海啸波,海啸周期与波长的特点
1、海啸周期与波长的特点
海啸周期指的是一个海啸从发生到消失所需要的时间,大约在5~90分钟之间,而波长是指一个海啸的距离,通常介于100m-100km。海啸的强度和运动性是由它的波长以及周期决定的,较长的波长,较短的周期,意味着海啸更加强劲,而较短的波长,较长的周期,代表海啸比较平缓。
海啸周期与波长的特点
海啸波是重力长波,波长可达100公里以上;它的传播速度等于重力加速度(9.8米/秒)与海水深度乘积的平方根,所以,海水越深,海啸波速度越快,海水越浅,海啸波速度越慢。当海啸波由远离海岸的深海区,进入海岸附近的浅海区后,波速便急剧降下来,后面的波速依然很快,后波就追上了前波,前后波相叠加,便使波浪的高度倍增,形成几米、甚至几十米高的巨浪。
海啸分类
海啸按成因可分为三类:地震海啸、火山海啸、滑坡海啸。地震海啸是海底发生地震时,海底地形急剧升降变动引起海水强烈扰动。其机制有两种形式:“下降型”海啸和“隆起型”海啸。
“下降型”海啸:某些构造地震引起海底地壳大范围的急剧下降,海水首先向突然错动下陷的空间涌去,并在其上方出现海水大规模积聚,当涌进的海水在海底遇到阻力后,即翻回海面产生压缩波,形成长波大浪,并向四周传播与扩散,这种下降型的海底地壳运动形成的海啸在海岸首先表现为异常的退潮现象。1960年智利地震海啸就属于此种类型。
“隆起型”海啸:某些构造地震引起海底地壳大范围的急剧上升,海水也随着隆起区一起抬升,并在隆起区域上方出现大规模的海水积聚,在重力作用下,海水必须保持一个等势面以达到相对平衡,于是海水从波源区向四周扩散,形成汹涌巨浪。这种隆起型的海底地壳运动形成的海啸波在海岸首先表现为异常的涨潮现象。1983年5月26日,中日本海7.7级地震引起的海啸属于此种类型。
相对受灾现场讲,海啸可分为遥海啸和本地海啸两类。
遥海啸:遥海啸是指横越大洋或从很远处传播来的海啸,也称为越洋海啸。海啸波属于海洋长波,一旦在源地生成后,在无岛屿群或大片浅滩、浅水陆架阻挡情况下,一般可传播数千公里而能量衰减很少,因此可能造成数千公里之遥的地方也遭受海啸灾害。如2004年底发生在印尼的大海啸就波及到几千公里外的斯里兰卡,1960年智利海啸也曾使数千公里之外的夏威夷、日本都遭受到严重灾害。
本地海啸:海啸的大多数均属于本地海啸或称为局地海啸。因为本地海啸从地震及海啸发生源地到受灾的滨海地区相距较近,所以海啸波抵达海岸的时间也较短,只有几分钟,多者几十分钟。在这种情况下,海啸预警时间则更短或根本无预警时间,因而往往造成极为严重的灾害。
海啸的危害
海啸发生时,震荡波在海面上以不断扩大的圆圈,传播到很远的地方。它以每小时600-1000公里的高速,在毫无阻拦的洋面上驰聘1万-2万公里的路程,掀起10-40米高的拍岸巨浪,吞没所波及的一切,有时最先到达的海岸的海啸可能是波谷,水位下落,暴露出浅滩海底;几分钟后波峰到来,一退一进,造成毁灭性的破坏。
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剧烈震动之后不久,巨浪呼啸,以摧枯拉朽之势,越过海岸线,越过田野,迅猛地袭击着岸边的城市和村庄,瞬时人们都消失在巨浪中。港口所有设施,被震塌的建筑物,在狂涛的洗劫下,被席卷一空。事后,海滩上一片狼藉,到处是残木破板和人畜尸体。
2、海波越低波长越长
波长:海啸波长特别长,100-500公里不等,而一般海浪只有100-200米;所以海啸波为浅水波,即波长远远大于水深的重力波。
第二,波速:海啸的波速特别高,浅水波的波速(C)与海水深度(H)与重力加速度(g)有关 ,即, g= 9.8 m/s2,如果海水深度达到4000米,波速可以达到700公里/小时;而海浪的波速一般不超过100公里/小时;
第三,波的周期:海啸波的周期长,一般10分钟-2小时;一般海浪波的周期很短,只有5-20秒;
第四,传播距离长,比如2004年印度尼西亚地震引起的海啸横扫整个印度洋,抵达非洲东部海岸,离地震震中4500公里(图2)。
图2 印度尼西亚苏门答腊地震海啸波及地图图
波在传播过程中的能量损失与波长成反比,因为海啸的波长特别长,其能量损失很小,也就是说,海啸的波在传播中可以保持其高能的而特点。当它由深水区抵达浅水区时,由于水深变浅,波速相应减小,但是根据能量守恒,其能量取决于波速与波高,因此,波速降低则意味着波高增加。进入浅水区,其波高变化由下式给出:,
其中hs和hd是浅水和深水的波高,Hs和Hd是浅水和深水的深度。因此,在水深4000米的开阔海域,1米高的海啸在10米深的水中会有4到5米的波高,逼近海岸时,其波高显著增大,像一堵水墙扑面而来,排山倒海之势,这就是所谓的浅滩效应(图3)。在宽阔海洋,因为波长长,波高不大,两者相比近乎可以忽略,所以风平浪静。但是海啸波快速向四周传播,经常是大难临头不自知,因此,海啸具有隐蔽性、突发性,其危害性极大。
3、海啸是横波,但它是由什么波产生的,是纵波
海底发生地震时,海底地壳急剧地升降变动,引起巨大的水体强烈扰动,形成海啸波(如图所示),危害巨大。对海啸波的理解正确的是
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A波长很短的机械波
B是由纵波和横波组成的简谐波
C是一种复杂的机械波
D是一种传递运动形式和能量的横波
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正确答案:C
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海啸波是横波还是纵波?
