣，海浪一般在海面附近起伏，涉及的深度不大，而深海地震引起的海嘯則是從深海海底到海面的整個(gè)水體的波動(dòng)，其中包含的能量驚人。

1.2海水中的波動(dòng)海水中有許多種波動(dòng),例如,流體力學(xué)中說(shuō):海水質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)在海水中的傳播過(guò)程就是波動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)所以能維持，必須存在恢復(fù)力，由于恢復(fù)力不同，海水中的波動(dòng)分為：重力波（質(zhì)點(diǎn)不論以什么方式離開平衡位置，重力為恢復(fù)力）；潮汐波（由日月引力所產(chǎn)生）；漣波，又稱毛細(xì)波（由流體表面張力引起的微小的波）；聲波（由于流體本身的可壓縮性引起）。海水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)在海面最大，向下運(yùn)動(dòng)越來(lái)越小

海面上波浪究竟涉及到多少海水質(zhì)點(diǎn)，完全取決于海浪的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，參與運(yùn)動(dòng)的海水越多，波長(zhǎng)很短，只有海水表面薄薄一層水參與了海浪的運(yùn)動(dòng)。Jason1號(hào)測(cè)高衛(wèi)星在地震后2小時(shí)沿129軌道由南向北穿過(guò)印度洋，接近印度的Bengal灣，這時(shí)海嘯波正好在印度洋上傳播。測(cè)高衛(wèi)星可以測(cè)得衛(wèi)星正下方約5km直徑區(qū)域的海面的高度變化，精度為cm級(jí)。十分難得的是，在這樣湊巧的時(shí)間和這樣湊巧的地點(diǎn)，在海嘯波上方運(yùn)行的Jason1號(hào)測(cè)高衛(wèi)星測(cè)量到了海嘯波傳播時(shí)的海面變化（GOWER,2005）。

1.3海嘯波的波長(zhǎng)非常長(zhǎng)

沿著印度洋上空的129軌道，圖中給出了印度洋海面的高程變化。沿軌道飛行的第104-第108次是地震發(fā)生之前的測(cè)量結(jié)果。第109次測(cè)量正好趕上海嘯波的傳播（地震后約2小時(shí)），第110次是在海嘯波已經(jīng)傳播結(jié)束是的結(jié)果。從第109次測(cè)量結(jié)果可以看出：在-5o到+5o的緯度范圍內(nèi)，海嘯波造成的海面高程最大變化約為0.6m，海嘯波的波長(zhǎng)約為500km（GOWER,2005）。

1.4海嘯引起的波傳播速度快(a)風(fēng)吹水面造成的水面波：波長(zhǎng)30m，傳播速度15-30km/h；(b)深海中的海嘯波：波長(zhǎng)幾百km，傳播速度700-900km/h傳播速度與海水深度明顯有關(guān)用美國(guó)地質(zhì)調(diào)局Geist模型計(jì)算得到的海嘯傳播時(shí)間圖，圖中白色方塊中的數(shù)字表示海嘯波傳播到該地所需要的時(shí)間（單位：小時(shí)）。請(qǐng)注意，印尼地震產(chǎn)生的海嘯波傳到斯里蘭卡和印度只需2-3小時(shí)，這與噴氣式飛機(jī)的速度是一樣塊的；又請(qǐng)注意，盡管印尼與越南不遠(yuǎn)，但由于陸地的阻擋，海嘯波要繞地球一圈后才能到達(dá)越南沿海，需要12-16個(gè)小時(shí)。2004年印尼大地震（紅點(diǎn)）及其主要的15次余震（震級(jí)和發(fā)生時(shí)間由圖左表給出）。余震區(qū)南北方向延伸1，000多km，東西方向?qū)?00km。人們經(jīng)常用余震區(qū)的大小來(lái)估計(jì)主震破裂變形區(qū)的長(zhǎng)度和寬度。在計(jì)算海嘯能量時(shí)，假定該次地震使震中區(qū)100km長(zhǎng)，10km寬，2km厚的水體，抬高了5m，這是非常保守的估計(jì)。

1.5能量巨大印尼蘇門答臘近海地震產(chǎn)生的海嘯能量大約相當(dāng)于3座100萬(wàn)千瓦的發(fā)電廠一年發(fā)電的能量海嘯的等級(jí)（magnitude）如果用H（單位為米）

