北京时间2010年2月27日下午2点34分,当地时间2月27日凌晨3点34分,智利发生强度8.8级大地震。太平洋海啸警报中心随即向秘鲁和智利发出海啸警报,很快又将警报范围扩大至几乎所有环太平洋沿岸的53个国家和地区。截至这一刻(22:40/2/28/2010),离地震发生已经超过32个小时,距离智利最遥远的太平洋国家或地区,即处在太平洋西岸的包括俄罗斯堪察加半岛、日本、台湾等都分别在下午2点至5点观测到了03~0.2米高的海面“异常波动”,而中国大陆东南沿海海面则未察觉“明显异常”。说明由地震引发的海洋波动已经横扫整个太平洋,现在所有海啸警告已经解除。

2010智利海啸波能流/波幅修正预报 来源:NOAA
这次智利地震强度达到8.8级,目前已造成智利当地300多人死亡。不过由其引发的海啸似乎威力不大,除了给智利外海的一个小岛造成5人死亡和11人失踪外,其它国家或地区并没有相关人员伤亡的报道。不过对于海啸,人们确实不能掉以轻心,毕竟2004年南亚大地震给了我们惨痛的经验教训,当时的地震强度经修订达到9.3级,总共造成14个国家超过23万人死亡,由地震引发的海啸是最主要的凶手。
虽说这次智利海啸威力不算特别大,但从网友上传的现场视频来看也绝不能小觑:
地点:夏威夷、时间:当地2010年2月27日中午时分:
我说拍摄到这一画面的这位仁兄,你也真的太不要命了……他是否得一边手持摄像机一边背着向后逃跑呢?也多亏了这段视频,让我们大家对海啸侵袭的特性至少在视觉感官上有了一些了解。那么到底海啸有些什么特点,为什么它的威力如此巨大,但同时却叫人们防不胜防呢?现在人们预警海啸又有哪些手段呢?
海啸的成因
海啸的根本成因是水体短时间内的大规模位移,因此像地震、海底火山爆发、山体滑坡、天体撞击以及水下核试等,不管是发生在水上还是水下,只要能对水体造成瞬时大规模扰动,都有可能引发海啸。除了天体撞击这样非常罕见的因素,一般影响范围最广、危害最大的海啸往往就是由地震引起的。
海啸的特点
海啸的实质是“海啸波”。它与一般的海洋波浪十分不同。由地震引发的海啸波,视乎在海底的震中(震源垂直向上的海床与海水交界处)深度,比如典型的由深海地震引发的海啸波,波长可以长达200公里,波的传播速率可达800公里/小时。更加值得注意的是,这样的海啸波经过深海洋面上,振幅仅仅为1米,而且需要20~30分钟才能完成一周期,这就是说,行驶在广阔洋面上的船,对于经过的海啸波通常是完全无法察觉的。
但是当海啸波离海岸越来越近的时候,危险来了。随着海底的深度越来越浅,在“波挤压效应”(wave shoaling)下,波的相速度减慢而波幅增大,所以海啸波的波速将迅速下降至小于80公里/小时,但海啸波的波幅则会陡然增大,从难以察觉到一下子掀起极具破坏力和侵入性的巨浪。因此可以讲,由地震引发的裹挟着巨大能量的海啸波,不仅能以高速通过万里重洋,而且往往一直是悄无声息的、只有到了靠近岸边才突然发威,对人们的生命财产造成难以防范的即时威胁。比如04年的南亚大海啸,当时海啸在深海洋面中的波高,根据事后雷达卫星数据分析,只有0.6米,但海啸在到达个别海岸时却掀起了24~30米高的巨浪。

海啸波由深海传播至近岸示意图 来源:Wikipedia
除了传播速度快(预警时间短)、隐蔽性强,海啸的危险性还体现在:
· 当海啸波靠近岸边的时候,虽然速度已经大大下降,但其掀起的巨浪仍然有80公里/小时,绝对比人的速度快,人是跑不过的(一旦人与海啸小于一定距离)。这种浪一般呈不碎的涡卷状前进,常能入侵陆地数公里甚至更远;
· 大海啸登陆的时候往往有好几波,全过程可持续达几小时,波峰与波峰之间很可能仍会有较长的时间间隔,而海啸登岸的第一波海浪也未必是最大的;
· 因为超长的波长,海啸波的折射、衍射等物理特性非常明显,所以即使背对震源的海岸或通常掩蔽条件良好的峡湾及内海也都有可能受到海啸的侵袭;
· 当海啸来临的时候,取决于海啸登岸地点和海啸发生源地的位置关系,登陆的海啸有可能会以波谷先至,出现所谓的“大退潮”(Drawback),即海岸线会突然后退好几百米之远,露出平时不会出露的海岸。这时候千万不可走下去探视,因为波峰马上就要来临。事实上,在04年南亚大海啸当中,相当一部分游客就是因为好奇心驱使或要捡一些小鱼小虾而命丧黄泉的;不过这种现象同时也是海啸来临前最明显的一种警讯,当时好些能够集体脱险的案例,就是因为有这方面相关知识的人观察到了这样的现象并劝领大家及时撤退;
· 当海啸登陆海岸位于地震碰撞带的另外一侧时,因为产生的海啸波是正向结构(positive wave form),永远是波峰先抵,就不会出现那种突然的“drawback”现象。这种情况下,海啸的来袭会更加令人猝不及防,原本看似平静的海面会突然迅速掀起巨浪,这时岸上的人们逃生时间极短。

