TSUNAMI SCIENCE RESEARCH LABORATORY

終極天災:海嘯

吳祚任教授,國立中央大學 水文與海洋科學研究所

2013/6/9 版

海嘯是地球上最可怕的天災之一。它帶來的巨浪,能夠在數分鐘之內摧毀整個濱海地區。我們將介紹海嘯的成因,特性,以及科學家們如何面對與分析這個終極天災:海嘯。

學習目標:

1 認識海嘯與海嘯科學
1.1 什麼是海嘯?
1.2 歷史上的海嘯
1.3 海嘯的定義及成因
1.4 海嘯的科學名稱?
1.5 海嘯與風浪的不同?
1.6 地震如何引發海嘯?
1.7 海嘯的一生
1.8 海嘯的傳播速度
1.9 為何海嘯能過越過海洋而不消散?
1.10 海嘯抵達岸邊的波高放大效應

2 台灣潛在的海嘯威脅與歷史海嘯記錄

3 海嘯來臨時如何逃生?

 

1.1 什麼是海嘯?

海嘯的英文是 Tsunami 。唸法為 soo-NAH-mee。這是由日文『津波』發音而來。其中 Tsu 即為『津』,亦即海港之意,而 nami 即為『波』,也就是海浪的意思。所以 Tsunami 在日文即為在港口裡面的浪。

日本人用『津波』這兩個字來描述海嘯非常傳神。一般港口設計的目的是讓船舶可以平穩的停泊,因此主要的功能以消除波浪為主。但是,什麼樣的波浪可以破壞這樣的功能,而讓港口還能見到大浪呢?目前看來只有海嘯有這個能耐。

全球有記載的破壞性海嘯大約有 260次左右,平均大約六、七年就會發生一次。其中發生在環太平洋地區的地震海嘯就佔了約 80%。而這當中,日本列島及附近海域的地震又佔太平洋地震海嘯的 60%左右,原因留待稍後敘述。也因如此,日本是全球發生地震海嘯最頻繁的國家,因此也最有資格為海嘯命名。

在我們開始探討海嘯的成因之前,我們先來看看人類歷史上的重要海嘯紀錄。

 

1.2 海嘯歷史

在人類歷史上,最早的海嘯紀錄是在西元前 1480 年,這場海嘯規模強大,摧毀地中海西部之米諾文明( Minoan civilization )。這類型會將整個區域文明完全摧毀的事件實在罕見,也見證海嘯可怕的威力。


圖 1 ,遭受海嘯攻擊的 地中海西部之米諾文明(圖:Wiki)

 

在日本方面,海嘯災難的紀錄可追溯到西元 684 年。在美洲大陸部份,大海嘯的紀錄最早為西元 1562 年的智利海嘯以及 1788 年的阿拉斯加海嘯。夏威夷的部份則可追溯到西元 1821 年。

如前所述,歷史上大部分毀滅性的海嘯發生在太平洋,例如最近發生的2011年東日本大海嘯。不過大海嘯也曾經在大西洋、印度洋,甚至地中海發生。西元 1755 年就有海嘯發生於葡萄牙里斯本, 1918 年在波多黎各的莫那海峽( Mona Passage ), 1929 年加拿大的 Grand Banks ,以及最有名的 2004 年南亞大海嘯發生於印度洋。

這裡,我們就先以2011年東日本大海嘯為切入點。這海嘯影響台灣很深,並不是因為海嘯波有攻擊到台灣,而是相較於2004南亞海嘯,日本因為建築物、文化、甚至核電廠都很類似台灣,讓台灣感同身受,也間接激發台灣對於海嘯的憂患意識。

2011年3月11日,筆者剛從日本東京搭機返台,回到課堂上,旋即收到太平洋海嘯警報中心(PTWC)傳來的簡訊,表示日本發生規模7.8的地震,不久後即上修到8.1,在不久就修正到8.9,最後則是高達規模9.1,這時筆者也按奈不住緊張的心情,馬上告假奔回研究室,展開海嘯模擬與追蹤。這裡有個非常重要的關鍵,就是地震規模。當地震發生於海底,規模達到7.5以上,就可能有災情發生,如果到8.0,通常會產生具有破壞性的海嘯波,到8.5時,通常會有嚴重的災情,到了9.0,就是毀滅性的海嘯。當然也有例外,例如海嘯傳遞的路徑上沒有人口稠密的地區,如2005年規模8.8的南亞海嘯餘震。有時因為地震是肇因於板塊水平錯動,也不易發生海嘯,如2012年南亞發生規模8.7的地震。不過大多數的情況,當地震的規模在8以上,海嘯學者通常就會馬上衝去研究了。

