海啸

海啸的成因

海啸是一种具有强大破坏力的海浪。当地震发生於海底,因震波的动力而引起海水剧烈的起伏,形成强大的波浪,向前推进,将沿海地带一一淹没的自然現象,称之为海啸。

詞源

海啸到达海岸
2004年12月26日海啸席卷马尔代夫的马累

海啸在許多西方語言中稱為“tsunami”,詞源自日語“津波”,即「港邊的波浪」(「津」即「」)。这也显示出了日本是一个经常遭受海啸袭击的国家。汉字又称海溢。“tsunami”一詞,在1963年的國際科學會議上正式列入國際術語。目前,人类对地震火山、海啸等突如其来的灾变,只能透过观察、预测来预防或减少它们所造成的损失,但还不能阻止它们的发生。

中國最早在漢朝就已有對海嘯的紀錄,在中國古書記載的海溢海潮溢海吼海唑海沸都是指海嘯[1]

特性

這是一種波長極長的重力波。若是發生於在近岸淺水海域,波浪因深度漸淺而波高驟增,可造成嚴重災害。此波於大洋中傳遞極快,每秒速度可超過二百公尺。在地震發生處的波動可能只有0.1公尺到5公尺的高度,波長卻可能是1500公里。隨著水波傳到岸邊波長會縮短到5公里,高度卻可達到50公尺。

原因

海啸到达海岸形成水墙

海啸通常由震源在海底下500公里以内、规模6.0以上的海底地震引起。海啸波长海洋的最大深度还要大,在海底附近傳播也没受多大阻滞,不管海洋深度如何,都可以传播过去,海嘯在海洋的傳播速度大約是每小時五百到一千公里,而相鄰兩個浪頭的距離也可能遠達500到650公里,當海嘯波進入陸坡後,由於深度變淺,波高突然增大,它的这种波浪运动所卷起的海涛,波高可达数十米,并形成“水墙”。由地震引起的波動與海面上的海浪不同,一般海浪只在一定深度的水層波動,而地震所引起的水體波動是從海面到海底整個水層的起伏。

此外,海底火山爆发,土崩及人為的水底核爆,或者是隕石撞擊都會造成海嘯,“水墙”可達百尺。而且隕石造成的海嘯在任何水域也有機會發生,不一定在地震帶。不過隕石造成的海嘯可能千年才會發生一次。海啸等自然灾害都会产生次声波大象可以听到次声波,對遠處發生的火山地震都會有反應,例如2004年印度洋大地震产生的海啸,由于大象听到海啸产生的次声波,不听主人指挥,快速离开现场,乘坐大象的游客才得以生还。

海潮暴漲有可能是海嘯所引起,也可能是颱風所引起。近地海嘯所引起的海潮暴漲通常伴隨著地震,遠洋地震所引起的海嘯則不會感受到地震動。而颱風所引起的海嘯則伴隨強風。史籍上若提到地大震,之後海潮暴漲,則海嘯的可能性極大。然而多數記載只提到海潮暴漲,並無其他說明,是否是地震海嘯就有待進一步探討。因此將史籍上所述之海嘯或疑海嘯,以海嘯信度表示其發生之可能性。

2004年印度洋大地震引发的海啸冲击泰國喀比

當海嘯從較寬廣較深的海域傳到海岸時,則會變形。當海水傳到岸邊時,因為水深變淺,所以波浪的傳遞速度變慢。當前一波海浪的速度變慢後,後一波因為速度未降追了上來,所以變成波高變高。所以即便在深水區不高的波浪,到了岸邊波高卻會增加許多。

當海嘯到達海岸時,看來很像加速版的潮汐的起落。如果波高太高時波浪則會碎掉,或是可以看到很高的水牆。不過海嘯一般很少在岸邊成為如塔般很高的水牆,或是看到明顯的破浪,因為有時波浪是在離岸較遠處就已破碎了。另外海嘯來襲時波浪若進入淺水海灣或河流出海口,也可能看到類似階梯狀波浪的湧潮(bore)出現。這些都會造成海岸邊的海水高度升高。若震央較近海岸時,甚至有觀測到升高相當於十層樓高的。

