2011年日本地震海嘯對(duì)浙江沿海的影響分析

伍遠(yuǎn)康，俞錫根，樓峰青

（浙江省水文局，浙江 杭州 310009）

2011年日本地震海嘯對(duì)浙江沿海的影響分析

伍遠(yuǎn)康，俞錫根，樓峰青

（浙江省水文局，浙江 杭州 310009）

監(jiān)測(cè)表明，2011年的日本地震海嘯已明顯波及約2 300 km以遠(yuǎn)的浙江沿海，根據(jù)實(shí)測(cè)潮位資料分析，此次海嘯波從發(fā)生地到浙江沿海傳播耗時(shí)在8.77 ～ 10.15 h，抵達(dá)大目涂站的平均傳播波速為72.6 m/s，觀測(cè)到的最大波高為0.55 m，按海嘯發(fā)生地監(jiān)測(cè)到的最大波高計(jì)算，抵達(dá)浙江沿海的海嘯波降幅約0.34 m/100 km。

地震海嘯；影響分析；浙江沿海

北京時(shí)間2011年3月11日13時(shí)46分，在日本本州島仙臺(tái)港以東130 km（38.3°N，142.4°E）發(fā)生Mw9.0級(jí)地震，震源深度約20 km，并引發(fā)海嘯，造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。震后30 min，位于日本近岸的Ofunato、Miyako港的驗(yàn)潮站監(jiān)測(cè)到的海嘯波幅分別為8.0 m、8.5 m[1]，并波及太平洋沿岸的大部分地區(qū)。中國(guó)國(guó)家海洋預(yù)報(bào)臺(tái)在大地震發(fā)生后發(fā)布了第一份海嘯藍(lán)色警報(bào)[2]。浙江省位于太平洋西岸，有全國(guó)最長(zhǎng)的海岸線，涉海災(zāi)害防御是防災(zāi)減災(zāi)的重要內(nèi)容之一。根據(jù)浙江省沿海潮水位自記記錄，分析此次地震海嘯到達(dá)浙江沿海時(shí)間，最大波高、波速以及波高衰減因子，對(duì)于沿海海嘯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地震海嘯波傳播路徑

浙江省位于日本的西南部，與日本隔海相望。本次引發(fā)海嘯的海底斷層呈東北偏北走向，海底斷層斷裂造成的海嘯波的能量分布與斷層走向垂直，呈西北 — 東南方向分布。海嘯波從震中開(kāi)始，緊貼日本東南部海岸，經(jīng)東海繞射向浙江沿海傳播（見(jiàn)圖1）。沿程受日本本島，琉球群島的阻隔及東海大陸架的摩阻作用，海嘯能量逐漸衰減。傳播路徑長(zhǎng)度和沿程海深依據(jù)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)NGDC的ETOPO1海底地形資料（http://maps.ngdc.noaa.gov/viewers/ wcs - client/）獲得。

地球表面上，通過(guò)南北極的周長(zhǎng)為39 940.67 km。因此，同一經(jīng)線上緯度相差1°的距離為：

同一緯線上經(jīng)度相差1°的距離為：

式中：φ為所在緯度，°。

為了準(zhǔn)確獲得地震波從震中到浙江沿海（象山大目涂）的距離和沿程海深，在海底數(shù)字地形上，沿傳播路徑選擇11塊四邊型區(qū)域，分別求得每塊四邊形的平均海深與其中心經(jīng)度、緯度，按2點(diǎn)間距離公式：

式中：X1、y1和X2、y2分別為2個(gè)點(diǎn)的直角坐標(biāo)；為2個(gè)點(diǎn)的經(jīng)度和緯度，°，為2個(gè)點(diǎn)的平均緯度，°。

求得地震波從震中到浙江沿海的傳播距離為2 301.8 km（見(jiàn)表1），由此計(jì)算得出傳播路徑上按距離加權(quán)的平均海深為640.8 m。