這次的東日本海嘯相當不尋常,也就是跌破許多專家的眼鏡。怎麼說呢?過去人類對於這類超級海嘯(又稱 Mega Tsunami)的認知不多,比較可以參考的是2004年南亞海嘯(規模9.2),和1960年智利海嘯(規模9.4)。

圖3是2004南亞海嘯的到時圖,也就是海嘯發生後,每小時海嘯波抵達的位置。其中白色的圓點表示孕震帶的範圍(也就是板塊開裂的範圍)。這裡我盡量講得口語一點,專業的地震學家請多包涵。可以看到,孕震帶的長度相當驚人,大約是1000公里左右的等級。插播一個簡單個概念,孕震帶越長,可生成的地震規模就越大,這也是吵翻天的台灣北部山腳斷層到底往外海延伸多長?因為這長度直接影響可能的潛在地震規模。而2004年南亞海嘯的孕震帶長達1000公里,相當驚人,也造成可怕的地震規模。圖4則是1960年的智利海嘯,發生於智利西海岸,孕震帶又直又長,也是1000公里的等級。

所以在2011年東日本海嘯發生以前,科學家對於超級地震以及超級海嘯的認知,大多停留在孕震帶要很長,同時孕震帶要很直的觀念上。而這次日本大海嘯則顛覆這個看法。圖5 是這次東日本海嘯的海溝及孕震帶的示意圖。由圖可見,紅線標示的孕震帶範圍僅500x200公里,遠不及前述的兩場大海嘯,而且,發生的位置是在四個板塊(北美、太平洋、菲律賓海、及歐亞板塊)交接的地方,過去認為這樣破碎的地方,是沒有條件生成超級地震及海嘯的。也就是如此,日本氣象廳在設定潛在規模時,是以規模7.8去進行海嘯災防,因此對於這次高達規模9.1的地震與海嘯而言,災防效果有限。

更糟的是,過去科學家也習慣以歷史地震記錄來推估潛在的地震。圖6就是過去地震的孕震帶範圍,以白圈表示。很不幸的,這次地震(紅色區域)剛好發生在過去記錄空白的地方。事後學者反覆檢討,認為這是因為超級地震與海嘯的重現期大約是500到1000年。而人類儀器對地震的記錄則是近100年的事情,因此單靠過去記錄要小心這方面的盲點。

在這裡先對2011東日本海嘯做一個簡單的小結。過去判斷潛在地震與海嘯的方法,大多仰賴儀器所記錄到的地震資訊,部分地區若有歷史記錄,也是很重要的參考,而最近利用GPS來研究板塊運動的方法由於準確,近年來迅速受到重視,而海嘯沈積物考古則是相對精確的方法。然而,這些方法不見得在各個地區都適用。就台灣而言,由於儀器記錄地震的歷史僅50年左右,不適合江數據直接用來討論大規模潛在地震與海嘯,因此史籍上對海嘯的記載是重要的參考依據。近年來許多學者利用GPS觀察菲律賓海板塊與歐亞板塊的交互作用,進而了解馬尼拉海溝與琉球島弧等之底殼擠壓情形亦提供珍貴可靠的資訊。而在海嘯沈積物考古方面,過去台灣的確欠缺這方面的研究經驗,不過在國科會的主導之下,海嘯沈積物考古也將穩健的展開。期待上述的研究能使我們能更清楚掌握台灣海嘯的潛在威脅。


圖2,2004年南亞海嘯的海嘯到時圖(圖:NOAA)


圖3,1960年智利海嘯之海嘯到時圖(圖:NOAA)


圖4,2011年東日本海嘯之孕震帶(紅線標示)與相鄰板塊。本次強烈地震發生在相對短且彎曲之破裂面上


圖5,2011年東日本海嘯之孕震帶(紅色區塊)與歷史海嘯的孕震帶(白色線)。

1.3 海嘯的定義及成因

海嘯是一種長波及長週期波,形成的原因是由於海水受到擾動,特別是垂直方向的擾動。

海嘯主要是受到海底地震所引發。山崩、火山爆發、核彈試爆、或甚至隕石撞擊都有可能引發海嘯。基本上,只要能夠造成大量的水體離開自原本均衡的位置,任何的擾動皆有可能造成海嘯。重力的作用會使水體朝向原本均衡的狀態運動,這就是海嘯傳播的基本原理。

地震就是造成海嘯的最主要來源。海底地震會使海床造成破裂與錯位。如果錯位的方向是垂直方向,那麼在該錯位上方的海水就會被帶離原有的均衡狀態。如果規模夠大,海嘯就會發生。

另一種常見的海嘯成因是海底山崩。海底山崩通常肇因於地震。在海底山崩滑移的過程中,海水亦會受到垂直方向的擾動,由於重力場的關係,海嘯就會被引發及傳播。

火山爆發也是海嘯形成的原因之一。火山爆發會產生劇烈的垂直力,並推動其上方的水體,造成海嘯。

另外陸地山崩或甚至隕石撞擊也會擾動水體,只要規模夠大,就會引發海嘯。

所以,簡單的說,只要水體受擾動,特別是垂直方向的擾動,只要規模夠大,就可能會引發海嘯。

 

1.4 海嘯的科學名稱?