强度或大小的等级

与地震一样,有过多次尝试建立衡量海啸强度或大小的等级,使得不同事件之间可以比较。[2]

强度等级

最早的被日常的用来衡量海啸强度等级方案是用于地中海西伯格-安布拉塞斯等级(Sieberg-Ambraseys scale)[3]和用于太平洋的“今村-饭田强度分级(Imamura-Iida intensity scale)”[4]。索洛维耶夫又修改了今村-饭田分级,根据如下公式计算了海啸强度I级:

这里 是沿最近的海岸的平均海浪高度。这个分级方案也被称为“索洛维耶夫-今村海啸强度等级(Soloviev-Imamura tsunami intensity scale)”,并被用于NGDC/NOAA所编撰的全球海啸目录中。[5]新西伯利亚海啸实验室(Novosibirsk Tsunami Laboratory)也使用这个分级作为海啸大小的主要参数。

大小等级

第一个真正的计算给定地点的海啸大小而不是强度的等级方案是由穆蒂和卢米斯(Murty & Loomis)提出的ML分级(ML scale)。这个分级是基于潜在能量的。[2]但因为计算海啸的潜在能量很困难,所以该分级很少被使用。阿部引入了“海啸大小等级 ”,其计算公式为:

这里h是最大海啸波幅(单位:米,m),由距离震中距离 为R的验潮仪测得;abD是用于使the Mt等级尽可能匹配矩震级(moment magnitude scale)的常数。[6]

海嘯警報系統

海嘯的危險性符號
位于泰国普吉岛的一个海啸逃生标识

美国西海岸·阿拉斯加海啸警报中心

美国西海岸·阿拉斯加海啸警报中心(WCATWC;暂译)中,将美国及其周边地区依照海岸地形等要素划分为11个区域。各区域分别有2种(或1种乃至没有)TIS(Tsunami Information Statement,海啸情报)、3种(或1种)Warning(警报),共1~5级警报。

日本

日本气象厅将24小时监视造成海啸的地震活动,并于地震发生后最快2分钟内发布海啸预报·警报(海啸预报·海啸注意报海啸警报大海啸警报)。即使是震源较远但规模较大的地震或震度较小的地震也可能会发布海啸警报。为了缩减发布警报所需要的时间,也进行了将地震计更换为性能更高的仪器或者装设海底地震计的工作。

原本发布海啸警报需要3分钟左右的时间,由于2007年10月开始,对日本近海的地震启用紧急地震速报系统,因此发布警报需要的时间得以缩减,最快可在2分内发布海啸警报(如2007年3月的能登半岛地震等)。

此外,发表海啸警报的时候,电视台、广播电台等会进行紧急警报广播

根据震源的位置、震级、断层数据,可计算预测海啸是否发生及高度等。气象厅拥有一个数据库,可以根据震源要素进行检索,并决定发布何种警报信息。

气象厅根据预测的海啸高度,将海啸警报区分为以下3类发表。

海啸警报 大海啸警报 最高达到3m以上的海啸
海啸警报 最高为3m的海啸
海啸注意报 海啸注意报 最高为1m的海啸

气象厅发布的海啸警报、注意报以预报区为单位表示各地的预测海啸高度和到达时间。

发布海啸警报、注意报时,将会发布包括抵达岸边的时刻、预测的海浪高度、各地满潮时刻、到达时所观测到的波高等的“海啸信息”。

海啸警报等·信息网站…日本气象协会 海啸信息(日文)

香港

香港天文台制定了海嘯警報,如預料南海或太平洋發生的強烈地震會引發海嘯,導致香港受顯著海嘯 (即海嘯高度比正常水位高出0.5米以上) 影響,而預計海嘯會在三小時內抵達香港,天文台會發出海嘯警告;對於有可能影響香港但在三小時後才抵達香港的顯著海嘯,天文台會首先發出海嘯報告通知市民。此外,如香港可能受海嘯影響但預料香港的海嘯不顯著,天文台亦會發出海嘯報告通知市民。[7]

