自然灾害学概论3.2海啸

自然灾害学概论第三讲地震、海啸、火山与空间灾害第三讲地震、海啸、火山与空间灾害第二节海啸与海啸灾害海啸与海啸的特点海啸灾害海啸灾害的预防印尼大海啸肆虐之后的海滩（第49届（2006年）世界新闻摄影比赛(WPP)--“荷赛奖”获一等奖作品2004年印度洋地震海啸,印尼班达亚齐尸横遍地。印度洋地震海啸续印尼班达亚齐尸横遍地，迷人的海滩在灾难过后已经成为“露天停尸间”，到处都可以看见尸体，其状惨不忍睹。2011年3月11日，日本东北宫城县以东太平洋海域9级地震引发海啸及核泄漏。2011年3月11日，日本东北宫城县以东太平洋海域9级地震引发海啸及核泄漏。Tsunami“Tsunami”来自日文(tsu-表示港湾，nami-表示波浪)，是港湾中的波的意思。2004年印尼地震海啸造成的破坏照片：印度泰米尔纳德邦纳加帕蒂纳姆地区的港口码头，一艘被海啸的大浪冲上岸的渔船静静地卧在码头上。海啸造成该地区5000多人死亡，90%的渔船被毁。

1.什么是海啸1.1海啸的定义

海啸是由海底地震、火山喷发或海底泥石流、滑坡等海底地形突然变化所产生的具有超大波长和周期的大洋行波。当其接近近岸浅水区时，波速变小，振幅陡涨，有时可达20-30m以上，骤然形成“水墙”，瞬时侵入沿海陆地，造成危害。海啸的英文词“Tsunami”来自日文(tsu-表示港湾，nami-表示波浪)，是港湾中的波的意思。海啸与一般的海浪不一样，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啸则是从深海海底到海面的整个水体的波动，其中包含的能量惊人。

1.2海水中的波动海水中有许多种波动,例如,流体力学中说:海水质点的振动在海水中的传播过程就是波动。质点振动所以能维持，必须存在恢复力，由于恢复力不同，海水中的波动分为：重力波（质点不论以什么方式离开平衡位置，重力为恢复力）；潮汐波（由日月引力所产生）；涟波，又称毛细波（由流体表面张力引起的微小的波）；声波（由于流体本身的可压缩性引起）。海水质点运动在海面最大，向下运动越来越小

海面上波浪究竟涉及到多少海水质点，完全取决于海浪的波长。波长越长，参与运动的海水越多，波长很短，只有海水表面薄薄一层水参与了海浪的运动。Jason1号测高卫星在地震后2小时沿129轨道由南向北穿过印度洋，接近印度的Bengal湾，这时海啸波正好在印度洋上传播。测高卫星可以测得卫星正下方约5km直径区域的海面的高度变化，精度为cm级。十分难得的是，在这样凑巧的时间和这样凑巧的地点，在海啸波上方运行的Jason1号测高卫星测量到了海啸波传播时的海面变化（GOWER,2005）。

1.3海啸波的波长非常长

沿着印度洋上空的129轨道，图中给出了印度洋海面的高程变化。沿轨道飞行的第104-第108次是地震发生之前的测量结果。第109次测量正好赶上海啸波的传播（地震后约2小时），第110次是在海啸波已经传播结束是的结果。从第109次测量结果可以看出：在-5o到+5o的纬度范围内，海啸波造成的海面高程最大变化约为0.6m，海啸波的波长约为500km（GOWER,2005）。

1.4海啸引起的波传播速度快(a)风吹水面造成的水面波：波长30m，传播速度15-30km/h；(b)深海中的海啸波：波长几百km，传播速度700-900km/h传播速度与海水深度明显有关用美国地质调局Geist模型计算得到的海啸传播时间图，图中白色方块中的数字表示海啸波传播到该地所需要的时间（单位：小时）。请注意，印尼地震产生的海啸波传到斯里兰卡和印度只需2-3小时，这与喷气式飞机的速度是一样块的；又请注意，尽管印尼与越南不远，但由于陆地的阻挡，海啸波要绕地球一圈后才能到达越南沿海，需要12-16个小时。2004年印尼大地震（红点）及其主要的15次余震（震级和发生时间由图左表给出）。余震区南北方向延伸1，000多km，东西方向宽100km。人们经常用余震区的大小来估计主震破裂变形区的长度和宽度。在计算海啸能量时，假定该次地震使震中区100km长，10km宽，2km厚的水体，抬高了5m，这是非常保守的估计。

