淺談海嘯

淺談海嘯 (Tsunami)
國立臺灣師範大學地球科學系盧鴻復碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯

1. 前言

2004年12月26日，臺灣時間上午9點左右，在印尼蘇門達臘島西方印度洋海域連續發生強烈地震，芮氏規模達9.3，是有史以來在地震觀測紀錄上排行第二的大型地震。此強烈大地震發生後隨即引發海嘯，進而影響印度洋周邊國家，包括印尼、印度、斯里蘭卡、馬爾地夫等地遭受到海嘯襲擊(如圖1)，造成近30 萬人罹難。災難發生後，舉世譁然，堪稱世紀之最，各界爭相討論相關話題。然而海嘯對許多人而言似乎既熟悉又陌生，知其然卻不知其所以然。因此本文擬針對海嘯作一些簡單的介紹，使更多人瞭解這種威力驚人的自然現象。

2. 海嘯名稱的由來

「海嘯」猶如圖2所示，巨大的海浪於岸邊破碎而引發聲音，就如同萬馬奔騰。事實上，「海嘯」古稱為「海溢」才是常見的說法，深究其淵源，最早甚至可以追溯至漢朝。之後「海潮溢」、「海唑」、「海沸」、「海吼」也都是曾經被使用來描述海嘯現象的語詞。至於「海嘯」這個名稱，大約在元朝才開始被使用。在元人劉 塤所著的《隱居通議》中寫到：「嘗見海嘯，其海水拔起如山高。」故此可知現今中文海嘯的用法應是發跡於斯。

至於海嘯的英文，國際上統一稱為「tsunami」。tsunami這個字就是由日文而來，日文漢字寫作「津波」。「津」（tsu）是港口的意思， 「波」（nami）則是波浪的意思，而「津波」表示能在港內損傷船隻的波浪。

但為什麼要用日文讀音轉譯呢？因為在過去，英文將海嘯稱作「tidal wave」（潮波）或「seismic sea wave」（地震海浪），後來發現這樣的稱呼在文義上並不完整與恰當。因為海嘯與潮汐並無關連，且地震也並非導致海嘯的唯一成因，再加上早在西元684年 日本就有海嘯紀錄，且其又是因海嘯受害最深的國家，故以「tsunami」來表示海嘯。

3. 何謂海嘯

根據國際海嘯資訊中心（International Tsunami Information Center, ITIC）所公布的海嘯定義：

「海嘯是一系列具有極長週期與波長的巨大波浪，這些波浪通常是經由具猛烈衝擊性的海下擾動、近岸或海中的地質活動所造成。當大量的海水遭到置移或者是地震造成海床突然隆起、下陷，海水便會因為重力的影響產生海嘯。」海嘯在大洋上不容易透過觀測而察覺。在近岸時有時候會產生巨大的海浪，侵襲陸地上的建築物以及居民，造成許多財物損失以及人命傷亡，且破壞程度比諸其他天災有過之而無不及，這也是海嘯之所以令人聞之色變的主要原因。

目前，人類對地震、火山爆發、海嘯等突如其來的災難，只能透過監測來預警或減少它們所造成的損失，但還不能預測它們的發生。

4. 形成海嘯的原因

造成海嘯的因素有很多，一般常見的有海底地層斷裂、火山爆發、海底山崩等地質活動，其他尚有海下核子試爆以及大型隕石撞擊海洋等因素。簡單來說，如果有足夠的能量使海面產生長週期的波動，就能夠引發海嘯。

綜觀上述定義，我們知道地震並不是導致海嘯發生的主要原因，真正的幕後黑手經常是在海底或海面的劇烈地質活動。到目前為止，絕大多數的毀滅性海嘯都是由海底地層斷裂所造成的，基本上由於激烈的地質活動總是伴隨著地震的發生，因此瞭解海嘯與地震的關係會使我們更容易預警海嘯的發生。

