第三章 海啸灾害(2011-9-28)

1、信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 海啸灾害海啸灾害 20042004年年1212月月2626日，印度尼西亚附近海域发生了日，印度尼西亚附近海域发生了 大地震，地震引起的海啸波及近十个国家，海大地震，地震引起的海啸波及近十个国家，海 啸中遇难人数超过啸中遇难人数超过2525万，这是万，这是2121世纪以来，人世纪以来，人 类遭受的最大的自然灾害事件。类遭受的最大的自然灾害事件。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 本章主要探讨如下问题：本章主要探讨如下问题： 什么是海啸？他是如何形成的？什么是海啸？他是如何形成的？ 为什么海啸具有这么大的

2、破坏力？为什么海啸具有这么大的破坏力？ 世界上一些有名的海啸灾害。世界上一些有名的海啸灾害。 海啸有哪些特点？如何减轻海啸灾害？海啸有哪些特点？如何减轻海啸灾害？ 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 一、海啸的物理一、海啸的物理 （一）什么是海啸（一）什么是海啸 海啸是由海底地震、火山喷发、泥石流、滑坡等海底地形突然变海啸是由海底地震、火山喷发、泥石流、滑坡等海底地形突然变 化所引发的具有超长波长和周期的大洋行波。当其接近近岸浅水区化所引发的具有超长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，有时可达时，波速变小，振幅陡涨，有时可达20-30m

3、20-30m以上，骤然形成以上，骤然形成“水水 墙墙”，瞬时侵入沿海陆地，造成危害。海啸的英文词，瞬时侵入沿海陆地，造成危害。海啸的英文词“tsunami”tsunami”来来 自日文（自日文（tsutsu的汉字是津，表示港湾；的汉字是津，表示港湾；naminami的汉字是波，表示波浪），的汉字是波，表示波浪）， 是港湾中的波的意思。是港湾中的波的意思。 大部分海啸都产生于深海地震。大部分海啸都产生于深海地震。 海啸与一般的波浪不一样。海啸与一般的波浪不一样。 要认识海啸的形成和海啸的特点，需要从海水的波动谈起。要认识海啸的形成和海啸的特点，需要从海水的波动谈起。 信阳师范学院城市与环境科学学

4、信阳师范学院城市与环境科学学 院院 （二）海水中的波动（二）海水中的波动 海水表面的震荡与起伏，叫做海浪。实际上，所有的水体表面都有震荡海水表面的震荡与起伏，叫做海浪。实际上，所有的水体表面都有震荡 和起伏，及波浪。和起伏，及波浪。 波浪中最高的地方为波峰，最低的地方为波谷。相邻的波峰（或波谷）波浪中最高的地方为波峰，最低的地方为波谷。相邻的波峰（或波谷） 之间的距离叫做波长之间的距离叫做波长( () ) ，波峰与波谷的距离叫做波高。，波峰与波谷的距离叫做波高。 站在岸上看海浪一个接一个的涌向岸边，如果一个固定的海浪的一个起站在岸上看海浪一个接一个的涌向岸边，如果一个固定的海浪的一个起 伏的时

5、间为伏的时间为T T，则海浪的传播速度，则海浪的传播速度V V可以由时间和波长求出：可以由时间和波长求出：V= V= / T T 夏天在海边看海，就可以计算出海浪的传播速度。夏天在海边看海，就可以计算出海浪的传播速度。 海浪不断向前传播，但海水的质点却并不向前传播。（海浪不断向前传播，但海水的质点却并不向前传播。（你能证明吗？）你能证明吗？） 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 多数海水中的波都是表面波（声波除外）：海水质点运动在海面最多数海水中的波都是表面波（声波除外）：海水质点运动在海面最 大，海面向下运动越来越小。所以，尽管海面上惊涛骇浪，海底却是平大，海面向