1.5能量巨大印尼苏门答腊近海地震产生的海啸能量大约相当于3座100万千瓦的发电厂一年发电的能量海啸的等级（magnitude）如果用H（单位为米）

代表海啸的浪高，则海啸的等级m为m=log2H各种不同震级的地震产生的海啸高度见下表：地震震级66.577.588.58.75产生海啸的等级-2-101245可能海啸的最大高度（米）<0.30.5-0.71.0-1.52-34-616-24>24海啸的最高浪高30m以上，是1960年智利大地震引起的，它对应5级海啸，这是海啸的最高等级。1.6海啸的产生条件深海，地震释放的能量要变为巨大水体的波动能量，地震必须发生在深海，只有在深海海底上面才有巨大的水体。发生在浅海的地震产生不了海啸。大地震，断层垂直断距要大，断裂范围要大。海啸的浪高是海啸的最重要的特征。开阔逐渐变浅的海岸条件。

(a)逆冲断层；(b)正断层；(c)走滑断层。逆冲断层的垂直方向运动最大，正断层其次，走滑断层几乎没有垂直运动。海啸主要是由海洋中发生的逆冲断层的地震引起的。当逆冲断层运动时，海底突然发生很大的垂直运动，造成整个海水急剧抬升(d)，并向外传播，于是产生海啸(e)。

海啸的产生过程：(a)

俯冲板块向上覆板块下方俯冲运动;(b)两个板块紧密接触，俯冲造成上覆板块缓慢变形，不断积蓄弹性能量;(c)能量积蓄到达极限，紧密接触的两个板块突然滑动，上覆板块“弹”起了巨大的水柱;(d)水柱向两侧传播，形成海啸,原生的海啸分裂成为两个波，一个向深海传播，一个向附近的海岸传播。向海岸传播的海啸，受到岸边的海底地形等影响，在岸边与海底发生相互作用，速度减慢，波长变小，振幅变的很大（可达几十米），在岸边造成很大的破坏。

印度洋地震海啸后海底地形变化在深海，海啸的波长很长，速度快。当海啸波传播到近岸浅水水域，波长变短，速度减慢。（引自NOAA，IOC，ITIC，LDG，2002）。海啸波在大洋中传播时，波高不到1m，不会造成灾害，但进入浅海后，因海水深度急剧变浅，前面的海水波速减慢，后面的高速海水向前涌，就象无数汽车发生不断的追尾一样，结果波高急剧增加，最大波高可达几十m，这种几层甚至十几层楼高的“水墙”冲向海岸，仿佛象用剃头刀剃头一样，扫平岸边的所有房屋、建筑、树木、道路、堤防和人畜等，留下光秃秃的地面，破坏力极大。