海嘯的專有名詞於 1963 年之後就以 tsunami 廣為國際採用。但是在此之前,海嘯有許多不同的名稱,例如 "seismic sea waves" 。其中 "Seismic" 表示是 由 地震所以起。這也間接說明大多數海嘯的成因為地震。海嘯的另一個名稱為 "tidal waves" 。這說法直到今日還在被英語系國家所使用,但實際上 "tidal wave" 是一個錯誤的名稱。 Tide 的意思是潮汐,是由月球、太陽、與地球之間的引力交互作用所造成,而海嘯的成因與潮汐完全沒有關係。勉強扯上關係只有說,當海嘯因為地震或其他原因引發後,如果抵達岸邊時又正逢漲潮,那麼造成的災難將更為嚴重。事實上,英文中的 “ tidal wave ” 並不全然指潮汐波或是海嘯,一般只要是巨浪都會被灌上 "tidal wave" 的稱號,例如衝浪運動所衝的浪,即稱為 "tidal wave" 。

接下來我們要來探討到底海嘯有何特性?它與一般的風浪有何不同?

 

1.5 海嘯與風浪的不同?

海嘯與風浪都是海浪,最大的不同在於其週期。所謂的週期指的就是潮來潮去、週而復始的時間。用比較專業的術語來敘述,就是這次波峰到下次波峰的時間。一般風浪的週期大約是在 5~20 秒之間,然而海嘯的週期大約在 15~30 分鐘之間。週期長的甚至可以到 1 小時。風浪一般在海岸邊就會因為破碎而導致能量逸散,而海嘯的行為則像是洪水,比如一個 5 公尺高的海嘯就像 5 公尺的洪水,或是 5 公尺高的水平面抬昇。

海嘯與一般海洋上所見到波浪最大不同在於其波長。海嘯的波長一般在深海可以超過 150 公里,而水面的抬昇一般不超過 1 公尺,這表示海嘯波的斜率是相當平緩,平緩到即使船隻行駛其上,也很難感覺到海嘯的存在。

我們先把焦點放在地震所引發的海嘯上。

 

1.6 地震如何引發海嘯?

在地球上,海嘯最常發生的原因就是海底地震。根據經驗,如果海底地震為淺層地震,亦即地震的震源深度在地表下 30 公里以內,而震規模大於芮氏 7.2 級,就要警戒海嘯的發生。然而,符合上述的地震就一定會引發海嘯嗎?這還不一定。之前有說到海嘯要引發,必須有將海水做大規模的垂直方向擾動。以地殼運動方式,可大約分成正斷層、逆斷層、與平移斷層。再細分還可以有正斷層與平移斷層的組合,以及逆斷層與平移斷層的組合。其中只有正斷層與逆斷層會造成地表的垂直位移。所以單純就平移斷層而言是不易引發海嘯。至於組合式斷層則端視其正、逆斷層所佔之比例而定。比例越大,垂直位移就越大,則海嘯發生的機會就越大。


圖 6 ,斷層的種類(馬國鳳教授提供)

那麼正、逆斷層中,那一種比較有機會引發大規模的海嘯呢?根據過去的資料分析,在地球上,逆斷層(或稱逆衝斷層)比較容易產生較強烈的地震以及地殼垂直運動,所以逆斷層引發大海嘯的機率高於正斷層。

另外,正、逆斷層所產生的海嘯是否相同?由圖示可以看出,正斷層的運動主要以地殼陷落為主。在陷落的過程中,會將海水面向下拉扯,造成海平面的陷落。逆斷層則正好相反,逆斷層會造成在震源附近海平面的抬昇。既然正斷層以造成水平面陷落為主,由正斷層所引發的海嘯抵達岸邊時大多先造成海水的退縮,海底顯露,然後才是正波攻擊上岸。而逆斷層則相反。

無論海平面在地震發生時陷落或是抬昇,地球的重力場都會想要將海水面拉回到原本平順的樣子。以較專業的術語來說,就是由於海水面有擾動,不同的水位高度就會產生壓力差,而這壓力差就會使波浪(或是海嘯)往四周傳播。既然造成傳播最主要的驅動力為重力,海嘯波又被稱為重力波。


圖 7 、地震引發海嘯的機制 (圖摘自 Hyndeman and Wang, 1993)

 

海嘯波的傳遞也就代表能量的傳遞。然而,整個海嘯由生成到攻擊到陸地上的過程究竟是怎樣呢?

