全球海嘯災害事件統計及預警系統簡述

侯京明，李濤，范婷婷，閃迪

（國家海洋環境預報中心，北京 100081）

1 引言

海嘯，有時也稱地震海浪，是由海水瞬時大規模位移引發的一系列海洋波動。海底地震、火山以及隕石降落等均有可能產生海嘯[1]。世界上很多國家的古籍中均能發現海嘯的記載，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生在公元前2000年的敘利亞。在我國歷史上，海嘯災害常被誤當成海潮。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）發生8.4級地震并引發了海嘯，海嘯對我國造成了一定影響?，F代科學已經認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，極易造成災害。通常，3—6 m的海嘯波到達岸邊就很具破壞力，目前已知的海嘯波最高能達到40 m以上。據統計，截止到2012年，海嘯災害已造成全球50多萬人死亡。2000年以來，全球范圍內共發生大小海嘯25次。海嘯災害的頻發，引起了世界各國的高度重視，各國紛紛加強了針對海嘯災害的研究工作。

2 海嘯災害事件統計分析

本文統計所用歷史數據主要來自于美國國家地球物理數據中心的全球海嘯源數據庫[3]，數據的時間跨度為公元前2000年—2012年，同時也參考了俄羅斯科學院新西伯利亞海嘯實驗室的太平洋地區海嘯源數據庫[4]。數據庫中的海嘯事件來源于學術研究結論、相關文獻、監測數據分析、個別事件報告等多個方面。數據內容包括海嘯災害的年份、經緯度信息、海嘯產生類型、可信度等級和海嘯發生地點等信息。

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

按照海嘯發生的年代來統計海嘯災害，可以發現近現代的海嘯次數明顯高于以前。這是由于20世紀之前，受到科學知識和測量儀器的限制，只有部分或者重大海嘯災害被記錄下來，而近現代日益更新的科技手段使人們能夠監測到越來越多的海嘯事件。因此不能得出海嘯災害明顯增多的結論。

從統計海嘯數據的地理位置看，全球存在著幾大海嘯密集區域，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域。

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

我國共發生海嘯災害48次，渤海、黃海、東海和南海均出現過海嘯災害。其中，臺灣省周邊發生21次海嘯災害，占總數的43.75%，是我國最易發生海嘯的省份。

按照海嘯的產生原因分類，海嘯主要可以分為地震海嘯、滑坡海嘯和火山海嘯三種，當然，其他幾種現象也能產生海嘯，比如極端氣象現象、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的海嘯，是發生次數最多，造成破壞最大的海嘯類型。海底地震發生時，地殼的大規模升降運動造成水體位移，然后在重力作用下海水被拉回，從而產生海嘯。地震海嘯占海嘯事件總數的82.4%。地震海嘯一般發生在俯沖帶地區，80%的地震海嘯發生在環太平洋俯沖帶。圖3是全球地震海嘯的分布圖，地震海嘯密集區域和圖1幾乎一致。這些區域大多存在著俯沖帶或類似地質構造。

為了摸清全球地震海嘯分布與地震分布之間的關系，本文統計了美國國家地震信息中心1960年以后近40年的地震數據，見圖4，圖中紅線為板塊邊界線。20世紀60年代以后，隨著計算機技術以及測量儀器的發展，更多的地震事件被記錄下來，因此該數據基本能顯示全球各個地震密集地區。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海嘯，全球地震主要發生區域的范圍更廣，而且基本都位于板塊的邊界處。地震海嘯主要出現在地震最密集的區域，這些區域同時也是地質運動最活躍的區域。

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

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

震源水深條件：在深水區發生的地震更容易產生海嘯；

震級、震源深度條件：震級大于6.5，震源較淺的地震易于產生海嘯。

2.1.2 歷史大事件

歷史上曾經發生過多次危害嚴重的地震海嘯，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生9.0級強烈地震并引發海嘯，海嘯襲擊了包括印尼在內的印度洋沿岸國家，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。據聯合國統計，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生7.1級地震，隨后高達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約為3萬人[9]；

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

1868年，智利阿里卡近海發生強烈地震（震級約在8.5—9.0級之間），隨后引發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

