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。

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]

海啸不同于风浪(波涛)、长浪(涌浪)、異常巨浪风暴潮。风浪是风吹在当地水体上引起的波浪;长浪是远处的风,或已经过去的风所引起的波浪;異常巨浪是长浪的一種,然而它的成因目前還沒有確實定論;风暴潮是由熱帶氣旋、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常上升现象。

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。[來源請求]

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。史籍上若提到大地震,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。

由於熱帶氣旋吹襲沿岸地區時,風暴中心氣壓低把海水吸起,亦會引發海水暴漲、巨浪隨強風湧上陸地,造成嚴重傷亡及廣泛破壞,因此亦有不少人以海嘯作形容,甚或與海嘯混淆。但事實上由熱帶氣旋引發的海水上漲稱為風暴潮

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

位于泰国普吉岛的一个海啸逃生标识