作者简介陈颙，地球物理学家，中国地震局科技委主任，中国科学院院士、第三世界科学院院士，中国地震学会理事长1什么是海啸？海底的地震和火山喷发，可能引起海水中形成巨大的海浪，并向外传播，这就是海啸. 海啸的英文词“Tsunami”来自日文，是港湾中的波的意思.海啸的产生需要满足3个条件，缺一不可：深海、大地震和开阔逐渐变浅的海岸条件，下面分别加以说明.（1）深海：地震释放的能量要变为巨大水体的波动能量，地震必须发生在深海，只有在深海海底上面才有巨大的水体. 浅海地震产生不了海啸；（2）大地震：海啸的浪高是海啸的最重要的特征. 我们经常用在海岸上观测到的海啸浪高的对数作为海啸大小的度量，叫做海啸的等级（magnitude）. 如果用H（单位为m）代表海啸的浪高，则海啸的等级m为m=log2H各种不同震级的地震产生的海啸高度见表1.这是从全球近百年资料得到的经验关系. 从表1可以看出，只有7级以上的大地震才能产生海啸灾害，小地震产生的海啸形不成灾害. 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产生海啸，只有那些海底发生激烈的上下方向的位移的地震才产生海啸； 表1 各种不同震级的地震产生的海啸高度（3）开阔逐渐变浅的海岸条件：尽管海啸是由海底的地震和火山喷发引起的，但海啸的大小并不完全由地震和火山的大小决定. 海啸的大小是由多个因素决定的，例如：产生海啸的地震和火山的大小、传播的距离、海岸线的形状和岸边的海底地形等等. 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. 海啸的产生过程如图1所示. 图1 海啸的产生过程（a）海洋、海水、大陆相对位置；（b）深海发生地震时，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，产生了其上方的海水巨大的波动，原生的海啸于是就产生了( 海啸与一般的海浪不一样，海浪一般在海面附近起伏，涉及的深度不大，而深海地震引起的海啸则是从深海海底到海面的整个水体的波动，其中包含的能量惊人；（3）地震后几分钟内，原生的海啸分裂成为两个波，一个向深海传播，一个向附近的海岸传播( 向海岸传播的海啸，受到岸边的海底地形等影响，在岸边与海底发生相互作用，速度减慢，波长变小，振幅变得很大（ 可达几十米），在岸边造成很大的破坏2 海啸的能量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，使其上方的巨大海水水体产生波动，原生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. 作为对印尼苏门答腊近海地震海啸能量的保守估计，假定该次地震使震中区100 km长、10 km 宽、2 km 厚的水体，抬高了5 m，其势能的变化为 E=mgh=1024 erg (1 erg=10-7 J)，我们知道，地震释放的地震波的能量E与地震的震级M之间有如下关系式：lgE=11.8+1.5M (E，erg)，印尼苏门答腊近海地震的震级M=8.7，所以这次地震释放的地震波能量为E=1025 erg对比地震波的能量，海啸的能量相当于地震波的能量的十分之一左右. 海啸的能量是巨大的，为了说明这一点，我们可以举一个例子. 一座100 万kW的发电厂，一年发出的电能为E=3.15 X 1023 erg，所以，印尼苏门答腊近海地震产生的海啸能量大约相当于3座100 万kW的发电厂一年发电的能量.3 海啸的速度当风吹过地上薄薄的一层水时，水面会起波浪. 海啸与此有些相同，它与水面波一样，有自己的波长、周期，只不过海啸的激励来自海底地震和火山造成的激烈运动. 但是水面波和海啸波两者又很不相同，它的传播速度与水厚度的平方根有关. 风造成的水面波的周期很短，波长也很小，传播速度慢. 但海啸的周期可达1h，波长可达700 km，这样就决定了海啸有一些非常独特的特点（见图2）. 