滑坡產生的原因可以主要概括為地質運動（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海嘯，滑落體引起水體移動從而產生海嘯?；潞[經常發生在海岸邊、陸架坡、海嶺或者海底峽谷區域，內陸湖泊也可能發生滑坡海嘯?；潞[占海嘯事件總數的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發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30多米，由于海嘯發生在半夜，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，巴布亞新幾內亞附近海域發生一次海底滑坡引發的海嘯，高達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[的產生原因主要包括海底火山噴發、火山噴發引起的地殼運動以及火山噴發物降落到海面上等，這些現象均有可能造成水體擾動，將能量傳遞到遠處，從而形成海嘯。火山海嘯占海嘯事件總數的5.9%，全球火山海嘯的分布見圖6，從圖上看，太平洋西岸發生的火山海嘯次數最多，地中海沿岸、大西洋及太平洋東岸也有火山海嘯的發生。

2.3.2 歷史大事件

圖7 全球海嘯預警系統框架

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生噴發并引發了海嘯，波高超過40 m，海嘯沖毀了巽他海峽兩岸的大量房屋設施，造成3.6萬人死亡[15]。研究發現，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所產生的海嘯有關。

3 海嘯預警系統

3.1 系統介紹

由于現在科技尚不能預測地震、火山等現象，所以海嘯也不能預測，但是海嘯可以預警。一旦有海嘯發生，我們可以利用數值技術計算海嘯的到達時間和波高，及時通知沿海居民，減小生命財產損失。越洋海嘯一般需要幾小時甚至幾十小時后才能到達沿岸，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警系統。聯合國政府間海洋學委員會（IOC）于1965年成立了太平洋海嘯預警系統國際協調組（ICG/ITSU）。2004年印度洋大海嘯發生后，地震海嘯的預警引起了世界各國的重視。目前，針對地震海嘯，世界各國已經在政府間海洋學委員會的框架下建立了比較完善的預警體系，共有四個區域性海嘯預警系統，分別是太平洋海嘯預警系統（PTWS）、印度洋海嘯預警系統（IOTWS）、加勒比海嘯預警系統（CARIBE EWS）和東北大西洋與地中海海嘯預警系統（NEAMTWS）。除此之外，還有許多次區域級和國家級海嘯預警系統。

我國在1983年加入太平洋海嘯預警系統國際協調組后，國家海洋環境預報中心開展了我國的海嘯預警報業務[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系，已具備發布海嘯預警報的能力。

3.2 海嘯數值計算

因為海嘯屬于小概率事件，沒有大量觀測資料提供研究，所以海嘯數值模擬成為當今海嘯研究領域的重要手段，在海嘯預警系統中起到了重要作用。國際上，海嘯數值模擬的發展是從上個世紀七八十年代開始的。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，數學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 全球地震網絡

圖9 全球潮位站

圖10 全球海嘯浮標

進入上世紀90年代后，在前人研究成果的基礎上，多個成熟穩定的海嘯模型產生并發展起來。1995年，Imamura等人建立了TSUNAMI模型，在聯合國TIME計劃的推廣下，模型曾在許多國家廣泛應用[19]；1997年，Titov等發布了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發展起COMCOT海嘯模型[20]，采用多重網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。模型已經在國家海洋環境預報中心開始業務化使用，在我國海嘯預警工作起到了重要作用。該模型已經成功對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值模擬。

3.3 海嘯監測

3.3.1 地震監測

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

3.3.2 水位監測

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

海嘯浮標用于實時監測海面的異常變化，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（見圖10），用以獲取海嘯波數據，目前主要集中在環太平洋地區。一旦有海嘯發生，海嘯浮標能夠啟動應急模式，加密數據記錄次數和發報次數，數據能夠直接傳給海嘯預警系統，為海嘯預警提供實時數據參考。

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

4 小結

本文主要統計分析了從公元前2000年至今的有記錄的全球海嘯災害數據，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警體系、數值計算技術以及海嘯監測等情況。海嘯雖然是小概率事件，但全球海嘯主要發生在太平洋海域，我國位于太平洋西北岸，面臨著海嘯災害的威脅。因此，我們應該提高民眾海嘯意識，做好海嘯疏散圖、海嘯災害評估等防災減災工作。

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