浅述海啸的形成及阻碍方法

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  我国学者在史料记载中发现,公元前47年(即西汉初元仁年)和公元173年(东汉熹平二年),在莱州湾和山东黄县曾发生过海啸.这被认为是世界上最早的两次海啸记载,并且被国外学者广泛引用.
  国家海洋局海洋发展战略研究所海啸专家杨华庭教授谈海啸的形成原因时,是这样描述的:水下地震、火山爆发或水下塌陷和滑坡等(再如海上的飓风、台风、水下核爆炸、小行星和慧星如果撞击海洋.)激起的巨浪,在涌向海湾内和海港时所形成的破坏性的大浪称为海啸.在开阔海面海啸波高度很低,海啸波在大洋中移行时,波长可达数十或数百公里,波高仅为1米左右,周期2-200分钟,传播速度一般为每小时二三百公里到1000多公里.海啸不会在深海大洋上造成灾害,以致正在航行的船只甚至很难察觉这种波动.海啸发生时,越在外海越安全,因此,准备靠岸或者停靠在岸边的船只要及时向外海开就可以化险为夷.而一旦海啸进入大陆架,由于海水深度急剧变浅,波高骤增,可达20~30米,这种巨浪可带来毁灭性灾害.海啸携带海底沉积物、船只、树木等重物一直冲入海岸线以上几百米的地方.海啸登陆时的速度可达每小时160公里,摧毁堤岸,淹没陆地,夺走生命财产,破坏力极大.如1896年发生于日本三陆的海啸,其最大的波冲上附近的陆地,达潮位以上25~30米,将不少村庄整个吞没,死亡27000人以上,破坏房屋10000间.2004年12月26日于印尼的苏门达腊外海发生芮氏地震9级海底地震.海啸袭击斯里兰卡、印度、泰国、印尼、马来西亚、孟加拉、马尔代夫、缅甸和非洲东岸等国,造成三十余万人丧生.据1900年到1983年的统计,太平洋地区共发生405次海啸,其中造成伤亡和显著经济损失的达84次,即平均每年一次.还有人认为,这个区域每18个月就至少要发生一次破坏性海啸.
  造成海啸的原因很多,以地震造成的较为常见,破坏性也大.据中国地震局统计,在1.5万次海底构造地震中,大约有100次能够引起海啸,地震海啸的产生一般受三个条件控制:
  震源断层条件 当震源表现为平堆错动时,不致产生海啸.如果震源断层表现为倾滑,就可能引起海啸.一般地说,垂[JP3]直差异运动越大,相对错动速度越大,面积越大,则海啸级越大.[JP]
  震源区水深条件 深水区比浅水区易于产生海啸.破坏性海啸,其震源区水深一般在200米左右,灾难性海啸的震源区水深在千米以上.
  震级、震源深度条件 一般震级大于6.5级、震源深度在25公里以内,可产生海啸;震级在7.5级以上,震源深度在40公里以内,可形成灾难性海啸.在满足震源断层条件和水深条件下,震级越大,震源越浅,海啸级越大.
  据统计,海洋里发生过的大地震能造成海啸的大约只占百分之四.这说明能使海啸波能量会聚登陆造成重大危害是有条件的:第一振源产生的海啸波经传播到近岸产生的效果与近岸复杂的地形有关;第二与海啸波传播到近岸时,相对于复杂地形的海啸波的传播方向有关.
  上文中提到:“在开阔海面海啸波高度很低,海啸波在大洋中移行时,波高仅为1米左右,一旦海啸进入大陆架,由于深度急剧变浅,波高骤增,可达20~30米”.这是观察到的现象,那么造成这一现象的根本原因又是什么呢?