1.7 海嘯的一生

海嘯的一生可以大致分成四個階段:生成、傳播、放大、與溯昇。



生成
傳播
放大
溯昇
圖 8 ,海嘯一生的四個階段 (圖摘自 Google search )

生成的原因主要以地震為主,一旦地殼有垂直的擾動,海面就跟著擾動,接著受到重力場的影響,波浪就會從震源處向四周傳遞。在傳遞的過程中,由於能量消散極小,所以海嘯能夠將地震所產生的能量藉由海嘯波,由深水到淺水,橫跨大洋,傳遞到對岸。當海嘯波接近岸邊時,由於水深變淺,底床的效應造成海嘯波隨地形被抬起,加上海嘯波傳的速度也因為水深變淺而減速,所以當海嘯越靠近岸邊,速度越慢,而後方的海嘯累積上來,造成整個海嘯波高的放大。這就是第三個過程:海嘯放大。波高被放大的海嘯,對於近岸的破壞力道也隨著高度的增加而增強。接下來,海嘯將進入陸地,開始破壞。海嘯能夠抵達陸地的最高處,稱為溯昇。在溯昇的過程中,是海嘯造成災難的時候。進入內陸的海嘯,將會以類似洪水的方式前進,往前推進的距離,甚至可達數公里。從海嘯進入內陸到海嘯消退,這時間可以長達一小時之久。與洪水不同之處,在於海嘯前進時,海嘯的前緣會先將房屋或結構物以撞擊的方式破壞,或弱化結構物的強度。接下來的海嘯身部份蘊藏強大的紊流機制,會將地表的覆蓋沖刷,造成道路或房屋路基嚴重流失。其破壞力比洪水更為強大。更嚴重者,海嘯溯昇後還會再度返回大海,這段過程將產生二度濤刷破壞。


圖 9, 2004 年南亞海嘯因為海嘯放大效應,在印尼亞齊市的外島造成明顯沖刷痕跡。
(圖摘自 Google search )


圖 10 , 2011 年東日本海嘯由於海嘯的撞擊力強烈,三層RC混凝土透天房被沖倒,並被海嘯抬離原本的基礎。
(中央大學陳慧慈攝,2011)


圖 11,海嘯溯昇過程中,將對地表產生嚴重的濤刷作用。(康乃爾大學劉立方教授攝,2004)

接下來的問題是,波傳的速度是多快呢?為何海嘯波能夠穿越過大洋而造成遙遠海岸的破壞?

 

1.8 海嘯的傳播速度

海嘯的傳播速度是可以計算出來的。根據淺水波理論,海嘯在深海傳遞的波速 等於重力加速度 乘上水深 的開根號。也就是 。假設重力加速度是定值,則波速與水深的平方根成正比,也就是說,海水越深,波傳的速度越快,反之亦然。可是你可能要問,為何海嘯在深海傳遞的速度可以用淺水波方程式來計算呢?問題就在於淺水波的定義。淺水波照字面的意義是在水深很淺的地方傳遞的波。但是什麼是水深很淺呢?深或淺都是一個比較用語,所以要定義水深很淺,我們必須找一個物理量來與之比較。在淺說波理論中,淺水的定義是波浪的波長遠大於水深就是淺水波。根據數值計算與衛星觀測,以 2004 年南亞海嘯為例,海嘯的波長大約為 400~500 公里,而印度洋的平均水深大約 4~5 公里深。波長大約是水深的 100 倍,波長遠大於水深,水深相對波長很淺,所以海嘯雖然處在深水域,仍是標準的淺水波。

依照淺水波理論,如果水深為 4 公里,重力加速度約為 10m /s2 ,那麼波速就是 200 公尺每秒,以就是大約時速 720 公里。這相當於波音 747 的速度。以南亞海嘯為例,在印尼亞齊市附近引發的海嘯,大約花了兩個小時半攻擊到斯里蘭卡;大約三個小時抵達馬爾地夫。

海嘯在深海區域的波高普遍不高,大約不會超過0.5公尺。以南亞海嘯為例,在震源附近的海嘯高度大約是 5 公尺,到了深海則只有 0.5 公尺。但是請不要輕忽這 0.5 公尺的波高,它正是海嘯能夠將地震能量完整保留的關鍵。

 

1.9 為何海嘯能過越過海洋而不消散?

