波浪和海啸比较研究论文

1.海啸的概念

海啸是一系列的波或波列，它有着长周期和长波长，是由地震、滑坡、火山爆发或者外来物质（陨石）撞击引起的水体剧烈的垂向位移所形成（王立成等，2010）。海啸所激发的巨浪波长可达几百千米，这些巨浪引起海水激荡上涌，在滨海地区海面聚涨，形成“水墙”，并伴有隆隆巨响，咆哮声如虎啸，故称海啸（图6-1）。日本称海啸为津浪（Tsunami）。

图6-1 日本东太平洋地震引发海啸（2011年3月11日）

我国古代文献《闽杂记》记载：“近海常闻海啸，其声或大或小，乍远乍近，若断若续，逾二、三时即止。大则汹涌澎湃，虽十万大军未足拟也；久或逾半月，日夜罔间，暂也四五日方止。”该文献记录的海啸部分是属于风暴（台风）引发的，而现代海洋学和沉积学一般不把风暴浪列入海啸。和海啸不一样，风暴是一种气象现象，是在热带和亚热带海洋上发展起来的热带气旋的一种。当热带气旋的表面风速达到17m/s，就被称为热带风暴；风速超过33m/s，就被称为飓风（大西洋）或台风（太平洋）。温带气旋是中-高纬度的冬季风暴，以西向东移动。因此，海啸和风暴作用是两种成因上完全不相关的波浪作用。

2.海啸的波高、波长和周期及其破坏力

海啸的波长（海啸波长L＝υ·T，υ为海啸传播速度，T周期）通常介于潮波和涌浪之间，一般达几十到几百千米；传播周期一般为2～200min，最常见的是～33min（这就是所谓的“海啸窗”），大型海啸浪的周期通常大约20～60min；海啸的传播速度υ＝（g为重力加速度，h为海底深度）。当海底深度为4km时，其传播速度可达713km/h。1975年11月29日夏威夷海啸的传播速度达800km/h。海啸浪的波高有很多种定义，如在源区的波高（海啸高度H0）和正弦波形相关的波高以及爬升波高Hr（到达岸上陆地后离海平面的高度）等（图6-2A）。爬升波高可以比在开放海中向海岸前进的海啸波高大30倍。海啸浪离开开放海中的源区，向海岸前进时其波速减小，波高增加。

图6-2 海啸波的波高特征

A—各种海啸波高（据Bryant，2001）；B—星体撞击和地震引发的海啸波高（据Dawson，2007）

海啸高度和产生海啸的机制有关。如图6-2B所示，由星体撞击产生的海啸高度要明显高于地震成因的海啸；在开放海中，当地震以级增大到级时，海啸高度以几厘米增加到10～15m。海啸爬升高度最大可达几百米，有报道的最大爬升高度为524m。1969年到达密西西比湾的5级飓风Camille的最大波高为22m，太平洋超级台风Tip的最大波高为15m。

由于海啸的周期主要在15～20min之间，呈现出低而长的波形，以前波最长，次第减弱为短波在后。因此在大海中的振幅显得很小（一般约仅有数英尺高）。当海啸波在大海进行中通过船舶时，船舶上的人员很难感觉它的存在，所以大洋里的船只当无任何危险。其实在大洋表面，船上最敏感的测波仪也不易观察到它。据记载，1946年4月1日，美国Baltimore号巡洋舰舰长马斯丁在该舰雷达屏幕上曾见到自北（震中在阿留申群岛）滚滚而来的海啸波，这就是该日在阿留申群岛近海所发生的大海啸，夏威夷曾受到严重的摧残。这也许是唯一在雷达上所见的记录。

现代海啸的毁坏主要影响于沿海地区和岛屿（表6-1），如夏威夷地区自1895年以来有记录的海啸约30次。1960年5月21日，智利沿海发生级强烈地震，地震引起的海啸最高达25m，穿过太平洋在夏威夷的希洛湾推起超过10m高的水墙，将海岸各种建筑物荡涤一空，把护岸约10t重的玄武岩岩块抛至100m以外的地方。横跨怀卢库河的钢质铁路桥也被海啸推离桥墩200m。之后，海啸又传至日本东海岸，浪高仍有6～8m，最高，将沿海停泊的船舶推抛到海岸上，造成了巨大的经济损失。已经测到的最大的海啸于1964年3月28日发生在美国阿拉斯加州瓦尔德兹港湾的海啸，波幅，激浪高达50多米。