  第一、海啸波传播的特点.水波既不是单纯的横波也不是单纯的纵波,这是由于液体的质点元运动可以看作两个简谐运动的叠加,这两个简谐运动频率相同,但振幅不同,一个在水平方向运动,另一个在竖直方向运动,相位之差为90°.因此这种波可看成相位差90°且振幅不同的纵波与横波的叠加.水平分量和竖直分量的振幅随深度增加而减小,但是竖直分量的振幅比水平分量减小得快.在水中及底部,运动主要是纵向的.在水表面,水平分量和竖直分量合成,各个液体质点元并不是上下运动,而是沿近似圆的轨道,上下前后地做周期性运动.
  第二、近岸复杂的地形.首先,如果海湾的形状为漏斗状,当海啸波与漏斗壁碰撞时,水质点元被漏斗壁部分反射,被漏斗壁部分反射回来的水质点元将能量传递给内部相临的水质点元,能量得到了叠加,海啸波波幅增大.其次,海湾海床的形状沿海湾的走向方向上为抛物线,整个海床就成了沿海湾走向方向上的平行抛物线构成的抛物面.
  第三、当海啸波传播到近岸,海啸波的传播方向沿着海湾的走向并与抛物线平行时,水中、水底传播来的海啸纵波经抛物线状的海床反射会聚到焦点(如图1所示,1.海床,2.入射来的海啸纵波,3.经海床反射后的海啸纵波,4.焦点),能量会聚叠加,巨大的能量带动水质点元运动,波幅陡涨.持续的横向大量的焦点处的水质点元同时被带动,就形成了水墙.这就是为什么海啸波在大洋中移行时,波高仅为1米左右,一旦海啸波进入大陆架,波高骤增,可达20~30米的原因.
  因此,一般海啸的形成包括三个要素:造成水扰动的强大振源、海啸波的传播方式及方向、提供海啸波能量会聚的合适的海湾、海床.
  千百年来,海啸给一些沿海地区的人们的生命财产带来了严重威胁,谈海啸色变亦不为过,面对海啸毫无办法,古人只能被动防预,三十六计跑为上计,甚至把希望寄托在镇海啸的金龙、铜牛等法器上.现代人类建立了海啸预警系统,做到提前预报,尽可能地减少海啸造成的损失,但这也只是以预防为主.为解决主动阻碍海啸这一难题,笔者潜心研究,提出了主动阻碍海啸的两种方法.目前这两种方法均已获得发明专利,在这两项专利中.第一种:“一种利用气泡阻碍海啸的方法”(专利号为 2013102510199).该装置的大致原理是:通过该装置在海底形成大量的气泡.一方面利用气泡在水中拦截海水纵波传递来的能量,让部分能量在中途通过压缩气泡转化为内能;另一方面利用气泡改变水组元之间的受力结构,前面的水组元无法正常带动后面的水组元,能量不能有效的传递,波幅(波高)大幅度减小,形成不了水墙,破坏力自然得到控制.该法既适应于控制传播中的海啸波,也适应于控制已形成的巨浪.第二种:“一种利用挡板阻碍海啸的方法”(专利号为2013102505222).该装置的大致原理是:通过该装置中的不规则反射面,有效地反射了水中传来的纵波,反射后的纵波杂乱无章,能量不再有续叠加,形成不了水墙,破坏力自然得到控制.该法适用于拦截未形成海啸的海啸纵波.
  对于我国海啸预警系统,国家海洋局海洋环境预报中心海洋环境预报室副主任于福江说:“我国已经建立了海啸预警系统.国家海洋局按照国务院统一部署编制了包括海啸在内的重大海洋灾害应急预案.一旦沿海预计可能受到海啸影响,国家海洋局海洋环境预报中心会立即通过海啸预警系统发布受影响地区的海啸预警报.同时,预计我国发生灾害性海啸时,国家将启动海啸应急预案.” 如果把海啸预警系统和阻碍海啸的方法有机的结合起来,对海啸由原来的被动防预转变为主动控制,那么对有效地保护国家和人民的生命财产将起到积极的推动作用.
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