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        1. EN
          海嘯是怎么形成的?
          2023-12-18 14:51:17

          海嘯Tsunami
              提起海嘯,除了害怕還是害怕,它的出現總是和災難、絕望、人員傷亡聯系在一起。那么這個可拍的海洋怪物是怎么冒出來的呢?
          海嘯的成因
             
          海嘯(tsunami)是一種巨大的海浪。海底大規模的、突然的上下變動,包括海底火山噴發、海底或海岸滑坡、崩塌、滑塌、隕星或彗星的撞擊以及海底地震都會激發海嘯。但是在上述激發海嘯的諸多原因中,最主要的原因還是海底的地震,特別是以沿著斷層面上下錯動為其特征的“傾滑型”地震。

          海嘯的產生
             
          海底大規模的、突然的上下變動會使大范圍的海水從海面直至海底受到擾動,擾動以波動的形式向四面八方傳播,這就是海嘯。海嘯在大洋中傳播時速度非???,達200~250m/s,也就是720~900km/h,相當于噴氣式飛機的速度。

           

           

              海嘯的浪高通常是幾十厘米至一米,比風暴潮(浪高通常是7~8m)小得多。海嘯在大海中傳播時有如千軍萬馬在夜間銜枚疾走。遠洋航行的船只,時有與海嘯相遇的經歷。當船只在大海中與海嘯相遇時,但見船只悠然穿過海嘯,絕無安全之虞。
           

           


          海嘯與風暴潮
             
          但是,當海嘯靠近海岸、特別是進入海港時(因此海嘯在日語中借用漢字寫作“津浪”、“津波”,讀作tsunami;在英語中按“津浪”的讀法寫作tsunami,亦稱作harbor wave,均為“海港中的波”之意),速度減慢,波浪迅疾攀升,浪高可達數十米,有如大海頓時豎立(因此海嘯亦稱作“海立”),像一堵高大的水墻一樣沖向岸上,所向披靡,將海岸掃蕩一空,造成巨大的傷亡和損失。

           
          海浪近岸

          海嘯的特點
              海嘯與風暴潮和在海邊每天都可以觀看到的海浪一樣,都是所謂的“重力波”,也就是以重力為恢復力所產生的波。重力有使海洋從受到擾動的狀態恢復到未受擾動的狀態的傾向。在重力波傳播過程中,重力起著使能量以波動的形式從其相對過剩的區域傳遞到相對不足區域的作用。更具體地說,海嘯與平常的海浪和風暴潮一樣,同屬“重力(表)面波”,即海水質點運動的振幅隨深度衰減的重力波。

          雖然海嘯與平常的海浪和風暴潮一樣都是重力表面波,但是它與海浪和風暴潮有著明顯的不同:
              (1)成因不同。平常的海浪或風暴潮是由海面上刮風或風暴引起的,而海嘯大多數是由海底的突然上下變動引起的,兩者的成因不同。
              (2)周期與波長不同。海嘯的周期長達200~2000s,波長長達10~100km;而風暴潮的周期只有6~10s,波長數量級約100m。雖然兩者同屬重力表面波,平常的海浪或風暴潮由于波長(數量級約100m)比海水的深度(數量級約1km)小得多,所以是一種“深水波”,海水質點的運動只限于在距深海大洋的表面數量級約100m 的深度范圍內傳播。海水質點在垂直于海面的平面上運動,呈前進的圓形;振幅隨深度很快地衰減,到了大約半波長(即數量級約100m 的深度)即衰減殆盡。

           


          重力波在海洋中傳播示意圖及深水傳播
             
          盡管海面上波濤洶涌,潛沒在水下的潛艇卻安然不為之所動就是這個道理。同樣道理,安置在海面的壓強計可以記錄下幾乎無時不在的高達數米的海浪,但不易檢測出振幅比一般的海浪小而被淹沒在一般的海浪信號中的海嘯(甚而是大海嘯)信號(參見圖1b);因此,不但在海面上,而且在深海海底都應安置壓強計才有可能有效地監測海嘯的發生與傳播。
             