一般的波浪很少有能夠傳越過海洋的,大多數海浪在傳遞不到一公里就消失殆盡。為何海嘯能穿過太平洋、印度洋、或是大西洋而不消散呢?要探討這問題必須先了解什麼樣的情況下能量容易消散。我們現在要把視野變小,把我們的焦點放在海嘯波的水分子質點上。能量的消散主要是透過水分子之間的摩擦力。水分子彼此之間若是有相對速度,也就是水分子彼此間速度不一致的情況。以較專業的術語而言,就是有剪力的發生。如圖所示,圖左是淺水波(例如海嘯)水分子運動的路徑,圖右是深水波(例如風浪)水分子的運動。淺水波的運動主要以前後水平運動為主,在運動過程中由於水分子在是均勻的前後運動,所以水分子彼此之間的摩擦損失極小。這裡也可以注意到,淺水波的運動是由水面均勻的通達海底。這表示海底的生物有可能因此被移動到陸地上。相較之下,深水波的運動就不只是前後,而是類似正圓的運動,同時速度在接近水面時很大,但是往深水處急劇減小。這樣劇烈的變化會使得水分子間的摩擦損失嚴重。所以深水波通常傳播沒多遠就因為能量損耗而消失。也正因為水分子的運動軌跡往深海處急遽減小,這該深水波對於較深海的地方影響為零。換句話說,就是深水波將無法感覺到底床的變化。由於淺水與深水都是相對於波長來定義,所以淺水波的另一個名稱就是長波,也就是波長遠大於水深。而深水波另一個名稱就是短波,意思就是波長遠小於水深之意。


圖 10 ,淺水波(左)與深水波(右)之水分子運動示意圖。
(圖摘自 Google search )

除了有相對速度之外,還有一個因子會影響到摩擦的能量損耗,那就是水分子運動的速度。運動的速度,能量損耗越小。還記得剛剛有提到海嘯在深海的時候波高會變矮嗎?這正是致命的地方。根據淺水波理論,水分子的最大運動速度 可以由波高 、水深 、及重力加速度 求得:

請不要忘記 就是波傳遞的速度。如果以南亞海嘯為例,在印度洋中心處,波高大約是 0.4 公尺,水深大約是 4 公里,那麼水分子最大的運動速度才 0.02 m /sec ,也就是時速 0.072 公里。相當於波前進速度的一萬分之一,相當的小。

總而言之,海嘯是淺水波,速度均一,所以摩擦損耗小,本身水分子運動速度又慢,這兩種因素加起來,就是為何海嘯波可以越過大海,把地震的能量完整傳遞沒有消散的原因。

 

1.10 海嘯抵達岸邊的波高放大效應

在前一節也說到,海嘯可怕的地方,在於其可以將地震波的能量完整的傳遞到遠方。這一節,我們要來探討,當海嘯波運動到彼岸時,地形效應是如何將四、五百公里的海嘯長波累積與集中,造成海嘯波的放大。

在大多數的情況下,海嘯由深海往近岸處傳播的過程中,會先進入陸棚區,也就是大陸與深海交界較為淺水的區域。陸棚區的水深通常在一公里以內,多為 200 ∼ 500 公尺深。如果我們假設水是不可壓縮的流體,再沒有其他化學反應的情況下,質量守恆可以轉換為體積守恆。所謂體積守恆就是體積不會無故消失。所以原本在深海大約四公里深的波浪進入到淺海區的時候,波高就會開始放大,這就如同有一個人由游泳池較深處走向較淺處類似。更糟糕的是,根據淺水波理論,當水深變淺,波前進的速度也會變慢。這就會產生後浪推前浪,後浪騎在前浪上的放大現象。


圖 13 ,海嘯抵達岸邊的放大效應。(圖摘自 Google search )

當波浪越過陸棚,進入到沿岸淺灘的地區,放大的效應更為明顯。由於水深急遽變淺,除了上述減速的效應之外,海底底床的摩擦阻力也更加明顯。這些效應總加起來,會造成海嘯到達近岸急速煞車的效應。這有點類似一個比台灣高鐵還要快一倍的列車撞上障礙物後,前面的車廂減速,後面的車廂繼續往前衝,最後脫離軌道,疊在前面車廂上的效應。進入到岸邊的海嘯波,如果波高太高,部份就會碎掉,部份會成為湧潮( bore )。湧潮的高度可以由數十公分到數十公尺。湧潮的破壞力驚人,其間夾雜撞擊力強烈的碎石、樹幹,會使受困其中的人、畜在還沒有溺斃之前,就因為破碎物的撞擊而失去求生能力。如前所述,湧潮對於結構物的破壞是先產生撞擊破壞,再產生路基濤刷破壞。

當海嘯變為湧潮往內陸前進,是海嘯釋放能量的時候,也是對於人類威脅最大的時候。大規模的海嘯所產生的湧潮可以深入內陸 1~2 公里。退水時也會將物品或甚至人畜帶回海中。