图2 （a）风吹水面造成的水面波波长30m ，传播速度15-30 km/h；（b）深海中的海啸波波长几百km，传播速度700-900 km/h风暴潮也是一种严重的自然灾害. 产生于赤道附近的热带风暴潮具有极大的能量. 风暴潮经过海洋时，会造成狂风暴雨. 尽管风暴潮和海啸都会造成海水的剧烈运动，但两者很不相同. 风暴潮是由海面大气运动引起的，而海啸是由海底升降运动造成的，前者主要是海水表面的运动，而后者是海水整体的运动.对比风暴潮（水面波）等与海啸，就会发现海啸有3个特点：（1）海啸传播速度快，每小时可达700-900 km，这正是越洋波音747飞机的速度，而水面波传播速度较慢，台风的最快速度也只有350 km/h左右. 一般的风暴潮速度还要慢许多.（2）海啸的周期可达1h，其波长极长，可达几百km ，在其几百km的一个波长内，海面波浪很小，风平浪静，对航行的船只影响很小. 一旦海啸接近海岸，前进受到阻挡，就会形成十几米甚而几十米的浪高，冲向陆地. 风暴潮在海面上运动时，伴随着狂风、暴雨和巨浪，冲到陆地后，仍然保持着狂风和暴雨.（3）这种波长极长、速度极快的海啸波，一旦从深海到达了岸边，前进受到了阻挡，其全部的巨大能量，将变为巨大的破坏力量，摧毁一切可以摧毁的东西，造成巨大的灾难（见图3）. 图3 海啸波从深海到达了岸边，前进受到了阻挡，其全部的巨大能量，将变为巨大的破坏力量，摧毁一切可以摧毁的东西，造成巨大的灾难4 海啸的灾害地球上三分之二的面积是海洋，海洋中，最大是太平洋，它几乎占地球面积的三分之一. 太平洋的周围是地球上构造运动最活跃的地带，有大量的地震、火山，因此，太平洋是最容易发生海啸的地方，人们对海啸的研究，对海啸灾害的预警系统都集中在太平洋（见图4）. 图4 1900-1983年期间，浪高超过2.5海啸在太平洋的发源地在人类的灾害史上，海啸从来就是一种巨大的自然灾害. 海啸携带着巨大的能量，以极大速度冲向陆地，形成几米甚至几十米的巨浪，在滨海区域的表现形式是海面陡涨，骤然形成“ 水墙”，伴随着隆隆巨响，瞬时侵入滨海陆地，吞没良田和城镇村庄，然后海水又骤然退去，或先退后涨，有时反复多次，有极其巨大的破坏力. 1946年，3700 km外的阿拉斯加的阿留申群岛发生地震，海啸传到夏威夷，破坏极大，造成159人死亡. 历史记载破坏最大的海啸发生在1755年，葡萄牙近海发生大地震，5 m浪高的海啸席卷里斯本，235000居民中，死亡60000. 这次巨大的海啸，4个小时后又袭击了印度的西海岸. 表2 历史上破坏巨大的海啸最近的印度洋海啸灾害是出人意料的. 印尼苏门答腊附近海域深海大地震的参数是：发震时刻：2004年12月26日08时58分55秒.震中坐标：北纬3.9°，东经95.9°（震中处海深千米以上）.震级：Ms 8.7（中国）；Mw 9.0（美国）震中为无人居住的海洋，故地震本身造成的死人不多.地震产生的海啸，袭击了几百、几千公里外的不设防的海岸带，人口密集，故灾害严重. 这次印度洋地震引发的海啸波及印尼、斯里兰卡、泰国、印度、马来西亚、孟加拉国、缅甸、马尔代夫等国，遇难者总数2周内已超过16万人.为什么这次地震引起的海啸产生如此巨大的灾害呢？首先，这次印尼苏门答腊附近海域8.7级地震，是近50年来全世界发生的特大地震，是印度洋地区历史上发生的震级最大的地震，而且符合深海、大地震、断层上下错动等产生海啸的条件，因此，产生了巨大的海啸.由于印度洋深海大地震不多，历史海啸灾害记载也不多，所以，人们对于海啸灾害的预防不足，也没有建立必要的海啸预警系统. 这可能是这次海啸灾害巨大的另一个原因.5 中国的海啸灾害中国处于太平洋的西部，有很长的海岸线，中国受海啸的影响大不大？中国的海啸灾害严重不严重？我们先来看看中国的近海产生海啸的可能性.中国的近海，渤海平均深度为20 m，黄海40 m，东海340 m，它们的深度都不大，只有南海平均深度为1200 m. 