          與平常的海浪和風暴潮不同,海嘯的波長(10~100km) 比海水的深度(約數千米)大得多,水深達數千米的海洋對于波長10~100km 的海嘯,猶如一池淺水,所以海嘯作為一種重力表面波是一種“淺水波”。當它在海洋中傳播時,振幅隨深度衰減很慢,慢到了幾乎沒有什么衰減的程度;并且,海水質點在垂直方向的運動幅度比在水平方向的運動幅度小得多,呈極扁的前進的橢圓形,扁到幾乎退化為一條直線,以至整個海洋,從海面直至海底的海水質點,同步地沿水平方向往復地運動,攜帶著大量的能量襲向海岸。

           

          重力波在海洋中傳播示意圖及淺水傳播
             
          (3)傳播速度不同。海嘯是一種長周期的重力波,它的高頻截止頻率是0.01~0.02Hz,也就是周期50~100s。它的傳播速度很大,如前所述,達200~250m/s,大約是平常海浪波速的15 倍。海嘯高達200~250m/s的傳播速度以及海嘯波的振幅隨深度幾乎沒有什么衰減,說明了為什么海嘯具有異乎尋常的破壞力。在水深為H的海洋中,重力波傳播的相速度c為:

              式中,k = 2π /λ為波數;λ為波長;g 為重力加速度;tanh 為雙曲正切函數。“頻散”在物理學中稱作“色散”,指的是波的傳播速度(相速度或群速度)隨周期(或頻率)變化。海嘯即長周期的重力波。當海嘯波的周期數量級為100~1000s 時、也就是波長λ比海水的深度H 大得多時(λ >>H),作為一種長周期重力波(“淺水波”)的海嘯波是沒有頻散的。此時,式(1)簡化為

              式中,u 為群速度。普通的海浪是一種短周期的重力波。當周期數量級為10s、也就是周期很短時,式(2)簡化為

              式(3)表示,作為一種短周期的重力波(“深水波”),普通的海浪是頻散的面波,其相速度c是群速度u的兩倍,它們都與波長λ的平方根成正比。
             
          (4)激發的難易程度不同。普通的海浪或風暴潮是由海面上刮風或風暴引起的,容易被風或風暴所激發。而大多數海嘯是由海底地震產生的,海底地震激發海嘯的能力隨震源深度和頻率的增加而急劇衰減。所以在震源深度相同的情況下,頻率是一個最重要的特征量,它決定了地震激發海嘯的效能。在固態的地球內部,決定地震激發海嘯效能的“本征函數”的振幅很小,對于震源深度大于60km 的地震,本征函數的振幅分別僅僅是表面位移的


          (當周期約

          s 時)、

          (當周期約為

          s 時)和

              (當周期約為50s 時)。這就是說,震源深度大于60km的地震,只能激發長周期的海嘯。只有周期特別長的、極其大的地震、在極其有利的條件下才能激發起災害性的大海嘯。這點已為大量的歷史上的海嘯以及近代的觀測資料所證實。

          海嘯災害
             
          大海嘯是一種頻度極低、在原地重復發生的時間遠大于人的壽命的自然災害。根據1980年以來的統計,地球上平均每年發生1次8級或8級以上的特大地震,而在10次8級或8級以上的特大地震中,大約只有一次是發生在海底同時又激發起海嘯的。中等大小的地震即震級6.5左右的地震有可能激發出波浪振幅只有幾厘米、在深海海面上可以用現代的壓強計記錄下來的小規模的海嘯。小規模海嘯的年發生率是每年若干次,較大規模海嘯的年發生率則是大約一年一次。對于諸如特大地震、特大海嘯這些頻度極低、在原地重復發生的時間遠大于人的壽命的自然災害來說,人們很容易掉以輕心。