6、下运动越来越小。所以，尽管海面上惊涛骇浪，海底却是平 静的。静的。 在确定波的传播特性方面，波长是一个重要参数。如果用在确定波的传播特性方面，波长是一个重要参数。如果用H H代表海代表海 水的深度，水的深度，代表波长，当代表波长，当H H时，这种波长非常长的海水重力波时，这种波长非常长的海水重力波 在流体力学中有一个专有名词：浅水波。海啸就是海洋中的浅水波。在流体力学中有一个专有名词：浅水波。海啸就是海洋中的浅水波。 浅水波之所以被重视，因为他有两个显著的特点：一是传播过程中浅水波之所以被重视，因为他有两个显著的特点：一是传播过程中 形状不会改变；二是传播速度只与海水深度有关，海水越深，传播的

7、越形状不会改变；二是传播速度只与海水深度有关，海水越深，传播的越 快。快。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 （三）海啸的产生条件（三）海啸的产生条件 海啸的产生条件需要满足三个条件：海啸的产生条件需要满足三个条件： 深海：如果地震释放的能量要变为巨大水体的波动能量，那么地震必须深海：如果地震释放的能量要变为巨大水体的波动能量，那么地震必须 发生在深海，因为只有在深海海底上面才有巨大的水体。发生在浅海的地震发生在深海，因为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。产生不了海啸。 大地震：值得指出的是，海洋中经常发生大地震，但并不是所有的深海

8、大地震：值得指出的是，海洋中经常发生大地震，但并不是所有的深海 大地震都可以产生海啸，只有那些海底发生激烈的上下方向位移的地震才产大地震都可以产生海啸，只有那些海底发生激烈的上下方向位移的地震才产 生海啸。生海啸。 开阔并逐渐变浅的海岸条件：海啸要在陆地海岸带造成灾害，该海岸必开阔并逐渐变浅的海岸条件：海啸要在陆地海岸带造成灾害，该海岸必 须开阔，具备逐渐变浅的条件。须开阔，具备逐渐变浅的条件。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 海啸的产生是一个比较复杂的问题，具备了上述三个条件，只是具备了海啸的产生是一个比较复杂的问题，具备了上述三个条件，只是具备了 产生海啸的

9、可能性。事实上，只有一部分地震（约占海底地震总数的产生海啸的可能性。事实上，只有一部分地震（约占海底地震总数的1/5-1/5- 1/41/4）能产生海啸，其原因还不十分清楚。多数人认为，只有那些伴随有海）能产生海啸，其原因还不十分清楚。多数人认为，只有那些伴随有海 底强烈垂直运动的地震才能产生海啸。地震通常发生在海底以下底强烈垂直运动的地震才能产生海啸。地震通常发生在海底以下10-30km10-30km的的 深处，地震时，有些断层的运动可能没有错断海底，这种地震往往不会产生深处，地震时，有些断层的运动可能没有错断海底，这种地震往往不会产生 海啸。海啸。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院

10、城市与环境科学学 院院 （三）海啸的类型（三）海啸的类型 近海海啸：也成本地海啸。海底地震发生在离海岸几十千米或者一二百近海海啸：也成本地海啸。海底地震发生在离海岸几十千米或者一二百 千米以内，海啸波达到沿岸的时间很短，只有几分钟或几十分钟，很难防御，千米以内，海啸波达到沿岸的时间很短，只有几分钟或几十分钟，很难防御， 灾害极大。如灾害极大。如17551755年地震海啸是本地海啸。年地震海啸是本地海啸。 远洋海啸：是从远洋甚至横越大洋传播过来的海啸波。远洋海啸是一种远洋海啸：是从远洋甚至横越大洋传播过来的海啸波。远洋海啸是一种 长波，波长可达几百千米，周期为几个小时，这种长波在传播过程中能量衰