因此，大部分海域地震产生地震海啸的可能性比较小，只是在南海和东海的个别地方发生特大地震，才有可能产生海啸.再来看看太平洋产生的地震海啸对中国海岸的影响. 亚洲东部有一系列的岛弧，从北往南有勘察加半岛、千岛群岛、日本列岛、琉球群岛，直到菲律宾. 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，中国的海域大部是浅水大陆架地带，向外延伸远，海底地形平缓而开阔，不象印尼地震海啸影响许多地区那样，海底逐渐由深变浅，中间没有一个平缓的缓冲带. 因此，中国受太平洋方向来的海啸袭击的可能性不大. 1960年，智利发生8级大地震，产生地震海啸，对菲律宾、日本等地造成巨大的灾害，但传到中国的东海，在上海附近的吴淞验潮站，浪高只有15-20 cm，没有造成灾害. 智利附近地震产生的海啸传到各地所需时间如图5 所示. 这次印尼地震海啸，海南岛的三亚验潮站记录的海啸浪高只有8 cm. 图5 智利附近地震产生的海啸向外传播，传到各地所需的时间. 例如，智利地震海啸传到夏威夷需要12 h，传到日本则需要22 h查阅中国的灾害历史记录，有关海啸灾害的记载不多，受灾区域十分有限. 历史记录中曾有多次“海水溢”的现象，其中有一次记录的海啸，即1867年台湾基隆北的海中发生的7级地震引起了海啸. 其余大部分的“海水溢”现象，大都是风暴潮引起的近海海面变化，而不是海啸. 1604年福建泉州海域发生7.5级地震，1918年广东南澳近海发生7.3 级地震，都是发生在海洋中的大地震，但都没有产生海啸. 全世界发生在海洋中的地震，只有一小部分产生海啸.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. 从成灾的角度来看，小海啸，大灾难的情况完全是有可能的，绝不可以掉以轻心. 一定要有忧患意识，做好灾害预防工作.6 海啸早期预警系统海啸是向外传播的，因此，知道了海中发生地震的地点，或知道了某处实际测得的海啸的发生地点，则可以利用海啸需要传播时间，及时向其他地方发出海啸警报. 例如，智利附近地震产生的海啸向外传播，海啸传到夏威夷需要12 h，传到日本则需要22 h.利用海啸从发源地向外传播的道理，1965年，26个国家和地区进行合作，在夏威夷建立了太平洋海啸警报中心（The Pacific Tsunami Warning Center， PTWC），许多国家还建立了类似的国家海啸警报中心. 一旦从地震台和国际地震中心得知海洋中发生地震得消息，PTWC就可以计算出海啸到达太平洋各地得时间，发出警报. 中国于1963年参加了太平洋海啸警报中心，对于来自太平洋方面的海啸，我们是有防备的.值得指出的是，海啸的产生是个复杂的问题，有的地震会造成海啸，而大部分海洋中的地震不产生海啸，因此，经常发生虚报的情况. 例如，1948年，檀香山受到了警报，采取了紧急行动，全部居民撤离了沿岸，结果，根本没有海啸发生，为紧急行动付出了3000万美元的代价. 前几年，在海啸警报中，虚报的比例大约有75%. 近几年，随着历史资料的深入分析和数值模拟技术的发展，虚报比例有所下降.致谢《物理》编辑部和编委吴忠良同志特邀作者撰写本文，编辑在文字加工中给予诸多帮助，谨表感谢本文选自《物理》2005年第3期十大热门文章1. 拓扑相变与拓扑相荣获2016诺贝尔物理学奖2. 趣谈2016年诺贝尔物理学奖获得者的真功夫3. 10位科学家新鲜热评 | 2016年诺奖物理学奖：物质的拓扑相变和拓扑相4. 深度解读2016诺贝尔化学奖：分子马达与纳米火箭5.钍基熔盐堆核能系统6. 早期中国物理发展的回忆（之一）7.早期中国物理发展的回忆（之二）8.从乌蒙山到念青唐古拉——百年宇宙线研究的中国故事9.物理学咬文嚼字之七十八：Reciprocity——对称性之上的对称性10. 纳尼，室温超导体来了！？END 更多精彩文章，请关注微信号：cpsjournals 长按指纹 识别图中二维码 添加关注