山抬风雨来，海啸风雨多

                                         ——漫话海啸

                             王 振 东

山抬风雨来，海啸风雨多。

这是在（明）杨慎《古今谚—吴谚楚谚蜀谚滇谚》中收录的一句谚语，述及了地震（山抬）和海啸的灾害。

    世界最早记载海啸的文字，是我国《汉书》中关于西汉初元仁年(公元前47年)的一段记述:“一年中，地再动，北海水溢流，杀人民”，叙述了发生在山东莱州湾地震后的海啸，这一记述被国内外学者认为是世界最早记载海啸的文字证据，并被广泛引用。之后过了500多年，才有日本四国以南海底地震引发的海啸文字记录。

在我国的历史资料中，有不少关于海啸的记载。其中较详记述的事例有：康熙《苏州府志》记载，1670年8月19日，“地震有声，海潮溢，滨海民多溺死”；1781年5月22日，台湾岛西南遭受大型潮灾，被认为是遭受了一次破坏性大的海啸；1867年12月18日，台湾基隆近海发生7级地震，同治《淡水厅志》中称“海水暴涨，屋宇倾坏，溺数百人”，是一次记载确切的海啸；1917年1月25日，福建厦门、同安一带“地大震，海潮退而复涨，渔船多遭没”。

 日本东北部近海2011年3月11日发生的9.0级地震，引发了伴生海啸的严重灾难，几乎袭击了日本列岛太平洋沿岸的大部地区，仙台新港等太平洋沿岸出现了10m高的大海啸，死亡1万多人，失踪1万多人，还引发了福岛核电站的核泄漏事故，引起了人们对海啸灾害的关注，本文从力学角度讨论了海啸的形成原因，以及与海啸有关的一些问题。

         日本是世界上海啸最多的地区

     海啸在许多西方语言中称为“tsunami”，它由日语中“tsu”和“nami ”两个词组成的，“tsu”的词意是海港，“nami”的词意是波浪。此词源自日文“津波”，即「港边的波浪」（津，是港口；波，指水流）。国际科学大会于1963年决定采用这一词汇来表示海啸。

    除北冰洋外，地球上的其他三大水域即太平洋、大西洋和印度洋，都多次发生过海啸，也都有重大灾难性海啸的记录。太平洋有着世界上最大的地震带即环太平洋地震带，全球80%的地震发生在这里，而太平洋岛弧——海沟地带发生海啸次数亦最多，占全球有史可考的海啸记录的85%。日本近海发生的海啸又占太平洋海域的一半以上，是世界上海啸最多的地区，近500年来太平洋7次特大海啸中的4次都出现在日本。

     海啸是是一种具有强大破坏力的海浪，海啸的波速高达每小时700～900km，用不了一天时间就能横过大洋；波长达数百千米，可以传播几千公里而能量损失很小；在茫茫大洋里波高不足一米，但当到达海岸浅水地带时，波长减短而波高急剧增高，可达数十米，形成有巨大能量的破坏性“水墙”。

     海啸的水墙每隔数分钟或数十分钟重复一次。呼啸的巨浪，以催枯拉朽之势，越过海岸线，越过田野，迅猛地袭击着岸边的城市和村庄，瞬时使生命财产都消失在巨浪中。港口的设施，被摧毁的建筑物，在狂涛的洗劫下，被席卷一空。事后，海滩上一片狼藉，到处是残木破板和人畜尸体。

日本东北地区海域2011年3月11日下午发生里氏9.0级的大地震，地震震源深度约24km，地震发生后五六分钟，海面至少上升了3.5m。震后仅30分钟，就有3m高的海啸到达了陆地。引发的海啸几乎袭击了日本列岛太平洋沿岸的所有地区，仙台新港等太平洋沿岸各地出现了10m高的大海啸，福岛核电站还发生了核泄漏灾害。