11、长波，波长可达几百千米，周期为几个小时，这种长波在传播过程中能量衰 减很少，因而能传播到几千千米以外并仍能造成很大的灾害。但由于海啸波减很少，因而能传播到几千千米以外并仍能造成很大的灾害。但由于海啸波 到达沿岸的时间很长，有几小时或十几小时，早期海啸预警系统能有效减轻到达沿岸的时间很长，有几小时或十几小时，早期海啸预警系统能有效减轻 远洋海啸灾害。如远洋海啸灾害。如19601960年智利地震在夏威夷造成的海啸则属于远洋海啸。年智利地震在夏威夷造成的海啸则属于远洋海啸。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 值得指出的是，近海海啸和远洋海啸的分类是相对的。如值得指出的是

12、，近海海啸和远洋海啸的分类是相对的。如20042004年年1212月月2626 日，印度尼西亚苏门答腊岛附近发生日，印度尼西亚苏门答腊岛附近发生9 9级强烈地震，引发了巨大的海啸，地级强烈地震，引发了巨大的海啸，地 震的震中就是海啸波的发源地。海啸波从发源地到印度尼西亚的亚齐（受灾震的震中就是海啸波的发源地。海啸波从发源地到印度尼西亚的亚齐（受灾 最严重的地区）只需要几十分钟，对于印度尼西亚来说，这是本地海啸；但最严重的地区）只需要几十分钟，对于印度尼西亚来说，这是本地海啸；但 是对于其他地区和国家，如印度、泰国、斯里兰卡、马来西亚、缅甸、马尔是对于其他地区和国家，如印度、泰国、斯里兰卡、马来

13、西亚、缅甸、马尔 代夫等国来说，海啸波传播需要好几个小时，这是远洋海啸。代夫等国来说，海啸波传播需要好几个小时，这是远洋海啸。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 二、海啸的特点二、海啸的特点 （一）海啸的波长非常长（一）海啸的波长非常长 海啸是水中一种特殊的波，它最大的特点就是超长波长。海啸是水中一种特殊的波，它最大的特点就是超长波长。20042004年年 1212月月2626日印度尼西亚苏门答腊岛发生日印度尼西亚苏门答腊岛发生9 9级地震后级地震后2 2小时，美国宇航局小时，美国宇航局 （NASANASA）jason1jason1号测高卫星（号测高卫星（1971

14、1971年发射升空），恰好从这一海域年发射升空），恰好从这一海域 上空经过，这一卫星在天上飞了上空经过，这一卫星在天上飞了3030多年，就没有待到几个海啸，这多年，就没有待到几个海啸，这 次碰巧了，于是这颗运气不错的卫星，刚好测量到了海啸波传播时次碰巧了，于是这颗运气不错的卫星，刚好测量到了海啸波传播时 的海面变化。从卫星的测量数据看出：海啸的波长为的海面变化。从卫星的测量数据看出：海啸的波长为500km,500km,海啸造海啸造 成的海面高程最大变化约为成的海面高程最大变化约为0.6m0.6m。500km500km的波长，高度差却不足的波长，高度差却不足2 2米，米， 海啸就像一面大镜子，往

15、外传播过程中是风平浪静的。海啸就像一面大镜子，往外传播过程中是风平浪静的。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 （二）海啸的能量巨大（二）海啸的能量巨大 地震使海底发生激烈的上下方向的位移，某些部位出现猛然的上地震使海底发生激烈的上下方向的位移，某些部位出现猛然的上 升或者下沉，使其上方的巨大水体产生波动，原声的海啸于是就产升或者下沉，使其上方的巨大水体产生波动，原声的海啸于是就产 生了。我们可以用该水体势能的变化来估计海啸的能量。生了。我们可以用该水体势能的变化来估计海啸的能量。 作为对印度尼西亚苏门答腊岛近海地震海啸能量的保守估计，假作为对印度尼西亚苏门答腊岛近