但是海嘯進入近岸是否就一定會發生災害呢?這不一定。海嘯要發生災害,除了規模要夠大的前提之外,就是海底地形要為平緩的抬昇。也就是要有一個斜坡提供海嘯往上爬的舞台。如果海底地形是突然抬昇,站在海嘯的角度來說,就好像前方有一座垂直的高牆,這時海嘯喪失抬昇的舞台,遇上高牆就會被反射回大海。台灣東岸的地形就是一個典型的例子。太平洋周圍地震帶環繞,只要太平洋四周的國家產生大大地震,就很有機會產生海嘯。由於太平洋對於海嘯而言,就像一個淺盤,海嘯波會在淺盤中傳遞與反射,鄰國日本就飽受海嘯威脅之苦。但是台灣卻因為面向太平洋花東沿岸地形陡峭,海嘯波即使底達台灣東岸,也會因為陡峭的地形而被反射。不過大多數的人不會居住在陡峭的山壁上,而是群聚於地勢平緩的港口,因此台灣東岸仍須對來自太平洋的海嘯威脅加以堤防。那麼台灣有沒有被海嘯破壞的可能呢?

 

2 了解台灣潛在的海嘯威脅

我們剛剛提到,台灣東岸雖然由於地形陡峭,但是港口周圍仍須提防海嘯侵襲,特別是由花蓮向外延伸的琉球島弧,以及遠在帛琉附近的亞普海溝所產生的大規模地震與海嘯。台灣四面環海,除了東岸之外,其他海岸地區是否有可能受到海嘯威脅?我們之前有提到,要有海嘯產生第一要有規模夠大的水體垂直擾動,以地震分析來看,在台灣東北外海,也就是由宜蘭向東延伸的琉球島弧是地震發生頻繁的地區,該地區如果發生地震產生海嘯,根據數值模擬,海嘯有機會侵襲台灣的東北角。另外,在台灣的南方,菲律賓的呂宋島西側,也是地震發生頻繁的地區。其海嘯如果生成,海嘯波也有機會威脅台灣的西南岸。

根據國科會委託筆者的台灣潛在大規模海嘯之研究結果顯示,對台灣威脅最大的海溝型海嘯有:

亞普海溝:主要威脅台灣東岸、東北岸、與西南岸。

馬尼拉海溝北段:主要威脅台灣南岸與西南岸。

花蓮外海海溝:解救是琉球島弧接近台灣的區段,主要威脅台灣東岸。

然而,海嘯的生成機制並不是只有地震一種。以台灣而言,除地震機制外,台灣東北方特殊的斜坡地形,有可能因為海底山崩造成海嘯。根據中央大學的海嘯團隊數值模擬,發現當台灣東北海域棉花嶼發生海底山崩,其產生的海嘯會對台灣東北角產生威脅。

另一個可能產生海嘯的機制是火山爆發。同樣在台灣東北海域,有許多海底火山,其噴發過程也會造成不同規模的海嘯。在台灣的西南岸,也有大型海底斜坡地形存在,山崩型海嘯威脅也不能忽視。

因為地震與海嘯有其週期性,因此在台灣歷史上的海嘯記載顯得相當重要。不過很不幸的,在台灣四百多年的歷史當中,特別是150年以前的歷史,由於渡海來台的先民識字的較少,加上清朝對於台灣並不是特別重視,因此官史對於台灣天災的記載很少,最多也只有隻字片語,因此我們只好從野史收集資料。更甚者,某些海嘯事件甚至沒有記載在史籍當中,而是記載於宮廟中,如1894年的屏東東港海嘯,而這事件是過去從未被學者所發現,這也表示台灣的海嘯研究還有很長的路要走。

 

2.1 台灣海嘯記錄

筆者整理自1661年起的11次台灣歷史海嘯記錄。在這些記錄中,有些對海嘯的描述不清楚,部分誇大,或有神話般的敘述,但是即便如此,筆者也不直接就否定該海嘯發生的可能性。畢竟因為有該海嘯事件,才會給予寫書人誇大或神話海嘯的機會。不過缺點就是該事件的真相將難以還原。

在這些海嘯記錄當中,筆者根據描述是否具有科學意義來加以篩選出5場有災情海嘯事件,以螢光黃標註,以進行深入研究。理由都寫在整理的表中,請讀者直接參考。從這五場海嘯事件發生的地點可以看出,除了1867年的基隆海嘯外,其餘皆發生於台南、高雄、屏東一代,也與先前提到的馬尼拉海溝之潛在海嘯威脅相呼應。由於這一帶是台灣人口密集、工商業繁榮的地區,必須特別留意。