科學家發現要能造成毀滅性海嘯的地震必須具備下列的條件：(1).屬於淺層地震；(2).芮氏地震規模大於7.5；(3).產生垂直的位移。

圖3便是海底斷層引發海嘯的示意圖。就這次南亞地區所發生的大海嘯而言，就是肇因於海底地層斷裂所產生深度達30公里、芮氏規模9.3的大地震。

5. 海嘯的性質

海嘯在定義上是一種波浪，週期一般在10分鐘以上，其波長往往超過100公里；和一般海面上常見週期僅有數秒，波長僅有數十米的波浪相比，其規模明顯較大。由於海嘯波長極長，在分類上屬於淺水波，因此具有淺水波的性質。所謂的「淺水波」是指所在的水深與波長比值小於1/20這種情況與一般海面波浪會隨著所在水深而改變其波動性質亦是相同。根據波浪理論，淺水波的波速是， 其中g是重力加速度，H是水深，故我們知道海嘯的傳播速度與水深有很大相關。當水深大時，海嘯傳播的速度快；水深變小時，速度則相對變慢。若將全球海洋平均深度代入公式之中，經由簡單的計算，我們便可以得到大洋中一般海嘯的速度大約在每小時750公里左右。這樣的海嘯傳播速度大約與現代噴射客機差不多，非常快速，不到1天的時間便能橫越太平洋。

海嘯雖然具有相當快的傳播速度，但是其波高在大洋上卻很小，往往低於1公尺。海嘯的波高如此之小，週期與波長卻如此之長，在相隔百公里，兩波峰之間的海水必須經過10分鐘以上才能產生僅僅數十公分的水面高度變化。因此無論是在大海中的船隻、空中的飛機或衛星都完全無法在茫茫大海中找出海嘯的蹤跡，更不要說監測海嘯的行進了。所以海嘯在大海中就像穿梭在夜裡的黑衣殺手，無聲無息、無影無蹤地接近陸地。

然而海嘯的可怕之處並不只在於它傳播時的隱匿性，當海嘯悄悄靠近陸地以後，週期不變，但由於水深迅速變淺，因此海嘯的前端變慢，而後端仍然維持極快 的速度。如此一來，海水便會在海嘯的前端開始堆積高漲，致使波高迅速成長，最大可達十幾公尺，形似一堵水牆鋪天蓋地而來。大家應該都到過海邊看過浪花吧！波浪破碎之後就是浪花，但是為什麼海嘯的波浪可以維持水牆形狀卻不會破碎呢？原因是波浪有所謂的「尖銳度」，也就是波高與波長的比值；當波浪的尖銳度大於 1/7時， 波浪便會無法維持波形而破碎。而海嘯的波長常達百公里以上，所以海嘯在近岸時才能維持極為高聳的波高而不致破碎。事實上不是所有的海嘯都能夠在近岸時產生巨大的波浪與破壞力，因為受到海岸形狀與近岸海底地形的影響，有些海嘯只能造成數十公分的波高，對日常生活來說根本毫無影響。

6. 海嘯發生的地區

全球的海嘯發生地區大致與地震帶一致，有紀錄的破壞性海嘯大約有260次左右，平均大約六、七年發生一次。發生在環太平洋地區的地震海嘯就佔了約80%， 而日本列島及其鄰近海域的地震海嘯有佔了太平洋地震海嘯的60%左右，日本是全世界發生地震海嘯並且受海最深的國家，即使發生在南美的1960年智利大海 嘯，亦會穿越太平洋而在日本產生巨大的波浪，如圖4所示。

7. 海嘯的災害

海嘯對陸地所能造成的災害取決於其海浪高度。愈巨大的浪高，代表愈強大的能量，也表示能侵入陸地的距離愈長、受害的建築、財物與人數愈多。對於海嘯強度的分類，曾有日本學者今村（1942）與飯田（1958）分別創立與增訂海嘯規模表，內容如表1。

當毀滅性的海嘯來襲時，若是波谷先行到達，則海水會迅速退離海岸，（反之若波峰先行抵達則會水位上升，但不明顯），遠遠地就能見到轟隆作響的巨大水 牆，以很快的速度向陸地前進。到達海岸時，由於海嘯攜帶強大的能量，因此巨浪會破壞堤防，同時毀壞港內的船隻與碼頭設施；海岸邊的許多工廠、電廠、油槽、住宅、公路都可能遭到嚴重破壞，而行人更會因反應不及而慘遭惡浪吞噬。此外，如前所述，海嘯是一連串的巨浪，這表示上述的情況會在短時間內連續發生數次， 通常前幾波的海嘯襲擊才是造成重大傷亡與損失的主要原因。除了這次南亞海嘯以外，過去世界上曾經發生多起海嘯災難，每次都造成許多人不幸罹難以及無以數計的物質損失。