               海啸的形成原因

    可以导致形成海啸的原因有三个：地震、海底火山爆发或海底崩塌、以及宇宙天体的影响。

地震是引发海啸的主要原因，地震的伴生灾害中最具破坏力的就是海啸。通常认为：海啸由震源在海底下50km以内、里氏6.5级以上的海底地震引起。当地震发生时，地壳运动造成海底板块变形、断裂，板块之间出现滑移，使部分地层猛然出现抬升或下沉，由此造成从海底到海面的整个水体发生剧烈“抖动”。这种“抖动”与平常所见到的海浪大不一样。一般海浪只在海面附近起伏，涉及的深度不大，波动的振幅随水深衰减很快。地震引发的海水“抖动”则是从海底到海面整个水体的波动，其所含的能量惊人，引发海水开始大规模的运动，形成海啸。

   海水水体抖动与用石头砸水时在水面出现的一圈圈向四周扩散的水波有类似处，它们都是水面受到扰动后，在重力作用下往四周传送的波动，这类波动在流体力学中称为“重力波”。但小石头砸水的能量很小，引不起大的波浪，更引不起海啸。只有当很大体积的水体突然抬升或者下沉，才能引发海啸。能有这么巨大能量的，除了海底地震之外，还有海底火山爆发、海底大面积崩塌，以及陨石堕落，这些过程释放的能量都非常惊人。不过，并不是所有地震都会引起海啸。如海底地震只是板块水平滑移断裂，并未造成突然的水体抬升或下沉，也不致引起海啸。

海啸不同于风浪波。风浪波的周期( 两个连续波之间的时间间隔)通常只有5至20秒，波长(两个连续波之间的距离)只有100至200米。而海啸的周期范围为10分钟至2小时，波长可超过500km 。由于海啸的波长特别长，它在传播过程中，能量损失很少，所以在很深的海水中，海啸可以高速度、低能耗穿越大洋。比如，在6.1km深的海洋中，海啸将以每小时890km的速度传播,这种速度与喷气式飞机的飞行速度相当，从太平洋的一边到另一边，只需不到一天的时间。

海啸脱离深海的水域传播到海岸边浅水的地方时，随着水深的减小，其传播速度随之削弱，但海啸的能量保持不变。当海啸波进入大陆架浅海，因深度急剧变浅，能量集中，波高会骤然增大，成为极其迅速的升降潮和具有破坏性的连续大浪。当海啸发生时，海浪高出海面的高度，称为到达高度，可达到几十米。大量的海水能伸展到内地350m或更远，将人和大量的物体挟带到大海中。

    海啸来袭之前，为什么有时海水会突然先退到离沙滩很远的地方，一段时间之后海水才重新上涨？ 这是因为海啸冲击波的波谷是波浪中最低的部分，它如果先登陆，海面势必下降。同时，海啸冲击波又不同于一般的海浪，其波长很长，当波谷登陆后，要隔相当一段时间，波峰才能抵达。另外，这种情况如果发生在震中附近，那也可能是地震使海底地面有一个大面积的下降和抬升，地震区附近海域的海水也随之下降和抬升，然后就形成了海啸。 

    海底山崩塌方则是因地震或海底火山爆发所引致，山崩塌方落下的沉积物和岩石也会导致大规模海水的运动，从而引发海啸。里氏6.5级以下的地震也可能会引发海底火山爆发或海底山崩塌方，形成海啸。

因宇宙天体的影响而诱发海啸的情况并不常见，但陨石坠落海洋中会激起波浪，当陨石激起的波的能量足够强大时，也能引发海啸。而且陨石造成的海啸在任何水域都有机会发生，不一定在地震带。一些科学家认为，在6500万年前小行星曾撞击地球造成毁灭恐龙的“K-T灭绝事件”，就曾经导致了全球范围内的大海啸。

相对受灾现场讲，海啸可分为遥海啸和本地海啸。

    遥海啸也称为越洋海啸，是指横越大洋或从很远处传播来的海啸。海啸波属于海洋长波，一旦在源地生成后，在无岛屿群或大片浅滩、浅水陆架阻挡情况下，一般可传播数千公里而能量衰减很少，因此可能造成数千公里之遥的地方也遭受海啸灾害。如2004年12月发生在印尼的大海啸就波及到几千公里外的斯里兰卡，1960年5月智利海啸也曾使数千公里之外的夏威夷、日本都遭受到严重灾害。   