美国国家气象中心的海啸预报标志,形象地表示出了海啸波的特点:在深海,海啸波波长很长,但波高很低,接近岸边时,波长越来越短,而波浪的波高越来越高。海啸的类型近海海啸：1755年里斯本地震海啸远洋海啸:1960年智利地震在夏威夷造成的海啸1.7海啸与海浪和风暴潮的不同(1)成因不同,风暴潮是由海面大气运动引起的，而海啸是由海底升降运动造成的，前者主要是海水表面的运动，而后者是海水整体的运动。(2)波长不同,海啸的波长长达几百公里，而风暴潮的波长不到1公里。水深平均达数公里的海洋，对于波长几百公里的海啸，犹如一池浅水；而对风暴潮波是一种“深水波”。(3)传播速度不同,海啸传播速度快，每小时可达700-900km，这正是越洋波音747飞机的速度，而水面波传播速度较慢，风暴潮要快一点，最快的台风速度也只有200km/h左右.(4)激发的难易程度不同，海浪或风暴潮很容易被风或风暴所激发，而海啸是由海底地震产生的，只有少数的大地震，在极其有利的条件下才能激发起灾害性的大海啸。有风和风暴，必有风暴潮；而有大地震，未必一定产生海啸，大约十个地震中只有1-2个能够产生海啸。2.海啸灾害1900-1983年期间，浪高超过2.5m海啸在太平洋的发源地2.1世界主要海啸灾害日期发源地浪高（米）产生原因备注1755．11．01大西洋东部5~10地震摧毁里斯本，死亡60，000人1868．08．13秘鲁-智利>10地震破坏夏威夷、新西兰1883．08．27Krakatau印尼40海底火山喷发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阿留申群岛>10地震159人死亡，损失2，500万美元1960．05．13智利>10地震智利：909死亡，834人失踪。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，损失1亿美元1992．09．02尼加拉瓜10地震170死亡,500受伤,13000无家可归1992．12．02印度尼西亚26地震137人死亡1993．07．12日本11地震200人死亡1998．07．17巴布亚新几内亚12海底大滑坡3000人死亡2004．12．26印度尼西亚>10地震283,000人死亡历史上破坏巨大的海啸1755年袭击里斯本的是本地海啸，图中用E标出的是发生在大西洋的地震震中位置。地震发生后，海啸首先（16分钟后）袭击了大西洋中CaboStVicente岛，海啸波高>10m；25分钟后，海啸波到达里斯本，海啸波高5m。里斯本海啸（a）1755年的里斯本大地震；（b）地震和海啸前的里斯本是葡萄牙的首都，当时世界上最为繁华的海港城市之一（版画）；（c）灾后：歌剧院；（d）市政厅。1755年里斯本大地震是崛起大国葡萄牙衰落的重要原因。这次地震影响到西方的文化，特别是西方哲学。1755年11月1日，里斯本近海大地震产生的海啸袭击了北塔古斯河岸（NorthTagusRiver）。达尔文在他的探险日记中记载了1835年智利大地震产生的海啸。1960年智利近海9.5级地震产生了巨大的海啸，袭击了夏威夷。1960年智利地震产生的海啸波也袭击了日本。在第一次海啸波之后，日本的居民也跑到高处躲避海啸波，但是人们保持着高度的警惕，没有得到通知前，没有一个人回家，他们在高处足足等了4个小时。正是日本民众的海啸知识的普及，大大减少了人员的伤亡。资料取材于USGS的网站中“SurvivingaTsunami–LessonsfromChile,Hawaii,andJapan”。印尼苏门答腊附近海域深海大地震的参数是：发震时刻：2004年12月26日08时58分55秒。震中坐标：北纬3.9度，东经95.9度震源深度:28.6km（Harvard大学）震中处海深:1,500米以上震级：Mw9.0（Harvard大学测定,2005）震源错动方式:断层面走向129度,倾角83度,滑动方向和水平面倾角87度(Harvard大学震源机制解,表明断层两盘几乎是垂直相互运动的).2004年印度尼西亚海啸300年3分钟印尼苏门答腊附近海域深海大地震发生在印度-澳洲板块和亚洲板块的俯冲带上（红线所示，箭头表示俯冲带向苏门答腊岛倾斜，白圈代表这次地震的震中），两个板块几乎互相垂直与俯冲带运动，每年俯冲的水平速度分量为52-60mm/年，在这次地震中,苏门答腊西缘岛屿向西南水平移动了20米。若以60mm/a的俯冲速度计算,该断层已闭锁了300多年积累的能量在3分钟释放出来,由部分亚洲地震台站(图中红三角符号)测定的2004年12月26日地震的震源机制(黑白球,XuandChen,2005),黑白球的分界线表示地震断层的走向,白色表示断层的西南盘向下俯冲,黑色表示断层的东北盘上升.断层两盘的相对运动基本是垂直方向的.这是对能产生海啸地震的基本要求.印尼地震海啸袭击的国家和地区：印尼、斯里兰卡、泰国、印度、马来西亚、孟加拉国、缅甸、马尔代夫等国，遇难者总数2周内已超过25万人。26December2004tsunamiinundationinBandaAceh(班达亚齐)SatelliteImageofBANDAACEH(courtesyDigitalGlobe)SHORELINEAFTERTSUNAMIBAKORNASPBP-LIPISatelliteImageofBANDAACEH(courtesyDigitalGlobe)ABCD印尼苏门答腊海中8.7级地震和海啸袭击岛上的班达亚齐，美国DIGITALGLOBE网站发布了一系列卫星遥感照片，左方一组图象是快鸟卫星拍摄的班达亚齐灾害照片和地震海啸前后对比遥感图象。这一组遥感图象清楚的表明，印尼遭受2004年12月26日特大地震和海啸灾害最重的地区之一的班达亚齐的破坏情况.班达亚齐是印尼亚齐省的首府，距12月26日大地震震中约250公里，可见这次地震破坏之大(海岸已经缩小，部分海岸消失，海边建筑完全被地震和水灾所摧毁)。