海嘯對臺灣影響

雖然臺灣亦處環太平洋火山帶,不過和日本不同,臺灣很少有海嘯侵襲。主要原因是海嘯多來自太平洋的海底地震,會從臺灣東部靠近,而在臺灣東部的海底,菲律賓海板塊歐亞板塊交界處,海底地形非常陡峭,容易使波浪受到折射而遠離,不利海嘯成形[8]。2011年日本東北大地震(海底地震)臺灣僅觀測到10公分潮差,而1960年智利大地震所引發的海嘯對於臺灣也沒有造成重大災害。

一般認為臺灣最可能發生海嘯的地方是基隆宜蘭一帶沿海,在過去便曾有發生之實例。1867年12月18日,雞籠(今基隆)附近發生有感地震,震央約在雞籠嶼(今基隆嶼)東方500公尺左右的海底,造成雞籠港(今基隆港)港內的海水急速往外海退去,接著海嘯撲向瑞芳萬里、金包里(今金山)一帶沿海發生災情,史稱「雞籠海嘯[9]

雖然南中國海發生大規模地震機率非常低,萬一中国南海一帶的地方出現大地震,勢必會對臺灣西南沿海、中國大陸東南沿海、中南半島菲律賓等地造成海嘯威脅。不過,臺灣仍有學者提出馬尼拉海溝恐有潛在危機[10]

紀錄

全球的海嘯發生區大致與地震帶一致。全球有記載的破壞性海嘯大約有260次左右,平均大約6、7年發生一次。發生在環太平洋地區的地震海嘯就佔了約80%。而日本列島及附近海域的地震又佔太平洋地震海嘯的60%左右,日本是全球發生地震海嘯且受害最深的國家。

近年來較大規模的海嘯有:

嘯源位置日期浪高
公尺
受害地區死亡人數備註
加拿大溫哥華島1700年1月26日?北加州至溫哥華島、日本?參見1700年卡斯凱迪亞地震
葡萄牙1755年11月1日50歐洲西部、摩洛哥西印度群島80,000葡萄牙帝國的沒落
參見1755年斯本大地震
琉球群島1771年4月24日85琉球群島11,941石垣島一半的人口罹難
參見八重山地震
巽他海峽1883年8月26日20爪哇蘇門答臘36,000參見喀拉喀托火山
日本三陸1896年24日本東北27,122參見明治三陸地震
阿留申群島1946年4月1日32阿留申群島、夏威夷加州165
智利1960年5月22日25智利、夏威夷和日本1,260參見智利大地震
阿拉斯加1964年3月27日32阿拉斯加、阿留申群島和加州參見耶穌受難日地震
西里伯斯海1976年8月16日30菲律賓群島5,000
蘇門答臘西北外海2004年12月26日30印度洋300,000+參見2004年印度洋大地震
智利2010年2月27日25智利參見2010年智利大地震
日本宮城縣外海2011年3月11日40.5[11]日本北海道青森岩手宮城福島茨城10,000+參見2011年日本東北地方太平洋沿岸地震

参考文献

  1. 中国古代的海啸灾害
  2. 1 2 Gusiakov V. (PDF). [2009-10-18].
  3. . 中国地震局工程力学研究所. [2013-07-27].
  4. . 凤凰网. 2010-02-27 [2013-07-27].
  5. National Geophysical Data Center / (NGDC/WDS) Global Historical Tsunami Database
  6. Abe K. . Tsunami: progress in prediction, disaster prevention, and warning. 1995 [2009-10-18]. ISBN 978-0-7923-3483-5.
  7. 香港天文台. . 2014-02-24 [2017-11-22].
  8. 臺灣會不會發生大海嘯?科學人》2005年2月號
  9. 徐泓. . 臺北: 行政院國家防災科技研究報告. 1983年.
  10. 中大研究 馬尼拉海溝若地震 大海嘯直衝臺灣西南 存檔,存档日期2011-03-16.
  11. March 11th tsunami a record 40-meters high NHK

外部連結

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参见

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