8. 史上的重大海嘯

• 西元1755年葡萄牙里斯本大海嘯，沿岸海浪高達60公尺。
• 西元1883年印尼大海嘯，伴隨著克拉卡托火山爆發而來，造成36000人死亡，海嘯威力最遠達到巴拿馬。
• 西元1896年日本的三陸大海嘯形成2、30公尺的巨浪，造成27000人死亡。
• 西元1960年在智利外海伴隨規模9.0地震而生的海嘯，在智利當地導致4000人喪生，之後，同一波海嘯更橫越太平洋，在夏威夷造成61人死亡，最後到達日本也有超過100人罹難，總損失超過500億美金。
• 西元1992年9月尼加拉瓜發生海嘯。
• 西元1998年7月巴布亞新畿內亞外海的兩個7.0級的海底地震引發海底山崩，進而引發海嘯，造成當地約2100人死亡。
• 西元2004年12月26日於印尼的蘇門達臘外海發生芮氏9.3級的海底地震，海嘯造成斯里蘭卡、印度、泰國、印尼、馬來西亞及東非等地約30萬人死亡。

9. 臺灣地區海嘯災害

根據中央氣象局網站提供的資料，臺灣過去曾有文書記載疑似海嘯的災害計有六次。分別是西元1661年在臺南安平、1721年確切地點不詳、1781年在屏東佳冬、1792年在臺南鹿耳門、1866年確切地點不詳、1867年在基隆淡水。其中，1781年的海嘯因為有同時期的地震報導，所以疑是遠處地震所產生的海嘯災害。另外，1867年的海嘯也有連續報導長達15日的地震現象，極可能是近處地震所引發的海嘯災害。

再者，根據高雄海洋科技大學張國棟教授在其著作中針對1960年智利大地震至1996年間發生於臺灣地區的海嘯事件所整理的圖表（表2），我們不難發現，事實上在臺灣每隔數年便有海嘯事件發生，只 是都未傳出任何災情。推論其原因，可能是因為這些海嘯多發生在臺灣東部海底地形陡峭之處，海嘯傳遞至此不易產生海水堆積作用。試想，若海嘯侵襲海底地形普遍平緩的臺灣西部，便可能產生嚴重災害。

10. 海嘯的觀測

在大洋中觀測海嘯是非常不容易的事，因為在大洋中海嘯所造成的海面變化只有數公分，常被誤認為海面的波浪。歸納現有的觀測方法有四，詳述如下：

10.1 高頻雷達測流儀

由於海嘯在大洋中的傳遞速度可達時速700公里，猶如噴式客機的速度，傳統的流速一事是不可能觀測到此速度。但是，海嘯也是一種波浪，其保有波峰與波谷之海面流向相反的特性(如圖5所示)，於是Donald E. Barrick於1979提出利用高頻雷達測流儀(有關此儀器可參考海軍軍官93年2月號：測流方法與測流儀器簡介)觀測海嘯的構想。當海嘯傳遞至近岸海域時，其波長約為45公里，故分別各有約有22公里相反流向的區域，由於當時的高頻雷達測流儀的觀測範圍約為30公里，故此想法並不可行。今日，高頻雷達 測流儀的觀測範圍已可達200公里，故當一完整的海嘯波動完全進入雷達觀測海域，其距離岸邊尚有150公里，故警告大約可提早15-20分鐘，而這時間已 經足以提供早期預警系統應用了。

10.2 深海觀測站

此觀測原理是在深海中的水位計觀測因海嘯所因發的水位變化，並將資訊由深海透過聲納將其傳遞至海表面浮標，在藉由浮標上的衛星天線，將資訊透過衛星將其傳回陸地的測報中心，其運作圖如圖6所示，而圖7則是美國現有在太平洋的觀測浮標位置。

10.3 衛星測高資料

海面高度的起伏，亦可由海面測高衛星獲得，然而此種觀測必須配合當海嘯正在傳遞時恰巧有衛星通過。例如圖8即是此次南亞大海嘯發生時，Jason 1衛星的飛行軌道示意圖，恰巧通過印度洋海域。而圖9則顯示平常此海域的海面高度與海嘯通過時的海面高度，明顯的可看出彼此差異。

10.4 衛星影像資料

倘若專司攝影的衛星通過海嘯區域，亦有可能攝得海嘯影像。圖10即顯示Terra衛星於2004年12月26日當地時間9點15分(地震發生後2小時17分)所攝得的2004南亞大海嘯於泰國外海的海嘯影像，此海嘯長度約為60公里。

11. 海嘯的預警與防災

環太平洋地區是世界上地震最多的區域，所以也是海嘯最多的區域。美國早在1949年於夏威夷成立了太平洋海嘯預警中心（Pacific Tsunami Warning Center, PTWC），並且聯合了二十六個會員國在整個太平洋區域設置許多地震以及水位的觀測站(如圖11）。一旦PTWC經由這些觀測站獲知足以引發海嘯的強烈地震訊號或已發生的海嘯水位訊號，將會發佈緊急警報給太平洋周邊各國，以減少人命與財產的損失。