表1 傳播距離和沿程海深統(tǒng)計(jì)表

圖1 2011年日本地震海嘯波至浙江沿海傳播路徑示意圖

2 海嘯波實(shí)測(cè)記錄

日本地震發(fā)生的當(dāng)天晚上，位于浙江沿海的主要潮位站的自記儀器均清晰地測(cè)記到了海嘯波，圖2是寧波市象山縣大目涂潮位站3月11日的潮水位自記記錄圖，由圖2可以清楚地看到疊加在潮水位自記跡線上的海嘯波波動(dòng)。由于受沿海各潮位站所處位置、離震中的距離以及測(cè)站所處海域外圍島礁的阻隔等因素影響，各站海嘯波的波幅、出現(xiàn)時(shí)間有所不同。為了準(zhǔn)確反映各地受影響的情況以及相互之間的影響差異，在浙江沿海的潮位站中從北到南摘錄了岱山、定海、大目涂、鍵跳、海門以及鰲江等6個(gè)潮位站3月10日00時(shí)至3月12日23時(shí)的潮水位過(guò)程，繪制成潮水位過(guò)程線（見(jiàn)圖3）。6個(gè)站的潮水位過(guò)程線上，都可見(jiàn)到疊加的海嘯波；其中，位于傳播路徑附近的岱山、大目涂站最為明顯，而定海站雖同樣位于傳播路徑附近，但由于測(cè)站背對(duì)傳播方向，受舟山本島阻隔，影響減小。第一個(gè)海嘯波到達(dá)的時(shí)間，從北到南分別為岱山22時(shí)32分，定海22時(shí)45分，大目涂22時(shí)35分，鍵跳23時(shí)00分，海門23時(shí)20分，敖江23時(shí)55分，時(shí)間逐漸后延；定海站雖位于北部，但海嘯波需繞過(guò)定海本島，抵達(dá)時(shí)間延長(zhǎng)。

圖2 2011年3月11日大目涂站潮位自記紀(jì)錄圖

圖3 3月10 — 14日浙江沿海6站潮水位過(guò)程圖

3 海嘯波的主要傳播特征

3.1 傳播時(shí)間

從北京時(shí)間3月11日13時(shí)46分發(fā)生地震開(kāi)始到第一個(gè)海嘯波抵達(dá)浙江沿海各潮位站的時(shí)間之差為海嘯波傳播時(shí)間，由此計(jì)算得海嘯波到達(dá)岱山、定海、大目涂、鍵跳、海門和敖江站的傳播耗時(shí)分別為8.77，8.98，8.82 ，9.23 ，9.57，10.15 h，平均時(shí)間為9.25 h。

3.2 傳播速度

海嘯在大洋表面上的優(yōu)勢(shì)波波長(zhǎng)可達(dá)數(shù)百公里[3]，大洋水深與海嘯波的波長(zhǎng)之比一般小于1/20，又稱為淺水波。其傳播速度僅決定于水深，與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，計(jì)算公式為：

式中：v為海嘯波波速（m/s）；h為海的深度（m）；g為重力加速度（m/s2）。

根據(jù)震中到象山大目涂的傳播路徑上的平均海深640.80 m，計(jì)算得海嘯波波速為79.3 m/s。但由于地震海嘯波沿日本南部近海岸行進(jìn)和爬高傳播時(shí)，受到各種近海、近岸復(fù)雜因素影響，非線性增大，按上述傳播距離2 306.0 km與實(shí)測(cè)傳播時(shí)間8.82 h之比的實(shí)際傳播速度為72.6 m/s，實(shí)際傳播速度要略低于計(jì)算波速。