因此,我們將在下一章節解說如何在海嘯中求生。

表一:台灣自1661年起之11次台灣歷史海嘯紀錄(2013,吳祚任整理)
(考慮台灣與日本的海岸線長度,台灣發生海嘯機率實在不低。)

時間
地點
出處
描述
備註
1661年1月 安平 德人海卜脫(Herport)著旅行記 1661年1月某日晨6時開始地震,約歷30分,居民均以為地將裂開。安平房屋倒塌23棟,海地(今安平)城破裂多處。大震之後仍不斷有輕微地震,使人如 置身舟中,約3小時,無一人能站穩。其時適有3船入港,在水中亦激烈震動,一若即將覆沒者。此次地震中,有一事最可驚奇,即海水曾被捲入空中,其狀如雲。 此次地震,無論海中,在陸上,人身均能感覺,共歷6星期。 與一般地震與海嘯之認知差異甚大。可能為作者誇大描述。
1721年1月5日 台南縣 重修台灣縣志「雜誌。祥異」及明清史料戊編 王必昌,重修台灣縣志「雜誌。祥異」:「12月庚子(1721年1月5日),又震,凡震十餘日,日震數次,房屋傾倒,壓死居民。」。明清史料戊編載朱一貴供詞有云:「因地震,海水冷漲,眾百姓合夥謝神唱戲。」。 有可能為地震海嘯,然而文中對海嘯描述甚少。
1781年4、5月間 屏東港西里 台灣采訪冊「祥異。地震」 「鳳港西里有加藤港,多生加藤,可作k,染工賴之,故名云。港有船通郡,往來潮汐無異。乾隆四十六年四、五月間,時甚晴霽,忽海水暴吼如雷,巨湧排空,水漲數十丈,近村人居被淹,皆攀援而上至尾,自分必死。不數刻,水暴退,人在竹上搖曳呼救,有強力者一躍至地,兼救他人互相引援而下,間有牧地甚廣及附近田園溝壑,悉是魚驉A撥刺跳躍,十里內村民提籃挈筒,往爭取焉。聞只淹斃一婦。婦素悍,事〈女占〉不孝,餘皆得全活。嗣聞是日有漁人獲兩〈句黽〉鼊,將歸,霎時間波濤暴起,二物竟去。漁者乘筏從竹上過,遠望其家已成巨浸,至水汐時,茅屋數椽,已無有矣。 文中提海水退卻及第二海嘯波,深具科學意義。由內文描述可了解第一海嘯波波高約3m,第二海嘯波約4-5m,與情境分析雷同,可信度高。
1782年5月22日或1682年12月間 台南 Soloviev and Go, 1974 (原俄文,吳祚任、阮芳香譯)「1782年5月22日(1682年12月?)台灣(台南)發生強烈地震並造成嚴重災情,海嘯隨之而來,並以東西向方式攻擊 海岸地區。『幾乎全島』超過120公里被海嘯所淹沒。地震和海嘯歷時8小時。該島的三大都市和二十多個村莊先是被地震破壞,隨後又為海嘯浸吞。海水退去 後,原本是建築物的地方,只剩下一堆瓦礫。幾乎無人生還。40,000多居民喪生。無數船沉沒或被毀。一些原本伸向大海的海角,已被沖刷,形成新的峭壁和 海灣,並造成淹水。安平堡(即熱蘭遮)以及赤崁城堡(台南市赤崁樓舊址)連同其坐落的山包均被沖跑了」 文中精確描述海嘯之8小時歷時以及120公里海岸溢淹範圍,並描述安平及赤崁受災情形。與情境分析雷同,可信度高。然四萬人死亡可能為錯誤之推估。年代亦尚待考證。
1792年8月9日 彰化 「台灣采訪冊」(頁39-40)「祥異,地震」 乾隆壬子歲六月,郡城地震,西定坊新街折一亭,隕一命。次日,聞嘉城地大震,店屋、民房倒壞,而繼之以火。一城惶恐無措,民房燒損過半,死者百餘人。壬子,將赴鄉闈,時六月望,泊舟鹿耳門,船常搖蕩,不為異也。忽無風,水湧起數丈,舟人曰:『地震甚。』又在大洋中亦然,茫茫黑海,搖搖巨舟,亦知地震,洵可異也。. 有可能為地震海嘯,然而文中對海嘯描述甚少。
1866年12月16日晨8時20分 高雄 阿瓦力茲(Alvarez)著「福爾摩薩(Formosa)」 「1866年12月16日晨8時20分,發生地震,約歷一分鐘,樹林、房舍及港中船隻,無不震動;河水陡落3尺,忽又上升,似將發生水災。 文中提及河口海水退卻又急速上升,與一般海嘯現象類似。可信度高。
1867年12月18日 基隆 淡水廳志、Alvarez,Formosa等 「(同治六年)冬十一月,地大震。......二十三日,雞籠頭、金包里沿海,山傾地裂,海水暴漲,屋宇傾壞,溺數百人。」。 Alvarez,Formosa:「1867年12月18日,北部地震更烈,災害亦更大,基隆城全被破壞,港水似已退落淨盡,船隻被擱於沙灘上;不久,水又復回,來勢猛烈,船被衝出,魚亦隨之而去。沙灘上一切被沖走。.......」 諸多文獻皆明確指出此基隆海嘯,且海嘯高度在6m與7.5m之間。地震規模約為7。可能為地震引發山崩海嘯。
1894年 屏東東港 記載於東隆宮、鎮海宮、嘉蓮宮、南隆宮之廟誌及碑文上 東隆宮廟誌:『光緒二十年(西元1894年),某天發生海嘯,浪濤翻天,淹沒了當時的太監府,……』
鎮海宮碑文:『崙仔頂(鎮海宮)、汕仔寮、太監府(東隆宮)三個村落在1894年遭海嘯襲擊,盡沉海底』
四座不同廟宇描述相同的事件,可信度即高。
並未描述到颱風與地震,可能為遠距海嘯或海底山崩。
1918年5月1日 基隆 楊春生等(1983) 台電電源開發處之調查報告提到,1918年5月1日台灣東北部海底地震引起海嘯,基隆海嘯溯上約3.7公尺。查鄭世楠、葉永田(1989)一書,該日並無規模大於5之地震。 可能為山崩海嘯。
1960年5月24日 基隆、花蓮 聯合報等 民國49年5月25日聯合報:
「基隆測候所的記錄,24日上午6時30分,基隆港內海潮高出海平面1.9公尺,為基隆海潮的最高記錄,上一次的最高記錄是1.5公尺。」; 「基隆市區內田寮港運河的尚志橋於上午5時許,被來自淺水碼頭附近港內的漂浮的巨枝柳安木所沖垮,另有崇仁、平等、自由三橋亦被沖壞。......。據昨日目擊當時的市民稱:有一艘小舢舨,被旋轉的海潮捲得直立達數分鐘之久,然後再傾覆。另有三艘舢舨亦被捲覆沒。」;
智利海嘯傳至台灣所致。波高在基隆為66cm花蓮為30cm。
2006年12月26日 屏東後壁湖漁港 吳祚任,中央氣象局 根據中央氣象局後壁湖潮位站資料顯示,屏東外海所發生之規模 7.0及6.9之雙地震,於後壁湖港區產生40cm之海海嘯。 地震規模不大,然而海嘯卻達40cm,顯示台灣南端容易造成海嘯波高放大效應。