代表海嘯的浪高，則海嘯的等級(jí)m為m=log2H各種不同震級(jí)的地震產(chǎn)生的海嘯高度見下表：地震震級(jí)66.577.588.58.75產(chǎn)生海嘯的等級(jí)-2-101245可能海嘯的最大高度（米）<0.30.5-0.71.0-1.52-34-616-24>24海嘯的最高浪高30m以上，是1960年智利大地震引起的，它對(duì)應(yīng)5級(jí)海嘯，這是海嘯的最高等級(jí)。1.6海嘯的產(chǎn)生條件深海，地震釋放的能量要變?yōu)榫薮笏w的波動(dòng)能量，地震必須發(fā)生在深海，只有在深海海底上面才有巨大的水體。發(fā)生在淺海的地震產(chǎn)生不了海嘯。大地震，斷層垂直斷距要大，斷裂范圍要大。海嘯的浪高是海嘯的最重要的特征。開闊逐漸變淺的海岸條件。

(a)逆沖斷層；(b)正斷層；(c)走滑斷層。逆沖斷層的垂直方向運(yùn)動(dòng)最大，正斷層其次，走滑斷層幾乎沒有垂直運(yùn)動(dòng)。海嘯主要是由海洋中發(fā)生的逆沖斷層的地震引起的。當(dāng)逆沖斷層運(yùn)動(dòng)時(shí)，海底突然發(fā)生很大的垂直運(yùn)動(dòng)，造成整個(gè)海水急劇抬升(d)，并向外傳播，于是產(chǎn)生海嘯(e)。

海嘯的產(chǎn)生過(guò)程：(a)

俯沖板塊向上覆板塊下方俯沖運(yùn)動(dòng);(b)兩個(gè)板塊緊密接觸，俯沖造成上覆板塊緩慢變形，不斷積蓄彈性能量;(c)能量積蓄到達(dá)極限，緊密接觸的兩個(gè)板塊突然滑動(dòng)，上覆板塊“彈”起了巨大的水柱;(d)水柱向兩側(cè)傳播，形成海嘯,原生的海嘯分裂成為兩個(gè)波，一個(gè)向深海傳播，一個(gè)向附近的海岸傳播。向海岸傳播的海嘯，受到岸邊的海底地形等影響，在岸邊與海底發(fā)生相互作用，速度減慢，波長(zhǎng)變小，振幅變的很大（可達(dá)幾十米），在岸邊造成很大的破壞。

印度洋地震海嘯后海底地形變化在深海，海嘯的波長(zhǎng)很長(zhǎng)，速度快。當(dāng)海嘯波傳播到近岸淺水水域，波長(zhǎng)變短，速度減慢。（引自NOAA，IOC，ITIC，LDG，2002）。海嘯波在大洋中傳播時(shí)，波高不到1m，不會(huì)造成災(zāi)害，但進(jìn)入淺海后，因海水深度急劇變淺，前面的海水波速減慢，后面的高速海水向前涌，就象無(wú)數(shù)汽車發(fā)生不斷的追尾一樣，結(jié)果波高急劇增加，最大波高可達(dá)幾十m，這種幾層甚至十幾層樓高的“水墻”沖向海岸，仿佛象用剃頭刀剃頭一樣，掃平岸邊的所有房屋、建筑、樹木、道路、堤防和人畜等，留下光禿禿的地面，破壞力極大。

