图版 02 · 地球
藏在深海里的浪
在大洋中央,海啸几乎无法察觉;到了岸边,它能淹没一座城镇。下面这段海岸会告诉你,这中间发生了什么。
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风浪只搅动海面
平常海上的浪,是风吹出来的。它们看起来再汹涌,力量也只停在表层:往下几十米,海水几乎纹丝不动。
看剖面上的小点:只有贴着海面的薄薄一层在打转,深处一片沉静。
模型海岸 · 海面与陆地高度放大约 1,300 倍,海深放大约 28 倍
海底猛地一抬
海啸不一样。它最常见的起因,是海底的大地震:断层错动,大片海床在几分钟之内被抬高或拉低。
压在上面的海水被整个顶了起来——从海底直到海面。海面鼓起一道长长的水丘,随即在重力下塌落,向两边推开。这一次,剖面上从上到下所有的点都动了。
快如喷气机,却几乎看不见
在深海里,海啸的速度只取决于水深:水越深,跑得越快。在四千米深的大洋中,它每小时能走七百多公里,和喷气式客机差不多。
可它的浪高很少超过一米,从浪头到浪尾却可以长达数百公里。坡度如此平缓,船只在上面经过,船上的人通常察觉不到。我们把浪峰涂成了红色、浪谷涂成了蓝色,否则你也看不见它。
点按海面上任意一处,可以看到那里的水深和海啸的速度。
红色为浪峰,蓝色为浪谷
如果海水突然退去
海啸到来的第一个迹象,有时不是浪,而是海水退去。如果先抵达海岸的是浪谷,海面会突然退落,像一次极低的退潮,露出海底、礁石和搁浅的鱼。
这时不要去海边看。立刻往高处或内陆走,不必等警报。在海边感到强烈或持久的地震,或听到海上传来轰鸣,也是同样的信号。
在这个模型里,靠陆地一侧的海底在地震中下沉了,所以先到岸边的是浪谷。红色标记处水深 20 米,在第一道浪峰到来之前,那里的海面先落下了两米多。
浅水让它站了起来
靠近海岸,海底陡然变浅,海啸随之慢了下来。到了岸边,它的速度只剩每小时 30 到 50 公里,和街上的汽车相仿。
可浪的后半截还在深水里,跑得比前面快。后面追上前面,同样多的海水被挤进越来越短的距离,只能往高处长。在这片模型海岸外,深海里不到两米高的浪,进入浅水后长到了六米左右。
不止一道浪
海啸冲上岸,不像普通的浪那样拍碎了就退。它更像一场迅速上涨的洪水,漫过堤岸、街道和田野,再裹挟着沿途的一切退回海里。
它也不只一道。海啸是一串浪,第一道不一定是最后一道,也不一定是最大的一道;危险可能持续几个小时,甚至几天。官方宣布安全之前,不要回到低处。
浅色区域为被淹没过的陆地
2011 年 3 月 11 日
当地时间下午 2 点 46 分,日本东北外海约 70 公里处发生 9.0 至 9.1 级的地震,这是日本有记录以来最大的一次。不到一小时,海啸就冲上了日本东部沿岸的大片地区。在宫古市,海水沿山坡冲上了 40.5 米的高度;在仙台附近,洪水深入内陆 10 公里。近一万六千人遇难,十年后仍有约两千五百人下落不明。
海啸也继续向整个太平洋扩散。约 25 分钟后,离震源最近的一个深海浮标记录到了它;当天稍晚,它抵达夏威夷,大岛沿岸的海水平均上涨约 1.8 米,个别地方超过 3 米。
这里的浪,是用真实的海底地形和简化的震源算出来的。线条标出每过一小时海啸走到了哪里。
太平洋 · 半度网格 · 真实海底地形 · 简化震源
你来试试
改变地震的大小,决定靠陆地一侧的海底是否下沉,再按“再来一次地震”,看海岸会先迎来浪峰还是浪谷。点按海面,测一测那里的水深和波速。
试一试点按深海,再点按近岸浅水:海啸在哪里跑得快?快多少?
模型省略了什么
模型把海洋看作一根根水柱,用浅水方程计算海水的流动,在陆地上加入了摩擦;地球自转、浪的破碎和很短的波的色散都省略了。地震被简化为海底一次瞬间的抬升与下沉。模型海岸是虚构的,高度经过放大(海面与陆地约 1,300 倍,海深约 28 倍),时间也被压缩。太平洋的计算使用半度网格,海岸附近的细节因此被抹平,图中的浪高不能当作各地真实的浪高。
一个常见的误解
海啸并不是一堵从大洋中央一路推来的水墙。在深海里,它又低又长,几乎看不见;它的危险,是进了浅水才显现出来的。海啸也常被叫作“潮汐波”,但它和潮汐几乎毫无关系。
资料来源
- 美国国家海洋和大气管理局(NOAA):海啸的传播
- NOAA 国家海洋局:什么是海啸
- 美国国家气象局:海啸来临时
- NOAA 太平洋海洋环境实验室:2011 年 3 月 11 日本州海啸
- NASA 地球观测站:海啸十年之后(2021)
- 美国地质调查局夏威夷火山观测站:2011 年海啸在夏威夷大岛
- Bates 等(2010):模型所用的计算方法
- AWS 开放数据:Terrain Tiles 地形瓦片
数据
Elevation and seafloor: Terrain Tiles on AWS Open Data (Mapzen / Tilezen). Global ETOPO1 terrain data U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration. Global GMTED2010 and SRTM terrain data courtesy of the U.S. Geological Survey.