16、海地震海啸能量的保守估计，假 使该次地震使震中区使该次地震使震中区100km100km长、长、10km10km宽、宽、2km2km厚的水体抬高了厚的水体抬高了5m5m，其，其 势能的变化为：势能的变化为：E=mghE=mgh 计算结果：计算结果：印度尼西亚苏门答腊岛近海地震海啸能量的保守估计印度尼西亚苏门答腊岛近海地震海啸能量的保守估计 相当于相当于3 3座座100100万千瓦的发电厂一年发电的能量万千瓦的发电厂一年发电的能量 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 （三）海啸的传播速度快（三）海啸的传播速度快 海啸的传播速度同海水深度密切相关，可以用公式计算海啸的传播

17、速度同海水深度密切相关，可以用公式计算 太平洋海水平均深度为太平洋海水平均深度为5500m,5500m,取取H=5000mH=5000m代入公式，得到海啸波代入公式，得到海啸波 速度为速度为232m/s232m/s，即约每小时，即约每小时835km835km，这是跨洋喷气式飞机的速度。，这是跨洋喷气式飞机的速度。 如果考虑近海岸的情况，取如果考虑近海岸的情况，取H=100mH=100m代入公式，则海啸波的速度为代入公式，则海啸波的速度为 31.3m/s31.3m/s，即每小时，即每小时112.7km112.7km，这是高速公路汽车的速度，这是高速公路汽车的速度 比较：风吹水面造成的水面波，波长

18、比较：风吹水面造成的水面波，波长30m30m，传播速度，传播速度15-30km/h15-30km/h； 深海中的海啸波，波长几百千米，传播速度深海中的海啸波，波长几百千米，传播速度700-900km/h700-900km/h。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 海啸与海浪和风暴潮的不同海啸与海浪和风暴潮的不同 1.1.成因不同。风暴潮由海面大气运动引起，而海啸由海底升降运动造成，前者主要成因不同。风暴潮由海面大气运动引起，而海啸由海底升降运动造成，前者主要 是海水表面的运动，后者主要是海水的整体运动。是海水表面的运动，后者主要是海水的整体运动。 2.2.波长不同。

19、海啸的波长长达几百千米，而风暴潮的波长不到波长不同。海啸的波长长达几百千米，而风暴潮的波长不到1km1km。和海水平均深。和海水平均深 度（几千米）相比，海啸波长要大得多，水深达数千米的海洋，对于波长几百米度（几千米）相比，海啸波长要大得多，水深达数千米的海洋，对于波长几百米 的海啸，犹如一池浅水，所以海啸波是一种的海啸，犹如一池浅水，所以海啸波是一种“浅水波浅水波”。而风暴潮的波长比海水。而风暴潮的波长比海水 的深度要小得多，所以是一种的深度要小得多，所以是一种“深水波深水波”。 3.3.传播速度不同。海啸传播速度快，每小时可达传播速度不同。海啸传播速度快，每小时可达700-900km700

20、-900km，是越洋波音，是越洋波音747747飞机的飞机的 速度，而水面波传播速度较慢，风暴潮要快一点，最快的台风也只有速度，而水面波传播速度较慢，风暴潮要快一点，最快的台风也只有200km/h200km/h左左 右，比海啸要慢得多。右，比海啸要慢得多。 4.4.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，而海啸只能有海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，而海啸只能有海 底少数大地震才可以激发。有风和风暴，必有风暴潮，而有大地震，则为必有海底少数大地震才可以激发。有风和风暴，必有风暴潮，而有大地震，则为必有海 啸的发生。啸的发生。 信阳师范学院城市与环境科学学

21、信阳师范学院城市与环境科学学 院院 三、海啸灾害三、海啸灾害（一）历史上的海啸灾害（一）历史上的海啸灾害 日期发源地浪高/m产生原因备注 1755-11-1大西洋东部5-10地震摧毁里斯本，死亡6万人 1868-8-13秘鲁-智利大于10地震破坏夏威夷、新西兰 1883-8-27印度尼西亚40海底火山喷发死亡3万人 1896-6-15日本本州24地震死亡2.6万人 1933-3-2日本本州大于20地震死亡3千人 1946-4-1阿留申群岛大于10地震159人死亡 1960-5-13智利大于10地震智利、日本、夏威夷均受破坏 1964-3-28美国阿拉斯加6地震119人死亡 1992-9-2尼加