               例如,就印度洋北部來說,歷史上只有過6次有關海嘯的記載:
             
          1、包括公元前326年由亞歷山大大帝統率的軍隊遭遇到該地區迄今最早有記載的海嘯;
             
          2、公元1008年4月1日至5月9日由當地地震激發的伊朗海岸的海嘯。
             
          3、1883年8月27日由印尼克拉喀托亞(Krakatoa)火山噴發激發的海嘯;
             
          4、1884年由孟加拉灣西部地震激發的海嘯;
             
          5、1941年6月26日由安達曼海8.1級地震激發的海嘯;
             
          6、1945 年11月27日卡拉奇以南70km 的

          級地震激發的海嘯。
             
          中國、印度、印尼、日本、菲律賓、美國東海岸、非洲科特迪瓦(舊稱“象牙海岸”) 乃至歐洲,自古以來都是遭受過多次海嘯襲擊的地區。實際上,在眾多的自然災害中,海嘯作為一種發生頻度極低的、發生概率極小的事件,它的危險性顯然是被大大低估了。

           

          海嘯分布圖

           

          歷史上海嘯死亡人數最多的五次地震
             
          第五名:印尼火山爆發引起的海嘯
             
          死亡人數:36000
             
          原因:火山爆發
             
          1883年8月,印尼火山島喀拉喀托的火山爆發是人類史上最厲害的一次。此次火山爆發,遠在澳大利亞都能聽見?;鹕奖l引發的海嘯巨浪高達130英尺(合40米)。根據美國地質勘探局(USGS)的報告,僅爪哇和蘇門答臘島,海浪就沖走165個村莊。海嘯掀起的海浪直到遠在4350英里(合7000千米)的阿拉伯半島才停息下來。

              第四名:1782年,華南海嘯
             
          死亡人數:超過4萬
             
          原因:地震
             
          此次災難的歷史記錄不是很完全,但一本出版于1964年的俄語海嘯目錄認為1782年(即乾隆四十七年)(譯者按:《清史稿·志十五·災異》中沒有記載)的臺灣海嘯死亡人數在4萬以上,淹沒島上土地超過75英里(合120千米)。

              第三名:葡萄牙里斯本大地震引發的海嘯
             
          死亡人數:60000
             
          原因:海底地震
             
          1755年11月,大西洋的大地震震動了葡萄牙的西南部。里斯本市因為此次地震以及并發的火災而破產。與此同時,地震引發的海嘯席卷了葡萄牙、西班牙、摩洛哥的沿海城鎮。據估計,襲擊里斯本的海浪高達18英尺(合6米)。

              第二名:古希臘克里特火山爆發引發的海嘯
             
          死亡人數:10萬或更多
             
          原因:火山爆發
             
           大約在公元前1500年,地中海的錫拉島(也稱為圣托里尼島)海底火山爆發產生極大破壞力。根據美國國家海洋和大氣局(NOAA)海嘯研究中心的研究,此次火山爆發創造了歷史記錄中的第一個海嘯。確切的死亡人數估計永遠也不會知道,但地理證據表明,此次海嘯淹沒了克里特島沿海地帶50英尺(合15米)。

              第一名,2004年印度洋海嘯
             
          死亡人數:約22.6萬
             
          原因:海地地震
             
          2004年12月26日,強達里氏9.1—9.3級大地震襲擊了印尼蘇門答臘島海岸,持續時間長達10分鐘。此次地震引發的海嘯甚至危及到遠在索馬里的海岸居民。僅印尼就死了16.6萬人,斯里蘭卡死了3.5萬人。印度、印尼、斯里蘭卡、緬甸、泰國、馬爾代夫和東非有200多萬人無家可歸。
             
          死亡22.6萬人,在地震死亡人數中只排名第四,但在海嘯死亡人數中卻排名第一。

          2004年印度洋海嘯受災前后
           

          轉自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/94737734




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