3.3 最大波高

最大波高又稱最大波幅或最大振幅，是指海嘯波離開(kāi)平衡位置的最大位移的絕對(duì)值。從圖3的監(jiān)測(cè)資料分析，浙江沿海從北到南海嘯波的振幅為岱山0.20 m、定海0.10 m、大目涂0.55 m、鍵跳0.23 m、海門0.12 m、敖江0.41 m，總體自北向南逐漸減小。其中，敖江站振幅不降反升，是否由于海嘯波從傳播路徑東南部的更深海域傳來(lái)，波幅衰減小之故尚待研究。

3.4 波高衰減因子

地震發(fā)生后，位于日本近岸的Miyako港的潮位站監(jiān)測(cè)到的海嘯最大波幅為8.50 m，海嘯波向浙江沿海傳播過(guò)程中，受到日本本島、琉球群島及東海大陸架的摩擦耗能作用，波幅逐漸降低，象山大目涂測(cè)到的海嘯波波幅為0.55 m。由此計(jì)算地震海嘯的波高衰減因子為0.064 7，沿程降幅約0.34 m/100 km。

4 結(jié) 語(yǔ)

發(fā)生在2011年3月11日13時(shí)46分的日本地震，引發(fā)的地震海嘯已明顯波及2 300.0 km以遠(yuǎn)的浙江沿海，海嘯波沿程傳播耗時(shí)在8.77 ～ 10.15 h，抵達(dá)象山大目涂的平均波速為72.6 m/s，最大波高為0.55 m，按海嘯發(fā)生地監(jiān)測(cè)到的最大波高計(jì)算，抵達(dá)浙江沿海的海嘯波降幅約0.34 m/100 km。由于此次地震發(fā)生在西太平洋，距離浙江沿海相對(duì)較遠(yuǎn)，且東海大陸架存在相對(duì)較淺的海域，摩擦耗能等使得海嘯波幅進(jìn)一步衰減，對(duì)浙江沿海沒(méi)有產(chǎn)生明顯影響。但依據(jù)此次地震海嘯的原型觀測(cè)成果，分析海嘯波的傳播特征，對(duì)于浙江沿海海嘯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

致謝：感謝浙江沿海各潮位站的水文站職工對(duì)此次地震海嘯的完整、準(zhǔn)確觀測(cè)，為本文分析提供了第一手資料。

[1] 王培濤，于福江，趙聯(lián)大，等.2011年3月11日日本地震海嘯越洋傳播及對(duì)中國(guó)影響的數(shù)值分析[J].地球物理學(xué)報(bào)，2012，55(9)：2088 - 3096.

[2] 溫瑞智，任葉飛，李小軍，等.我國(guó)地震海嘯危險(xiǎn)性概率分析方法[J].華南地震，2011，31(4)：1 - 13.

[3] 姚遠(yuǎn)，蔡樹(shù)群，王盛安，等.海嘯波數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀[J].海洋科學(xué)進(jìn)展，2007，5(4)：447 - 491.

（責(zé)任編輯 郎忘憂）

Impact Analysis of the Japanese Tsunami in 2011 on Zhejiang Coastal Areas

WU Yuan - kang，YU Xi - gen，LOU Feng - qing
(Hydrology Bureau of Zhejiang Province，Hangzhou 310009，Zhejiang，China)

Monitoring shows that in 2011 the Japanese tsunami significantly affected Zhejiang coast about 2300 km away. According to the measured tide data analysis，the tsunami wave transmission from the place of occurrence to Zhejiang coast cost between 8.77 ～ 10.15 hr. The waves arrived at Damutu station with an average propagation velocity of about 72.6 m/s. Monitored maximum wave height was 0.55 m. Compared to the maximum wave height monitored at the tsunami scene，the decreasing aptitude was 0.34 m / 100 km.

tsunami；impact analysis；Zhejiang coast

P315.3

：A

：1008 - 701X(2017)01 - 0069 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.01.022

2015-07-28

伍遠(yuǎn)康(1957 - )，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事水文、水資源及水環(huán)境研究工作。

E - mail：wuyk130@zjwater.gov.cn