22、拉瓜10地震170人死亡 1992-12-2印度尼西亚26地震137人死亡 1993-7-12日本11地震200人死亡 1998-7-17巴布亚新几内亚12海底大滑坡3000人死亡 2004-12-26印度尼西亚大于10地震约30万人死亡 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 三、海啸灾害三、海啸灾害 （二）（二）17551755年里斯本地震和海啸年里斯本地震和海啸 （三）（三）19601960年智利大地震及其引发的夏威夷海啸年智利大地震及其引发的夏威夷海啸 （四）（四）20042004年印度尼西亚地震及海啸年印度尼西亚地震及海啸 （五）日本的海啸（五）日本的海啸 信

23、阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 三、海啸灾害三、海啸灾害 （六）中国的海啸（六）中国的海啸 中国处于太平洋的西部，有很长的海岸线，请思考：中国处于太平洋的西部，有很长的海岸线，请思考： 1.1.中国近海产生海啸的可能性？中国近海产生海啸的可能性？ 2.2.中国受海啸的影响大不大？中国受海啸的影响大不大？ 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 1. 1.中国近海产生海啸的可能性？中国近海产生海啸的可能性？ 中国的近海，渤海平均深度约为中国的近海，渤海平均深度约为20m20m，黄海平均深度约为，黄海平均深度约为40m40m，东海约，东海约 为

24、为340m340m，它们的深度都不大，只有南海平均深度为，它们的深度都不大，只有南海平均深度为1200m1200m。因此，中。因此，中 国大部分海域地震产生本地海啸的可能性比较小，只有在东海和南国大部分海域地震产生本地海啸的可能性比较小，只有在东海和南 海的个别地方发生特大地震才有可能才生海啸。海的个别地方发生特大地震才有可能才生海啸。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 2. 2.中国受海啸的影响大不大？中国受海啸的影响大不大？ 再来看太平洋地震产生的远洋海啸对中国海岸的影响。亚洲东部有一再来看太平洋地震产生的远洋海啸对中国海岸的影响。亚洲东部有一 系列的岛弧，从

25、北往南有勘察加半岛、千岛群岛、日本群岛、琉球系列的岛弧，从北往南有勘察加半岛、千岛群岛、日本群岛、琉球 群岛、菲律宾群岛等，这一系列的天然岛弧屏蔽了中国的大部分海群岛、菲律宾群岛等，这一系列的天然岛弧屏蔽了中国的大部分海 岸线。另一方面，中国的海域大部分是浅水大陆架地带，向外延伸岸线。另一方面，中国的海域大部分是浅水大陆架地带，向外延伸 远，海底地形平缓而开阔，不像印度尼西亚地震海啸影响的许多地远，海底地形平缓而开阔，不像印度尼西亚地震海啸影响的许多地 区那样，海底逐渐由深变浅，中间没有一个平缓的缓冲带。因此中区那样，海底逐渐由深变浅，中间没有一个平缓的缓冲带。因此中 国受太平洋方向来的海啸袭

26、击的可能性不大。如国受太平洋方向来的海啸袭击的可能性不大。如19601960年，智利年，智利8 8级大级大 地震产生的海啸，对菲律宾、日本造成了巨大的灾害，但传到中国地震产生的海啸，对菲律宾、日本造成了巨大的灾害，但传到中国 的东海，在上海附近的吴淞验潮站，浪高只有的东海，在上海附近的吴淞验潮站，浪高只有15-20cm15-20cm。20042004年印度年印度 尼西亚地震海啸，海南岛的三亚验潮站记录的海啸浪高也仅仅有尼西亚地震海啸，海南岛的三亚验潮站记录的海啸浪高也仅仅有8cm8cm。 信阳师范学院城市与环境科学学信阳师范学院城市与环境科学学 院院 四、减轻海啸灾害四、减轻海啸灾害 （一）海啸灾害的预测（一）海啸灾害