此外，我國的中央氣象局也會在接獲PTWC海嘯警報或者是偵測到臺灣近海發生規模6.0以上地震的同時，立刻藉由廣播或電視通知一般民眾遠離海岸。透過這樣的預警機制，可有效爭取海嘯來襲之前的黃金時間，使民眾得以及時避難，維護生命安全。

海嘯是如此的可怕，而我們又身處在這個危險的區域中，那我們個人應該如何防止海嘯造成的災害，維護自己的安全呢？從國際海嘯資訊中心 (International Tsunami Information Center, ITIC)對外宣導用的圖片即可明瞭(圖12）

這張圖示的意思非常簡單，那就是「走為上策」！當你獲知海嘯警訊的時候，務必放下手邊所有事物，盡速向高處避難。因為目前並沒有針對毀滅性海嘯的具體防護措施，唯有採取自保性的逃生，才是最為實際的作為。
在此也列出內政部消防署針對海嘯來襲時所應恪遵的七項守則給大家參考：

(一)首先要考慮到自身的安全，因為一旦身體受傷，就很難進行避難。

(二)避難時必須要往高處走，必要時，甚至還得進行二次避難，走到更高的地方，因為海嘯危害的程度，往往不是靠過去的經驗可以判斷的，寧可以最壞的打算進行逃生與避難。

(三)近海地震所引發的海嘯，避難時間相當短，盡量不要靠車輛避難，因為短時間內路上突然湧入許多車輛，容易造成交通阻塞，而且車輛被海嘯捲入，人員更不容易脫困。

(四)海嘯來襲時一切以避難為先，不要過於掛念家中貴重物品或自家漁船，海嘯第一波與後續第二、三波的間隔可能很長，潮水暫時退去後，不要立即返家或是到港口探視自家漁船。

(五)平時應將家中的傢俱予以固定，避免地震造成傢俱傾倒造成人員受傷，甚至影響第一時間的避難逃生。

(六)海嘯已經造成淹水而來不及避難，必須就近往高處逃生，若不幸浸泡在水裏，容易被大型飄浮物撞擊而受傷，特別需要加以注意。

(七)海嘯已經造成淹水而來不及避難，人員應儘量遠離堅硬的設施，如岩岸、鋼筋混凝土結構，避免水流衝擊使得人員碰撞到這些堅硬設施而受傷。

12. 結語

海嘯是一種可怕的天災，其威力之強，就連颱風暴雨也無法與之匹敵。這次南亞地區發生百年大震，所產生的海嘯席捲印度洋，死亡人數將近三十萬人，無家可歸者更是難以數計。所幸我們居住的臺灣並未受這波天災侵擾，然而臺灣地區並非未曾遭遇海嘯侵襲，文獻上的敘述今日讀來仍令人怵目驚心，因此我們不能夠掉以輕 心，但也不必過度驚慌。

危難如此次南亞海嘯其實並不會經常發生，經由許多科學家的研究以及過去許多不幸的海嘯經驗，雖然尚無積極具體的方法可以抵抗和阻擋海嘯的侵襲，但至少我們已經了解海嘯的成因以及海嘯所造成的災害。正所謂「知識就是力量」、「知識就是安全」，我們既然對它有所認知，自然能設法避險。下 次當你在海邊遊玩時，若發現腳下的大地震動不息，海水遠離退去並露出水下礁岩，切記盡快往高處撤退，必能免於海嘯災難。

參考資料
1. 王子今：中國古代的海嘯災害，光明日報。
2. 許明光、李起彤，台灣海嘯研究。
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4. 劉安國：海嘯，智慧藏百科全書網，中國大百科。
5. 中央氣象局，地震百問。http://www.cwb.gov.tw
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7. Barrick, Donald E., 1979: A costal radar system for tsunami warning. Remote Sensing of Environment, Vol. 8, 353-358.
8. Garrison, Tom S., 2005: Oceanography: An Invitation to Marine Science, 4th Ed..
9. Gower, Jim, 2005: Jason 1 detects the 26 December 2004 Tsunami. EOS Transactions, AGU, 86, 37-38.
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16. Web site of PMEL Tsunami Research Program, http://www.pmel.noaa.gov/tsunami/
17. Web site of West Coast & Alaska Tsunami Warning Center, http://wcatwc.arh.noaa.gov/