 

3 海嘯來臨時如何逃生?

這個章節是針對台灣的海嘯威脅所設計。台灣的房屋形式、道路設計、以及人民習慣皆有其獨特性,因此適用於日本的海嘯逃生方法不見得適用於台灣。例如,筆者見到日本人在開車躲避海嘯時,遇到紅燈還會停車。試問,這守法情形在台灣,或甚至全球,有多少人做得到呢?

當海嘯來臨時,道路是最危險的地方,這現象普遍出現於日本海嘯影記錄片中。因此,當海嘯警報發佈時,離開馬路是重點。

開車的人要注意塞車,路上的行人要注意混亂所衍生的車禍問題。另外,台灣的建築物大多以鋼筋混凝土建成,對海嘯有一定程度的抵抗力。因此台灣的海嘯逃生術並不難記,只要記得垂直避難,三樓以上避難即可

根據筆者的海嘯模擬與研究,台灣的海嘯溯高多在10m以下,因此3層樓以上基本上安全。透天就盡量到屋頂,樓房也盡量到三樓以上的樓層,越高越好。

台灣的海嘯有近源與遠距兩種,近源海嘯大約在20分鐘就會抵達,幾乎不可能疏散,強行執行也只會造成大塞車,反而更危險,因此就地垂直避難是唯一的方法。路上的行車如果無法順利駛離,也盡量找附近的建物垂直避難。若是海嘯打到車輛,千萬不要貿然開窗,留在車內,隨海嘯漂浮大概是唯一生存的希望。等海嘯漸漸退去,再開門迅速逃生。要謹記,海嘯波會不斷來襲,最常可能超過8小時,所以下車後要儘快往高處逃生。

如果是遠距海嘯,那麼海嘯波大約3小時後會抵達,這時請聽從媒體與消防人員指示,進行垂直避難或疏散。

面對海嘯請不要慌張,海嘯逃生並不困難,但是必須透過教育,讓民眾了解逃生的方法,才能夠減少生命財產的損失。

吳祚任


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