美國(guó)國(guó)家氣象中心的海嘯預(yù)報(bào)標(biāo)志,形象地表示出了海嘯波的特點(diǎn):在深海,海嘯波波長(zhǎng)很長(zhǎng),但波高很低,接近岸邊時(shí),波長(zhǎng)越來(lái)越短,而波浪的波高越來(lái)越高。海嘯的類型近海海嘯：1755年里斯本地震海嘯遠(yuǎn)洋海嘯:1960年智利地震在夏威夷造成的海嘯1.7海嘯與海浪和風(fēng)暴潮的不同(1)成因不同,風(fēng)暴潮是由海面大氣運(yùn)動(dòng)引起的，而海嘯是由海底升降運(yùn)動(dòng)造成的，前者主要是海水表面的運(yùn)動(dòng)，而后者是海水整體的運(yùn)動(dòng)。(2)波長(zhǎng)不同,海嘯的波長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)幾百公里，而風(fēng)暴潮的波長(zhǎng)不到1公里。水深平均達(dá)數(shù)公里的海洋，對(duì)于波長(zhǎng)幾百公里的海嘯，猶如一池淺水；而對(duì)風(fēng)暴潮波是一種“深水波”。(3)傳播速度不同,海嘯傳播速度快，每小時(shí)可達(dá)700-900km，這正是越洋波音747飛機(jī)的速度，而水面波傳播速度較慢，風(fēng)暴潮要快一點(diǎn)，最快的臺(tái)風(fēng)速度也只有200km/h左右.(4)激發(fā)的難易程度不同，海浪或風(fēng)暴潮很容易被風(fēng)或風(fēng)暴所激發(fā)，而海嘯是由海底地震產(chǎn)生的，只有少數(shù)的大地震，在極其有利的條件下才能激發(fā)起災(zāi)害性的大海嘯。有風(fēng)和風(fēng)暴，必有風(fēng)暴潮；而有大地震，未必一定產(chǎn)生海嘯，大約十個(gè)地震中只有1-2個(gè)能夠產(chǎn)生海嘯。2.海嘯災(zāi)害1900-1983年期間，浪高超過(guò)2.5m海嘯在太平洋的發(fā)源地2.1世界主要海嘯災(zāi)害日期發(fā)源地浪高（米）產(chǎn)生原因備注1755．11．01大西洋東部5~10地震摧毀里斯本，死亡60，000人1868．08．13秘魯-智利>10地震破壞夏威夷、新西蘭1883．08．27Krakatau印尼40海底火山噴發(fā)30000人死亡1896．06．15日本本州24地震26000人死亡1933．03．02日本本州>20地震3000人死亡1946．04．01阿留申群島>10地震159人死亡，損失2，500萬(wàn)美元1960．05．13智利>10地震智利：909死亡，834人失蹤。日本：120人死亡。夏威夷：61人死亡1964．03．28阿拉斯加6地震加州死119人，損失1億美元1992．09．02尼加拉瓜10地震170死亡,500受傷,13000無(wú)家可歸1992．12．02印度尼西亞26地震137人死亡1993．07．12日本11地震200人死亡1998．07．17巴布亞新幾內(nèi)亞12海底大滑坡3000人死亡2004．12．26印度尼西亞>10地震283,000人死亡歷史上破壞巨大的海嘯1755年襲擊里斯本的是本地海嘯，圖中用E標(biāo)出的是發(fā)生在大西洋的地震震中位置。地震發(fā)生后，海嘯首先（16分鐘后）襲擊了大西洋中CaboStVicente島，海嘯波高>10m；25分鐘后，海嘯波到達(dá)里斯本，海嘯波高5m。里斯本海嘯（a）1755年的里斯本大地震；（b）地震和海嘯前的里斯本是葡萄牙的首都，當(dāng)時(shí)世界上最為繁華的海港城市之一（版畫）；（c）災(zāi)后：歌劇院；（d）市政廳。1755年里斯本大地震是崛起大國(guó)葡萄牙衰落的重要原因。這次地震影響到西方的文化，特別是西方哲學(xué)。1755年11月1日，里斯本近海大地震產(chǎn)生的海嘯襲擊了北塔古斯河岸（NorthTagusRiver）。達(dá)爾文在他的探險(xiǎn)日記中記載了1835年智利大地震產(chǎn)生的海嘯。1960年智利近海9.5級(jí)地震產(chǎn)生了巨大的海嘯，襲擊了夏威夷。1960年智利地震產(chǎn)生的海嘯波也襲擊了日本。在第一次海嘯波之后，日本的居民也跑到高處躲避海嘯波，但是人們保持著高度的警惕，沒有得到通知前，沒有一個(gè)人回家，他們?cè)诟咛幾阕愕攘?個(gè)小時(shí)。正是日本民眾的海嘯知識(shí)的普及，大大減少了人員的傷亡。資料取材于USGS的網(wǎng)站中“SurvivingaTsunami–LessonsfromChile,Hawaii,andJapan”。印尼蘇門答臘附近海域深海大地震的參數(shù)是：發(fā)震時(shí)刻：2004年12月26日08時(shí)58分55秒。震中坐標(biāo)：北緯3.9度，東經(jīng)95.9度震源深度:28.6km（Harvard大學(xué)）震中處海深:1,500米以上震級(jí)：Mw9.0（Harvard大學(xué)測(cè)定,2005）震源錯(cuò)動(dòng)方式:斷層面走向129度,傾角83度,滑動(dòng)方向和水平面傾角87度(Harvard大學(xué)震源機(jī)制解,表明斷層兩盤幾乎是垂直相互運(yùn)動(dòng)的).2004年印度尼西亞海嘯300年3分鐘印尼蘇門答臘附近海域深海大地震發(fā)生在印度-澳洲板塊和亞洲板塊的俯沖帶上（紅線所示，箭頭表示俯沖帶向蘇門答臘島傾斜，白圈代表這次地震的震中），兩個(gè)板塊幾乎互相垂直與俯沖帶運(yùn)動(dòng)，每年俯沖的水平速度分量為52-60mm/年，在這次地震中,蘇門答臘西緣島嶼向西南水平移動(dòng)了20米。若以60mm/a的俯沖速度計(jì)算,該斷層已閉鎖了300多年積累的能量在3分鐘釋放出來(lái),由部分亞洲地震臺(tái)站(圖中紅三角符號(hào))測(cè)定的2004年12月26日地震的震源機(jī)制(黑白球,XuandChen,2005),黑白球的分界線表示地震斷層的走向,白色表示斷層的西南盤向下俯沖,黑色表示斷層的東北盤上升.斷層兩盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)基本是垂直方向的.這是對(duì)能產(chǎn)生海嘯地震的基本要求.印尼地震海嘯襲擊的國(guó)家和地區(qū)：印尼、斯里蘭卡、泰國(guó)、印度、馬來(lái)西亞、孟加拉國(guó)、緬甸、馬爾代夫等國(guó)，遇難者總數(shù)2周內(nèi)已超過(guò)25萬(wàn)人。26December2004tsunamiinundationinBandaAceh(班達(dá)亞齊)SatelliteImageofBANDAACEH(courtesyDigitalGlobe)SHORELINEAFTERTSUNAMIBAKORNASPBP-LIPISatelliteImageofBANDAACEH(courtesyDigitalGlobe)ABCD印尼蘇門答臘海中8.7級(jí)地震和海嘯襲擊島上的班達(dá)亞齊，美國(guó)DIGITALGLOBE網(wǎng)站發(fā)布了一系列衛(wèi)星遙感照片，左方一組圖象是快鳥衛(wèi)星拍攝的班達(dá)亞齊災(zāi)害照片和地震海嘯前后對(duì)比遙感圖象。這一組遙感圖象清楚的表明，印尼遭受2004年12月26日特大地震和海嘯災(zāi)害最重的地區(qū)之一的班達(dá)亞齊的破壞情況.班達(dá)亞齊是印尼亞齊省的首府，距12月26日大地震震中約250公里，可見這次地震破壞之大(海岸已經(jīng)縮小，部分海岸消失，海邊建筑完全被地震和水災(zāi)所摧毀)。

