全球海嘯災(zāi)害事件統(tǒng)計及預(yù)警系統(tǒng)簡述

侯京明，李濤，范婷婷，閃迪

（國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，北京 100081）

1 引言

海嘯，有時也稱地震海浪，是由海水瞬時大規(guī)模位移引發(fā)的一系列海洋波動。海底地震、火山以及隕石降落等均有可能產(chǎn)生海嘯[1]。世界上很多國家的古籍中均能發(fā)現(xiàn)海嘯的記載，其中，日本和地中海沿岸國家的記載最多，有記錄的最早海嘯發(fā)生在公元前2000年的敘利亞。在我國歷史上，海嘯災(zāi)害常被誤當(dāng)成海潮。比如，咸豐年間編纂的《臨?？h志稿》卷三十八記載，臨?！昂３狈簽E，城鄉(xiāng)溝池積潦，同時俱沸，歷二時止，沿海廬舍多被淹沒[2]”。這其實是一次海嘯事件—1854年日本南海（33.2°N，135.6°E）發(fā)生8.4級地震并引發(fā)了海嘯，海嘯對我國造成了一定影響?，F(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)認(rèn)識到海嘯和海潮是兩個不同的概念，海潮是由于受到太陽、月球等星體引力而產(chǎn)生的，周期一般為12 h。而海嘯的周期約在10 min—2 h之間，速度也比海潮要快。

在大洋中，海嘯波波高較小，不容易被察覺到。到達(dá)近岸時，由于水深變淺，波速減小，造成能量聚集，波高會迅速增大，極易造成災(zāi)害。通常，3—6 m的海嘯波到達(dá)岸邊就很具破壞力，目前已知的海嘯波最高能達(dá)到40 m以上。據(jù)統(tǒng)計，截止到2012年，海嘯災(zāi)害已造成全球50多萬人死亡。2000年以來，全球范圍內(nèi)共發(fā)生大小海嘯25次。海嘯災(zāi)害的頻發(fā)，引起了世界各國的高度重視，各國紛紛加強了針對海嘯災(zāi)害的研究工作。

2 海嘯災(zāi)害事件統(tǒng)計分析

本文統(tǒng)計所用歷史數(shù)據(jù)主要來自于美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心的全球海嘯源數(shù)據(jù)庫[3]，數(shù)據(jù)的時間跨度為公元前2000年—2012年，同時也參考了俄羅斯科學(xué)院新西伯利亞海嘯實驗室的太平洋地區(qū)海嘯源數(shù)據(jù)庫[4]。數(shù)據(jù)庫中的海嘯事件來源于學(xué)術(shù)研究結(jié)論、相關(guān)文獻、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、個別事件報告等多個方面。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括海嘯災(zāi)害的年份、經(jīng)緯度信息、海嘯產(chǎn)生類型、可信度等級和海嘯發(fā)生地點等信息。

本文從數(shù)據(jù)中篩選了可信度等級較高的海嘯災(zāi)害，去掉了帶有不確定性的數(shù)據(jù)，整理出公元前2000年—2012年間的2192個海嘯災(zāi)害事件，并對數(shù)據(jù)進行了分析。

按照海嘯發(fā)生的年代來統(tǒng)計海嘯災(zāi)害，可以發(fā)現(xiàn)近現(xiàn)代的海嘯次數(shù)明顯高于以前。這是由于20世紀(jì)之前，受到科學(xué)知識和測量儀器的限制，只有部分或者重大海嘯災(zāi)害被記錄下來，而近現(xiàn)代日益更新的科技手段使人們能夠監(jiān)測到越來越多的海嘯事件。因此不能得出海嘯災(zāi)害明顯增多的結(jié)論。

從統(tǒng)計海嘯數(shù)據(jù)的地理位置看，全球存在著幾大海嘯密集區(qū)域，見圖1，主要包括太平洋沿岸、地中海沿岸、印度洋沿岸和大西洋沿岸等區(qū)域。

圖2顯示的是各海嘯密集區(qū)所占的比例，全球約有63%的海嘯發(fā)生在太平洋海域，21%發(fā)生在地中海海域，5%發(fā)生在大西洋海域，4%發(fā)生在加勒比海域，6%發(fā)生在印度洋海域，1%發(fā)生在黑海。

我國共發(fā)生海嘯災(zāi)害48次，渤海、黃海、東海和南海均出現(xiàn)過海嘯災(zāi)害。其中，臺灣省周邊發(fā)生21次海嘯災(zāi)害，占總數(shù)的43.75%，是我國最易發(fā)生海嘯的省份。

按照海嘯的產(chǎn)生原因分類，海嘯主要可以分為地震海嘯、滑坡海嘯和火山海嘯三種，當(dāng)然，其他幾種現(xiàn)象也能產(chǎn)生海嘯，比如極端氣象現(xiàn)象、隕石降落、海底爆炸和冰川崩解等，但均非常少見。本文主要對前三種海嘯類型進行了統(tǒng)計分析。