海啸的大多数均属于本地海啸或称为局地海啸。因为本地海啸从地震及海啸发生源地到受灾的滨海地区相距较近，所以海啸波抵达海岸的时间也较短，只有几分钟，多者几十分钟。日本东北部2011年3月11日大地震引起的海啸就是这种情况，海啸预警时间很短，往往造成极为严重的灾害。

              百年来的八次大海啸

   据统计，20世纪以来，全世界共发生8次死亡人数过千的海啸灾害。

   一、1908年12月28日，意大利墨西拿地震引发海啸，震级7．5级。在近海掀浪高达12米的大海啸，死难8．2万人。

   二、1933年3月2日，日本三陆近海地震引发海啸，震级 8．9级，引发海啸浪高29米，死亡3000人。   

   三、1959年10月30日，墨西哥海啸引发山体滑坡，死亡5000人。   

   四、 1960年5月21月到27日，智利沿海地区发生20世纪震级最大的震群型地震，其中最大震级8．4级，引起的海啸最大波高为25米。海啸使智利一座城市中的一半建筑物成为瓦砾，沿岸100多座防波堤坝被冲毁，2000余艘船只被毁，造成1万多人丧生。

   五、1976年8月16日，菲律宾莫罗湾海啸，死亡8000人。

   六、1998年7月17日，非洲巴布亚新几内亚海底地震引发的海啸，造成2200人死亡。这次海啸是因地震引发海底滑坡塌方引起的。

   七、 2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊岛附近海域发生地震引发大海啸。苏门答腊地震造成的当地直接损失并不大，但其引发的海啸却造成印度洋沿岸十多个国家20多万人死亡或失踪，这可能是全世界近200多年来死伤最惨重的海啸灾难。

   八、2011年3月11日日本东北部9.0级地震引发海啸，死亡1万多人，失踪1万多人，并引发日本福岛核电站的核泄漏灾害。

                  海啸减灾的一些考虑

人类虽然仍无法准确预报地震的发生，因而也无法预测海啸的发生，但是在地震发生之后，已有能力向大洋沿岸地区发出海啸的预警，从而起到减轻灾害的作用。首先要建立海啸的全球预警系统。地震波在地球内部的传播速度大约是每秒6～7km，而海啸的传播速度仅是每小时700～900km。可以利用地震波传播速度与海啸传播速度的差别形成的时间差分析地震波资料，快速准确地测定出地震参数，并与预先布设在有可能产生海啸的海域中的传感计（有布设在海面上的传感计，也有安置在海底的传感计）的记录相配合，就有可能判断该地震是否激发了海啸、海啸的规模有多大。然后，根据实测水深图、海底地形图及可能遭受海啸袭击的海岸地区的地形地貌特征等相关资料，模拟计算海啸到达海岸的时间及强度，再用卫星、遥感、雷达等技术监测海啸在海域中传播的进程、采用现代信息技术将海啸预警信息，及时传送给可能遭受海啸袭击的沿海地区的居民，让可能受到影响的国家和地区做好迎接海啸到来的准备。

其次，要在可能遭受海啸袭击的沿海地区，开展有关预防和减轻海啸灾害的科技知识的普及宣传教育，并进行应对海啸灾害的训练和演习。这样，就可在海啸到来时，拯救人的生命和避免财产损失。

   第三，沿海区域的植被，如红树林等能大为缓解海啸的危害。因此，保护沿海区域的生态环境，除了生态方面的好处，对海啸减灾也是大有帮助的。有的国家和地区还采用建高墙的方式来抵御海啸，不过因为成本的问题，墙难以能修的太高，只能阻挡些小的海啸。

（己刊登于《力学与实践》2011牟33卷2期）