海嘯過(guò)后，普吉島上的街道一片狼藉。許多汽車、摩托車和零售亭被海水沖壞，散落在道路兩邊，有些折斷的樹木橫臥在路旁。由于高達(dá)5至10米的巨浪還在不停地沖擊岸邊，當(dāng)?shù)氐纳先f(wàn)名居民和游客爭(zhēng)相往高處跑去避難。度假天堂成“人間地獄”。2004年12月26日，在泰國(guó)曼谷以南的旅游勝地普吉島，海嘯襲擊過(guò)后的海邊一片狼藉。海嘯造成的斯里蘭卡火車出軌事故死亡人數(shù)估計(jì)在1700人左右，是世界上最嚴(yán)重的火車事故，死亡人數(shù)超過(guò)1981年發(fā)生在印度的火車出軌事故。2005年1月3日至10日印度洋大海嘯后的悲慘景象（第49屆（2006年）世界新聞攝影比賽(WPP)--“荷賽獎(jiǎng)”獲三等獎(jiǎng)作品-《美國(guó)新聞與世界報(bào)道》攝影師大衛(wèi)-巴托的“海嘯劫后”）。日本繪畫中的海嘯-富獄三十六景「神奈川沖浪裏」2.2日本的海嘯災(zāi)害日本幾次主要地震引發(fā)的海嘯災(zāi)害，多數(shù)海嘯來(lái)源于太平洋一側(cè)。如著名的“明治海嘯(1896)”和“昭和海嘯(1993)”。有大小火山兩百多座，其中活火山約占1/3。故有“火山國(guó)”之稱。全國(guó)每年平均有一萬(wàn)多次地震，有感地震平均每天約有4次，被人們稱為“地震國(guó)”。8.2級(jí)，140000人遇難，發(fā)生全城大火，幾乎毀掉整個(gè)東京城1995年阪神大地震7.2級(jí)6418人遇難白色標(biāo)識(shí)處上面為明治三陸海嘯（1896年）海水到達(dá)的高度。自有記載以來(lái)，日本太平洋沿岸受到猛烈海嘯襲擊達(dá)30多次1703年海嘯襲擊日本栗津，10萬(wàn)人遭難。1933年日本本州島東岸遭海嘯，約有3000人死亡。