2.1 地震海嘯

2.1.1 成因及分布

地震海嘯是由海底地震引發(fā)的海嘯，是發(fā)生次數(shù)最多，造成破壞最大的海嘯類型。海底地震發(fā)生時，地殼的大規(guī)模升降運動造成水體位移，然后在重力作用下海水被拉回，從而產(chǎn)生海嘯。地震海嘯占海嘯事件總數(shù)的82.4%。地震海嘯一般發(fā)生在俯沖帶地區(qū)，80%的地震海嘯發(fā)生在環(huán)太平洋俯沖帶。圖3是全球地震海嘯的分布圖，地震海嘯密集區(qū)域和圖1幾乎一致。這些區(qū)域大多存在著俯沖帶或類似地質(zhì)構(gòu)造。

為了摸清全球地震海嘯分布與地震分布之間的關(guān)系，本文統(tǒng)計了美國國家地震信息中心1960年以后近40年的地震數(shù)據(jù)，見圖4，圖中紅線為板塊邊界線。20世紀(jì)60年代以后，隨著計算機技術(shù)以及測量儀器的發(fā)展，更多的地震事件被記錄下來，因此該數(shù)據(jù)基本能顯示全球各個地震密集地區(qū)。從圖3和圖4的對比中可以看出，不是所有的海底地震都能引發(fā)海嘯，全球地震主要發(fā)生區(qū)域的范圍更廣，而且基本都位于板塊的邊界處。地震海嘯主要出現(xiàn)在地震最密集的區(qū)域，這些區(qū)域同時也是地質(zhì)運動最活躍的區(qū)域。

現(xiàn)有知識還不能清楚的解釋地震海嘯的產(chǎn)生方式，也沒有直接的觀測和測量手段來展現(xiàn)海嘯的產(chǎn)生。但是，科學(xué)的海嘯研究表明海嘯的大小與幾個因素有關(guān)：斷裂帶形狀、海底位移量和震源處水深等。陳顒和陳棋福認(rèn)為，地震海嘯的產(chǎn)生一般受三個條件控制[5]：

震源斷層條件：構(gòu)造地震是最主要的產(chǎn)生海嘯的地震類型，地震引起海底垂直方向上的劇烈變形，才能產(chǎn)生海嘯；

震源水深條件：在深水區(qū)發(fā)生的地震更容易產(chǎn)生海嘯；

震級、震源深度條件：震級大于6.5，震源較淺的地震易于產(chǎn)生海嘯。

2.1.2 歷史大事件

歷史上曾經(jīng)發(fā)生過多次危害嚴(yán)重的地震海嘯，造成人員傷亡最大的前幾位地震海嘯有：

2004年12月26日，印度尼西亞蘇門答臘島發(fā)生9.0級強烈地震并引發(fā)海嘯，海嘯襲擊了包括印尼在內(nèi)的印度洋沿岸國家，如馬爾代夫、泰國、馬來西亞、斯里蘭卡、印度及非洲東海岸等國家和地區(qū)。據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，約有23萬人死亡[6-7]；

1908年12月28日，意大利西西里島墨西拿市近海發(fā)生7.1級地震，隨后高達(dá)12 m的海嘯襲擊了該城市。在地震和海嘯的雙重破壞下，這座城市93%的建筑物被破壞，12.3萬人死亡[8]；

1755年，葡萄牙里斯本附近海域發(fā)生里氏9.0級地震,40 min后海嘯襲擊了該城市，城市85%的建筑被摧毀，10萬多人死亡，其中海嘯直接造成的死亡人數(shù)約為3萬人[9]；

1707年，日本發(fā)生8.6級的寶永地震，這是日本有記錄以來第二強烈地震，地震引發(fā)破壞性海嘯，高知縣監(jiān)測到7—10 m的海嘯波，死亡人數(shù)約為3萬人[10]；

1868年，智利阿里卡近海發(fā)生強烈地震（震級約在8.5—9.0級之間），隨后引發(fā)的海嘯幾乎完全摧毀了港口城市皮斯科，海嘯影響到夏威夷、新西蘭和日本等地，遇難人數(shù)約為2.5萬[11]。

2.2 滑坡海嘯

2.2.1 成因及分布

圖1 全球海嘯事件

圖2 海嘯密集區(qū)比例

圖3 全球地震海嘯

圖4 全球地震

圖5 全球滑坡海嘯

圖6 全球火山海嘯

滑坡產(chǎn)生的原因可以主要概括為地質(zhì)運動（如地震）和人類活動兩個方面。陸地滑坡進入水中，或者海底滑坡都有可能引發(fā)海嘯，滑落體引起水體移動從而產(chǎn)生海嘯?；潞[經(jīng)常發(fā)生在海岸邊、陸架坡、海嶺或者海底峽谷區(qū)域，內(nèi)陸湖泊也可能發(fā)生滑坡海嘯?；潞[占海嘯事件總數(shù)的6.9%。圖5顯示的是全球滑坡海嘯的分布，主要集中在太平洋、大西洋和地中海沿岸。