2004年南亚大海啸发生时的波相:红色为正向、蓝色为负向。所以当时凡是处在地震碰撞带以西的印度、斯里兰卡和非洲东岸等地,都没有出现“Drawback"现象(见文)。来源:USGS
海啸的预警
上文提到,近岸海面的突然异常大幅退却很可能是海啸到来的一个标志,另外还有海啸到来前海水曾出现大量泡沫的报道。除此以外,人类主要依靠仪器检测和预报海啸。虽然曾经有报道提到一些动物能感知海啸的来临,比如大象,或许因为听到海啸到来前的次声波而挣脱主人提早向内陆方向逃离,但具体事实和原理仍有待研究。毕竟在受灾地区,大部分动物也和人类一样是不能凭自身感官感知海啸的来临的。
以当今人类掌握的科技,当一个地震发生,我们可以几乎同时监测到地震的地点、方位和初步测算的震级大小。这就有了预警海啸的可能,并为发出海啸警告带来相对充裕的时间。但即便如此,目前要做到百分百准确地预报海啸还是有难度的,体现在一个震级较大的地震发生海啸的机率固然较大,但也不一定就引发海啸,反之一个震级相对小的地震只要发生条件具备,也可能产生海啸。因此正规的海啸预警流程是:监测到地震——发布(可能)海啸预警——监测仪器传回数据(核实发生海啸)——发出海啸预报。
海啸预警系统是目前人类应对海啸最主要的手段。它在功能上分为两个同等重要的部分,一部分是实时监测海啸,通过网络把在海上及海岸各种传感器测得的数据收集到海啸预警中心进行分析处理;另一部分是负责向公众及时发布海啸消息以采取如封锁海岸、撤离人群等措施的信息发布网络。

2010智利海啸过程预报 来源:NOAA. DART代表深海海啸监测报告装置的位置(详见参考链接)、Tide Gage代表海潮测量仪的位置。
从预警范围上划分,海啸预警系统可以分为国际级海啸预警中心和地区海啸预警中心。由于世界上80%的海啸都发生在太平洋,1949年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)在夏威夷设立了太平洋海啸预警中心,它是最早的国际级海啸预警中心,其机制和设备也相对最完善和成熟的;印度洋海啸预警中心是吸取了04年南亚大海啸经验教训之后于2006年年底建立的。另外的两个国际级预警中心,一个负责北大西洋(2005年建立)、一个负责加勒比海(筹备中)。
在美国西海岸不少地方设有专门的海啸逃离路线标识,帮助人们在紧急情况下,第一时间撤离到最近的高地或高层建筑物上。
在日本一些海岸筑有专门防海啸的高4.5米的堤坝,但在面对1993年30米高的海啸中几乎没起什么作用。他们还为应对海啸(也用于台风等)规划和设置了特别大流量的泄洪路线和管道。
海岸植被如椰林和各种红树林,能吸收海啸的能量,对破碎海啸、阻滞海啸侵入有很好的效果。在04年南亚大海啸中,印度Tamil Nadu地区一片曾创下2002年一天内植树最多吉尼斯世界纪录的人工红树林(新的纪录为巴基斯坦在2008年创造的54万1176棵),就成功阻挡海啸的正面袭击,对比附近地区当地的人员伤亡和财产损失都大大减少。
如果海啸起源发生在远洋之外,预警时间就相对比较充分,通过手机短讯、各媒体广播等能有效通知民众。对于通讯不发达的地区,为了确保民众及时接收到海啸警报,必需使用切实有效的广播方法,事态紧急之下甚至应该动用防空警报。比如在06年爪哇地震发生海啸时,海啸预警中心对印尼等国发出了海啸警报,但各地方却没能及时把这一消息传达给当地的居民,之后就有建议沿海的伊斯兰国家应利用清真寺宣礼塔的扩音器广播海啸警报。
一点感想
不久前刚好和网友稍微谈及最近山西、河北谣传地震的事(没错就在智利大地震发生前几天,之后在25日云南也真的发生了地震)。当时有“网友”很笃定地把出现集体恐慌和谣传的现象全部归结为对社会或者政府的信任问题(他当时的逻辑恐怕是专指因为现在社会本身存在诚信的问题,所以影响到了民众对政府的信任)。而我在没有否定存在信任问题之余,当时主要从一般人的切身安全和他们的极端不安定感出发(而不是从管治的角度),觉得对灾害本身的了解不够充分是经常谣言四起发生的重要原因之一。就从这一相对表层的原因来看,观点是很明确的:面对可能的灾变,掌握相关知识能让大家心里更有谱更踏实,但最有效的知识传播是通过社会自身的能量,而不是教条式的灌输;在充分了解了灾害的知识、掌握了应对灾变的方法和拥有了公开透明的相关信息之后,人们会自然而然地,一方面对官方发布的信息心里有数,因为懂得判断,另一方面亦会更相信自己、从而给予身边的人更实在的(经过自己分析的)消息和指导。无论应对海啸还是其它灾害,想必都应该如此吧。
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原视频地址:Youtube (墙外)
主要参考内容链接:Wikipedia: Tsunami, 2010 Chile Earthquake, 2004 Indian Ocean Earthquake, Wave Power
NOAA Center for tsunami research: DART
延伸链接:ITIC 国际海啸信息中心

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