搜索
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1.海啸与海啸的特点2.海啸灾害3.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。-h/0A(h) =Ae 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/hghv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）0.30.5-0.71.0-1.52-34-616-2424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