2.2.2 歷史大事件

美國阿拉斯加利圖亞灣歷史上曾經(jīng)發(fā)生過多次滑坡海嘯事件，1958年滑坡事件中飛濺波浪曾將樹木搬運到525 m的高度[12]。1964年，美國威廉王子灣滑坡海嘯造成70多人死亡，海嘯波高達(dá)30多米，由于海嘯發(fā)生在半夜，因此造成重大損失，海嘯波波及到夏威夷、日本等太平洋沿岸[13]。1998年，巴布亞新幾內(nèi)亞附近海域發(fā)生一次海底滑坡引發(fā)的海嘯，高達(dá)15 m的海嘯波沖擊了該國，造成2200人失去生命[14]。

2.3 火山海嘯

2.3.1 成因及分布

火山海嘯一般屬于小型局地海嘯?；鹕胶[的產(chǎn)生原因主要包括海底火山噴發(fā)、火山噴發(fā)引起的地殼運動以及火山噴發(fā)物降落到海面上等，這些現(xiàn)象均有可能造成水體擾動，將能量傳遞到遠(yuǎn)處，從而形成海嘯。火山海嘯占海嘯事件總數(shù)的5.9%，全球火山海嘯的分布見圖6，從圖上看，太平洋西岸發(fā)生的火山海嘯次數(shù)最多，地中海沿岸、大西洋及太平洋東岸也有火山海嘯的發(fā)生。

2.3.2 歷史大事件

圖7 全球海嘯預(yù)警系統(tǒng)框架

歷史上有一次火山海嘯就造成3萬多人死亡的記載，1883年，印度尼西亞喀拉喀托火山發(fā)生噴發(fā)并引發(fā)了海嘯，波高超過40 m，海嘯沖毀了巽他海峽兩岸的大量房屋設(shè)施，造成3.6萬人死亡[15]。研究發(fā)現(xiàn)，公元前1490年古希臘米諾斯文化的毀滅與愛琴海中的圣托里尼火山爆發(fā)所產(chǎn)生的海嘯有關(guān)。

3 海嘯預(yù)警系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)介紹

由于現(xiàn)在科技尚不能預(yù)測地震、火山等現(xiàn)象，所以海嘯也不能預(yù)測，但是海嘯可以預(yù)警。一旦有海嘯發(fā)生，我們可以利用數(shù)值技術(shù)計算海嘯的到達(dá)時間和波高，及時通知沿海居民，減小生命財產(chǎn)損失。越洋海嘯一般需要幾小時甚至幾十小時后才能到達(dá)沿岸，如果海嘯警報及時，民眾是有時間進行撤離的。

美國在1948年就組建了夏威夷地震海嘯預(yù)警系統(tǒng)。聯(lián)合國政府間海洋學(xué)委員會（IOC）于1965年成立了太平洋海嘯預(yù)警系統(tǒng)國際協(xié)調(diào)組（ICG/ITSU）。2004年印度洋大海嘯發(fā)生后，地震海嘯的預(yù)警引起了世界各國的重視。目前，針對地震海嘯，世界各國已經(jīng)在政府間海洋學(xué)委員會的框架下建立了比較完善的預(yù)警體系，共有四個區(qū)域性海嘯預(yù)警系統(tǒng)，分別是太平洋海嘯預(yù)警系統(tǒng)（PTWS）、印度洋海嘯預(yù)警系統(tǒng)（IOTWS）、加勒比海嘯預(yù)警系統(tǒng)（CARIBE EWS）和東北大西洋與地中海海嘯預(yù)警系統(tǒng)（NEAMTWS）。除此之外，還有許多次區(qū)域級和國家級海嘯預(yù)警系統(tǒng)。

我國在1983年加入太平洋海嘯預(yù)警系統(tǒng)國際協(xié)調(diào)組后，國家海洋環(huán)境預(yù)報中心開展了我國的海嘯預(yù)警報業(yè)務(wù)[16]。目前，我國與太平洋海嘯警報中心等多個國際海嘯組織存在合作關(guān)系，已具備發(fā)布海嘯預(yù)警報的能力。