1896年，三陸，7.6級(jí)，海嘯，2.7萬(wàn)人。關(guān)東大地震引發(fā)的海嘯也十分驚人，造成8000余艘船只沉沒，5萬(wàn)多人淹死，并使沿岸大小港口均告癱瘓。1960年5月22日下午19點(diǎn)11分是世界地震史上一次震級(jí)最高、最強(qiáng)烈的地震，8.9級(jí)浪濤高達(dá)8－9米，最高達(dá)25米。不到24小時(shí)，海嘯波走完了大約1.7萬(wàn)千米的路程。波高達(dá)6-8米，最大波高達(dá)8.1米。造成了日本數(shù)百人的死亡，沖毀房屋近4000所。1983年的海嘯發(fā)生在日本海，并且還造成了人員的傷亡，還是歷史上第一次。這次海嘯是由日本海中部Mw7.9級(jí)地震引起的，造成經(jīng)濟(jì)損失約1,800億日元

中國(guó)的近海，渤海平均深度約為20m。黃海平均深度約為40m，東海約為340m，它們的深度都不大，只有南海平均深度為1，200m。因此，大部分海域地震產(chǎn)生本地海嘯的可能性比較小，只是在南海和東海的個(gè)別地方發(fā)生特大地震，才有可能產(chǎn)生海嘯。2.3中國(guó)的海嘯臺(tái)灣東部海域陡峭的海岸地形，不利于遠(yuǎn)震海嘯波浪的堆積。但是臺(tái)灣東部的堆積物形成不穩(wěn)定的斜坡，一旦發(fā)生大規(guī)模海底山崩，很有可能引發(fā)致災(zāi)的海嘯。（Loetal;1997）對(duì)中國(guó)東南沿海有影響的海嘯的潛在發(fā)源地有:

1菲律賓西側(cè)–地震2巽他海峽（SundaStrait）-火山3南海–滑波中國(guó)沿海4米以下地區(qū)GDP占全國(guó)約四分之一.小海嘯,大災(zāi)害是可能的.減輕海嘯災(zāi)害主要有三個(gè)途徑：海嘯災(zāi)害的預(yù)測(cè)（HazardAssessment），早期預(yù)警（EarlyWarning）和發(fā)生災(zāi)害后力爭(zhēng)把災(zāi)害減到最?。∕itigation）。3.海嘯災(zāi)害的預(yù)防城市一個(gè)區(qū)域的海嘯災(zāi)害區(qū)劃：暗紅顏色的地區(qū)是易受災(zāi)地區(qū)。3.1海嘯災(zāi)害的預(yù)測(cè)3.2海嘯早期預(yù)警系統(tǒng)智利附近地震產(chǎn)生的海嘯向外傳播，傳到各地所需的時(shí)間。例如，智利地震海嘯傳到夏威夷需要12個(gè)小時(shí)，傳到日本則需要22個(gè)小時(shí)。太平洋海嘯警報(bào)中心（ThePacificTsunamiWarningCenter(PTWC)）1949年建于夏威夷。主要提供太平洋地區(qū)的海嘯預(yù)警服務(wù)。智利1960年5月22日地震發(fā)生在18：56，到第二天9：52傳播到夏威夷，當(dāng)?shù)仡A(yù)報(bào)與海嘯到達(dá)時(shí)間只差1分鐘，太平洋周圍建立的監(jiān)測(cè)地震發(fā)生的地震臺(tái)網(wǎng)。太平洋海底發(fā)生的任何大地震都能被這個(gè)臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)到，并通過(guò)無(wú)線電通知沿岸的所有國(guó)家和地區(qū)。太平洋地區(qū)建立的監(jiān)測(cè)海水高度的驗(yàn)潮站網(wǎng)。連續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)大面積