(横波和纵波都有,但是最主要的是横波在起作用。)这句话不太对,因为横波是由纵波引起的。
因为水的不可压缩性和流动性,当波扰动发生(如地震等),水组元做纵向运功,但相邻水组元的振动位移不同,而水组元又不可压缩,会使水表面发生横向移动。
所以其表现为横波。
其回复力也表现为重力,可以想像波传播时水面起伏的状态。
从海啸形成的原因看,因为它是因为相邻水组元的移动速度不同导致水组元水平方向被压缩从而导致水面升高,然后又因为重力而下降,从而形成横波。当水比较深时,水量比较大,因水平位移不同导致的竖直位移变化小,而水较浅时,水量少,位移变大。因而随着水深变浅,振幅变大。
4、海啸的威力究竟有多大?能给我们带来什么样的影响?
风平浪静的海面突然间海水急速向远处褪去,很多人都被这种从未见过的奇异现象所吸引。然而他们却不知道,一场毁灭性的灾难即将来临。几分钟后,远处迅速传来巨大的轰鸣声,一道高达二三十米的黑暗水墙迎面而来。汹涌而又沉重的巨浪有如泰山压顶一般,瞬间拍断了大树,摧毁了沿岸所有的建筑,这就是最令人畏惧的自然力量之一海啸。
在地球上,有八成的海啸是由于海底地震引发的。而地震又是由海底断层造成的,当断层错位的一刹那,上面所有的海水会瞬间被猛的拉扯,然后就形成了大浪,这种极具杀伤力的大浪可不同于风造成的普通海浪。风只会影响海面附近的水,而海啸则是升级海床的庞大水体产生的快速移动,在辽阔的海面,海啸波初期可能仅有二三十厘米高,它的行进速度会快如高速飞行的喷气客机。
同时还可以维持其充沛的能量,当海啸行进到海岸时会发生剧烈的变化,倾斜的海岸形成了巨大的阻力。致使其速度急速下降,从每小时900公里下降到30公里左右,当后面速度较快的水。赶上前方速度较慢的水时,就会造成急剧效应,导致海浪陡增,从原本的二三十厘米路然变成恐怖的二三十米,甚至更高,它的破坏力极为惊人。
一般来说,第一个海啸波通常不是最大的。后续的海浪才是真正的滔天巨浪,当大量的海水涌上干燥的陆地时,会卷起大量的尘土和残砖碎瓦等。致使其破坏力进一步加大。面对这样巨大的能量,人们基本上是毫无任何挣扎之力,有的会被瞬间淹死,有的则被洪流中的重物活活撞死。据计算海浪的压力可以达到每平方米三吨左右,即便是现代钢筋混凝土建筑,也无力抵挡,都会被撞的支离破损。
2004年12月26日,印度洋苏门达拉岛附近的地壳上一条断层线突然发生了断裂。积蓄了200多年,相当于23000颗广岛原子弹的能量在一瞬间被释放了出来,一场超级大海啸顿时被引发。一时间,疯狂的海啸波急速向印度洋四处扩散,30多米高的巨浪席卷了印度洋沿岸的数个国家。它带来了前所未有的死亡与毁灭,其规模之大真是惊世骇俗。据统计,仅这一场海啸就夺走了大约29万人的生命,导致数百万人无家可归。
2011年3月11日。日本东北部发生了九级大地震,惊恐的人们还没来得及喘息,接踵而来的高达20米的巨大海啸。房屋,汽车等等设施都变得不堪一击,被无情的洪水冲得到处都是。这次灾难共造成15985人遇难,2539人下落不明。
据统计,全球有记载的破坏性海啸大约有26次左右,平均大约67年会发生一次。其能量巨大,威力无穷,能瞬间毁灭一切。虽然人类无力抵抗,但是在灾难到来之前海水突然暴退或暴涨的奇异现象,可谓是大自然的最后预警。但愿这一点能成为人人皆知的常识。
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