海啸过后，普吉岛上的街道一片狼藉。许多汽车、摩托车和零售亭被海水冲坏，散落在道路两边，有些折断的树木横卧在路旁。由于高达5至10米的巨浪还在不停地冲击岸边，当地的上万名居民和游客争相往高处跑去避难。度假天堂成“人间地狱”。2004年12月26日，在泰国曼谷以南的旅游胜地普吉岛，海啸袭击过后的海边一片狼藉。海啸造成的斯里兰卡火车出轨事故死亡人数估计在1700人左右，是世界上最严重的火车事故，死亡人数超过1981年发生在印度的火车出轨事故。2005年1月3日至10日印度洋大海啸后的悲惨景象（第49届（2006年）世界新闻摄影比赛(WPP)--“荷赛奖”获三等奖作品-《美国新闻与世界报道》摄影师大卫-巴托的“海啸劫后”）。日本绘画中的海啸-富獄三十六景「神奈川沖浪裏」2.2日本的海啸灾害日本几次主要地震引发的海啸灾害，多数海啸来源于太平洋一侧。如著名的“明治海啸(1896)”和“昭和海啸(1993)”。有大小火山两百多座，其中活火山约占1/3。故有“火山国”之称。全国每年平均有一万多次地震，有感地震平均每天约有4次，被人们称为“地震国”。8.2级，140000人遇难，发生全城大火，几乎毁掉整个东京城1995年阪神大地震7.2级6418人遇难白色标识处上面为明治三陆海啸（1896年）海水到达的高度。自有记载以来，日本太平洋沿岸受到猛烈海啸袭击达30多次1703年海啸袭击日本栗津，10万人遭难。1933年日本本州岛东岸遭海啸，约有3000人死亡。

1896年，三陆，7.6级，海啸，2.7万人。关东大地震引发的海啸也十分惊人，造成8000余艘船只沉没，5万多人淹死，并使沿岸大小港口均告瘫痪。1960年5月22日下午19点11分是世界地震史上一次震级最高、最强烈的地震，8.9级浪涛高达8－9米，最高达25米。不到24小时，海啸波走完了大约1.7万千米的路程。波高达6-8米，最大波高达8.1米。造成了日本数百人的死亡，冲毁房屋近4000所。1983年的海啸发生在日本海，并且还造成了人员的伤亡，还是历史上第一次。这次海啸是由日本海中部Mw7.9级地震引起的，造成经济损失约1,800亿日元

中国的近海，渤海平均深度约为20m。黄海平均深度约为40m，东海约为340m，它们的深度都不大，只有南海平均深度为1，200m。因此，大部分海域地震产生本地海啸的可能性比较小，只是在南海和东海的个别地方发生特大地震，才有可能产生海啸。2.3中国的海啸台湾东部海域陡峭的海岸地形，不利于远震海啸波浪的堆积。但是台湾东部的堆积物形成不稳定的斜坡，一旦发生大规模海底山崩，很有可能引发致灾的海啸。（Loetal;1997）对中国东南沿海有影响的海啸的潜在发源地有:

1菲律宾西侧–地震2巽他海峡（SundaStrait）-火山3南海–滑波中国沿海4米以下地区GDP占全国约四分之一.小海啸,大灾害是可能的.减轻海啸灾害主要有三个途径：海啸灾害的预测（HazardAssessment），早期预警（EarlyWarning）和发生灾害后力争把灾害减到最小（Mitigation）。3.海啸灾害的预防城市一个区域的海啸灾害区划：暗红颜色的地区是易受灾地区。3.1海啸灾害的预测3.2海啸早期预警系统智利附近地震产生的海啸向外传播，传到各地所需的时间。例如，智利地震海啸传到夏威夷需要12个小时，传到日本则需要22个小时。太平洋海啸警报中心（ThePacificTsunamiWarningCenter(PTWC)）1949年建于夏威夷。主要提供太平洋地区的海啸预警服务。智利1960年5月22日地震发生在18：56，到第二天9：52传播到夏威夷，当地预报与海啸到达时间只差1分钟，太平洋周围建立的监测地震发生的地震台网。太平洋海底发生的任何大地震都能被这个台网监测到，并通过无线电通知沿岸的所有国家和地区。太平洋地区建立的监测海水高度的验潮站网。连续不断地监测大面积