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第二节 波浪(5)

时间:2015-09-16  归属:水文学

  (一)地震海啸

  破坏性的地震海啸,只在地震构造运动出现垂直断层,震源深度小于20—50公里,而里氏震级大于6.5的条件下才能发生。没有海底变形的地震冲击或海底的弹性震动,可引起较弱的海啸。

  海啸是一种频率介于潮波和涌浪之间的重力长波,其波长约为几十至几百公里,周期为2—200分钟,最常见的是2—40分钟。传播速度由下式确定:

  

  式中,C为传播速度;g为重力加速度;H为海区深度。

  若取大洋平均深度为4公里,周期为40分钟,则相应的海啸波的传播速度为713公里/小时,波长为475公里。在地震或扰动源的强迫力作用下,海啸的传播可分为3个阶段:①源地附近的传播;②大洋中的自由传播;③近岸带中的传播。海啸在传播过程中,如果不发生反射、绕射和摩擦等现象,则两波线之间的能量与波源的距离无关。波高h随相邻两波线间的距离l和水深H的变化服从格林定律:

  

  其中在绝大多数情况下,海啸源地的海底断层呈狭带状。在水深急剧变化或海底起伏很大的局部海区,会出现海啸波的反射现象。在大陆架或海岸附近,海啸在传播过程中遇到海岸边界、海岛、半岛、海角等障碍物时,还会产生绕射。海啸进入大陆架后,因深度急聚变浅,能量集中,引起振幅增大,并能诱发出以边缘波形式传播的一类长波。当海啸进入海湾以后波高骤然增大,特别是在V型(三角型或漏斗型)的湾口处更是如此。这时湾顶的波高通常为海湾入口处的3—4倍。在U型海湾,湾顶的波高约为入口处的2倍。在袋状的湾口,湾顶的波高可低于平均波高。海啸波在湾口和湾内反复发生反射时,往往诱发出湾内海水的固有振动,使波高激增。这时可出现波高为10—15米的大波和造成波峰倒卷,甚至发生水滴溅出海面的现象。溅出的水珠有时可高达50米以上。

  世界上有记载的由大地震引起的海啸,80%以上发生在太平洋地区。在环太平洋地震带的西北太平洋海域,更是发生地震海啸的集中区域。海啸主要分布在日本太平洋沿岸、夏威夷群岛、中南美和北美。中国是一个多地震国,但海啸却不多见。

  从海面到海底,海啸的流速几乎是一致的。当它传播到近岸处时,海水的流速很大(若波高为10米,流速也大致为10米/秒),骤然形成“水墙”,伴随着隆隆巨响,汹涌地冲向海岸,它可以使堤岸决口。若最先到达的是波谷,则水位骤落,可看见从未裸露的水下礁石。几乎所有的海啸灾害都是由最初2—3级波所造成的。(表4-7)海啸灾害常发生在第一波到达岸边几个小时内。海啸破坏力很大,1960年5月23日在智利发生的海啸,曾把夏威夷群岛希洛湾内护岸砌壁的约10吨重的巨大玄武岩块翻转,抛到100米外的地方。海啸给沿岸地区的人、畜、树木、房屋建筑、港湾设施、船舶和海上建筑物等造成的严重灾害,往往大于地震灾害。

 

  (二)风暴潮

  由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现象,叫风暴潮,又称风暴增水或气象海啸。风暴潮是一种重力长波,周期从几小时到几天不等,介于地震海啸和低频的海洋潮汐之间,振幅可达数米。风暴潮是沿海地区的一种自然灾害,它和相伴的狂风巨浪,可引起水位暴涨、堤岸决口、农田淹没、房摧船毁,从而酿成灾害。例如,1970年11月12—13日发生在孟加拉湾沿岸地区的一次飓风暴潮,最大增水超过6米,导致20余万人死亡和约100万人无家可归。在较大风暴潮和潮汐高潮相叠的情况下,必然造成更大的灾害,但这种情况比较罕见。

  通常把风暴潮分为温带气旋引起的温带风暴潮和热带风暴(台风)引起的热带风暴潮两类。

  1.温带风暴潮 多发生在春秋季节,中纬度沿海各地都可以见到。如北海和波罗地海沿岸、美国东岸和日本沿岸,经常出现这种风暴潮,它以潮位变化的稳定和持续为特点。每逢春秋过渡季节,中国北部海区在北方冷高压配合南方低压(槽)的天气形势影响下发生的风暴潮,也有类似的特点。

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