3.2 海嘯數(shù)值計算

因為海嘯屬于小概率事件，沒有大量觀測資料提供研究，所以海嘯數(shù)值模擬成為當(dāng)今海嘯研究領(lǐng)域的重要手段，在海嘯預(yù)警系統(tǒng)中起到了重要作用。國際上，海嘯數(shù)值模擬的發(fā)展是從上個世紀(jì)七八十年代開始的。1978年，Houston等人選取夏威夷群島為研究對象，用有限差分線性淺水方程分別對1960年智利海嘯和1964年阿拉斯加海嘯進行模擬[17]；1988年，Imamura等研究了1960年智利海嘯和1964年阿拉斯加海嘯穿越大洋到達(dá)日本海岸的傳播過程，用蛙跳有限差分格式解線性淺水方程，數(shù)學(xué)頻散取代了方程的物理頻散，既保證了物理上的正確，又提高了計算效率[18]。

圖8 全球地震網(wǎng)絡(luò)

圖9 全球潮位站

圖10 全球海嘯浮標(biāo)

進入上世紀(jì)90年代后，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，多個成熟穩(wěn)定的海嘯模型產(chǎn)生并發(fā)展起來。1995年，Imamura等人建立了TSUNAMI模型，在聯(lián)合國TIME計劃的推廣下，模型曾在許多國家廣泛應(yīng)用[19]；1997年，Titov等發(fā)布了MOST模型，該模型后來成為美國海洋與大氣管理局海嘯研究中心的常用模型[20]；1998年，Philip Liu等在美國康奈爾大學(xué)發(fā)展起COMCOT海嘯模型[20]，采用多重網(wǎng)格嵌套的有限差分方法來模擬海嘯波的傳播和爬高，該模型曾經(jīng)成功的模擬了多次海嘯事件[21]。

我國的海嘯研究工作起步較晚，2001年，于福江建立了CTSU海嘯模型[22]，運用蛙跳格式求解淺水方程。模型已經(jīng)在國家海洋環(huán)境預(yù)報中心開始業(yè)務(wù)化使用，在我國海嘯預(yù)警工作起到了重要作用。該模型已經(jīng)成功對2007年千島群島海嘯、2010年智利海嘯和2011年日本大海嘯等多次海嘯進行了數(shù)值模擬。

3.3 海嘯監(jiān)測

3.3.1 地震監(jiān)測

地震及水位監(jiān)測信息同樣在海嘯預(yù)警系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。要進行地震海嘯的預(yù)警工作，必須首先獲得地震信息。世界很多國家都建有地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，其中，覆蓋范圍最大的是美國建立的全球地震網(wǎng)絡(luò)（GSN），目前全球有150多個站點（見圖8），地震數(shù)據(jù)公開。GSN與多個海嘯預(yù)警系統(tǒng)合作，為海嘯預(yù)警提供及時準(zhǔn)確的海底地震信息。

3.3.2 水位監(jiān)測

國際上水位監(jiān)測的主要手段是潮位站和浮標(biāo)。聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）下屬的政府間海洋學(xué)委員會聯(lián)合各國潮位站組成了水位監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為海嘯預(yù)警提供及時的近岸水位信息，站點分布見圖9。從分布上看，潮位站密集區(qū)域基本位于海嘯多發(fā)區(qū)。

海嘯浮標(biāo)用于實時監(jiān)測海面的異常變化，美國國家海洋和大氣局（NOAA）在全球布置了50多個DART海嘯浮標(biāo)（見圖10），用以獲取海嘯波數(shù)據(jù)，目前主要集中在環(huán)太平洋地區(qū)。一旦有海嘯發(fā)生，海嘯浮標(biāo)能夠啟動應(yīng)急模式，加密數(shù)據(jù)記錄次數(shù)和發(fā)報次數(shù)，數(shù)據(jù)能夠直接傳給海嘯預(yù)警系統(tǒng)，為海嘯預(yù)警提供實時數(shù)據(jù)參考。

目前，我國沿海建有100多個海洋站，實時監(jiān)測水位變化；南海布放有2個海嘯浮標(biāo)，直接監(jiān)測南海海嘯；20個海洋站建有地震監(jiān)測儀，監(jiān)測我國海域的地震活動。未來，我國還將加大浮標(biāo)和地震儀的建設(shè)力度，增強我國的海嘯監(jiān)測能力。

4 小結(jié)

本文主要統(tǒng)計分析了從公元前2000年至今的有記錄的全球海嘯災(zāi)害數(shù)據(jù)，給出了其分布特點以及歷史大事件，并簡要介紹了世界海嘯預(yù)警體系、數(shù)值計算技術(shù)以及海嘯監(jiān)測等情況。海嘯雖然是小概率事件，但全球海嘯主要發(fā)生在太平洋海域，我國位于太平洋西北岸，面臨著海嘯災(zāi)害的威脅。因此，我們應(yīng)該提高民眾海嘯意識，做好海嘯疏散圖、海嘯災(zāi)害評估等防災(zāi)減災(zāi)工作。

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