表6-1 发生在国外的部分破坏性海啸记录

我国东部地处沿海，也有大量的海啸记录（表6-2）。中国的近海，渤海平均深度约为20m，黄海平均深度约为40m，东海平均深度约为340m，它们的深度都不大，只有南海平均深度为1200m。并且由于太平洋西部岛弧的屏蔽作用，加上我国大陆有广阔的浅海大陆架消耗海啸的能量，我国大陆受海啸的危害不大，海啸危害主要影响台湾等外海岛屿。虽然中国的海岸受海啸的影响不大，但中国东部的海岸地区地势较低，许多地区，特别是许多经济发达的沿海大城市只高出海平面几米，受海浪的浪高影响极大。以成灾的角度来看，小海啸成大灾难的情况完全是有可能的。因此说，海啸可怕之处主要在于巨浪冲刷海岸，给沿海人民造成生命财产损失。现代的人们可以通过验潮仪观测海啸和进行海啸预报。

表6-2 发生在中国的部分破坏性海啸记录

海浪(ocean wave)通常指海洋中由风产生的波浪。主要包括风浪、涌浪和海洋近海波。在不同的风速、风向和地形条件下，海浪的尺寸变化很大，通常周期为零点几秒到数十秒，波长为几十厘米至几百米，波高为几厘米至20余米，在罕见地形下，波高可达30米以上。海啸和海浪有什么区别?请看如下分解：海浪是在风的作用下而产生的波浪，当它接近海岸时，波峰向岸边倾倒，从而形成浪花。海浪的大小与风速、风时(风吹刮时间)、风区(风吹刮海面的距离)成正比，即风速越大、风区越大、风时越长，海浪越大。海浪一般只在海表面起伏，涉及的深度不大，波高随水深衰减的很快。海啸的水体波动或“抖动”与日常见到的海浪不同，这种海水的“抖动”是从海底到海面整层水体的波动或起伏，其所含的能量惊人。海啸在大洋中传播时波高很低，波长可达几十至几百公里不等，所以海啸通常不会在深海大洋上造成灾害，甚至连航行的船只也难于察觉。有的海啸传播速度可达每小时 1000 公里 ，比大型喷气式客机的航速还快。然而，当海啸波进入大陆架后，因深度急剧变浅，能量集中，波高骤然增大，有时可达 10 ~ 20 米 以上，以排山倒海之势冲向岸边，特别是传播到喇叭型海湾的湾顶处时则更为突出。若海啸波在湾口和湾内反复碰撞时，使波高增大造成更大的危害。

海啸同风产生的浪或潮是有很大差异的。微风吹过海洋，泛起相对较短的波浪，相应产生的水流仅限于浅层水体。猛烈的大风能够存辽阔的海洋卷起高度3米以上的海浪，但也不能撼动深处的水。而潮汐每天席卷全球两次，它产生的海流跟海啸一样能深入海洋底部，但是海啸并非由月亮或太阳的引力引起，它由海下地震推动所产生，或由火山爆发、陨星撞击、或水下滑坡所产生。海啸波浪在深海的速度能够超过每小时700千米，可轻松地与波音747飞机保持同步。虽然速度快，但在深水中海啸并不危险，低于几米的一次单个波浪在开阔的海洋中其长度可超过750千米这种作用产生的海表倾斜如此之细微，以致这种波浪通常在深水中不经意间就过去了。海啸是静悄悄地不知不觉地通过海洋，然而如果出乎意料地在浅水中它会达到灾难性的高度。

啸是一种具有强大破坏力的海浪。水下地震、火山爆发或水下塌陷和滑坡等大地活动都可能引起海啸。

地震发生时，海底地层发生断裂，部分地层出现猛然上升或者下沉，由此造成从海底到海面的整个水层发生剧烈“抖动”。这种“抖动”与平常所见到的海浪大不一样。海浪一般只在海面附近起伏，涉及的深度不大，波动的振幅随水深衰减很快。地震引起的海水“抖动”则是从海底到海面整个水体的波动，其中所含的能量惊人。

海啸时掀起的狂涛骇浪，高度可达10多米至几十米不等，形成“水墙”。另外，海啸波长很大，可以传播几千公里而能量损失很小。由于以上原因，如果海啸到达岸边，“水墙”就会冲上陆地，对人类生命和财产造成严重威胁。