遇到浅水
波与长波长旅行速度比海浪快短的波长.由于波的波长越长,在深水中波的传播速度就越快,所以海啸在海洋中传播的速度非常快。正常海浪的速度不到每小时55英里(90公里/小时),而许多海啸的速度为每小时375到600英里(800到900公里/小时),比大多数商业航班都快。当海啸遇到浅水时,波浪的速度会减慢,通常在大陆架上的速度为每小时60-180英里(100-300公里/小时),在岸边的速度约为每小时22英里(36公里/小时)。当它开始遇到浅水时,波速的减慢导致火车后面的波比前面的波移动得更快。当这种情况发生时,波必须变得更高和更窄,以适应从后面进入同一空间的波;因此,当海啸从深水移动到浅水区时,振幅变大,波峰之间的距离变短(更短的波长),移动速度较慢(速度)。在某些情况下,许多波峰会合并,波谷会在这个过程中消失,产生巨大的孤立波浪,从底部到顶部的高度完全高于海平面。
当波浪遇到浅水时,沿着波浪底部的海底摩擦力会比波浪在深水中传播时更大,导致它们的速度急剧下降,当连续的波浪向岸边移动时,波浪会有效地堆积在一起。这导致波浪高度或振幅急剧增加,有时比海啸的正常静水线高出10至150英尺(3-45米)。
当海啸进入浅水区时,海啸底部摩擦的主要影响之一是,波阵面倾向于强烈折射或弯曲,因此无论最初靠近海岸的角度是多少,它们接近陆地的角度都小于10°。发生这种折射是因为波中首先遇到浅水的部分会因为摩擦力的增加而变慢,而仍然在深水中的波的另一部分会继续以更快的速度移动,直到它赶上处于相同水深的波的其余部分,然后以相同的速度移动。这种效应使海啸像其他波浪一样弯曲,因此它们几乎正面撞击大多数海岸线地区。非常靠近海岸的海底地形可以改变这种折射,要么将能量集中到特定的位置,要么将能量分散到海岸线上。
海浪底部的摩擦会消散或带走海啸的部分能量。在大多数情况下,摩擦造成的能量耗散量很小(小于3%),但在某些大陆架区域非常宽和狭窄的情况下,这种耗散可能足以显著降低该地区的海啸威胁。中国东北海域(黄海、渤海及相关海域)的水深就是这样很浅这使得中国东北沿海比东南沿海更不容易受到海啸的影响,东南沿海的大陆架区域更深更窄。美国东海岸的大部分地区都有一个中等宽度和较浅的大陆架,它能够通过沿着波基的摩擦消散大约20%的海啸能量。近海大陆架狭窄而陡峭的地区容易发生最严重的海啸,因为这些地区没有能力通过摩擦来减少波浪能量。
海啸当它们通过狭窄的入口进入海湾时,会出现一种叫做衍射的现象。当衍射发生时能量波动或者沿波峰向侧面泄漏,使波浪沿着波前生长,填满从狭窄开口进入的宽海湾内的可用区域。波锋必须通过狭窄的通道进入海洋,然后以长波的形式穿过海湾。弥散的过程将能量从最初的高波峰向侧面移动,并从中心区域带走能量,降低了波的高度。因此,在海浪进入并扩散到港口时,能量的分散是一件好事,减少了对入口狭窄的海湾内区域的威胁。旧金山湾就是一个可以分散海啸能量的海湾。如果海啸从金门大桥下面经过,它会穿过那里的狭窄地带,但随后扩散,随着它移动到湾区,失去高度和凶猛。
在一些海湾或河口的开口较宽,海湾逐渐向内陆变窄的海湾,则发生与扩散相反的放大效应。进入这种危险水域的海啸会发现它们的波峰被放大或高度增加,传递能量沿着波峰,它们被迫沿着波峰纵向变短。有很多海啸灾难发生的例子,因为海湾的形状放大了本来很小的海啸。这种效应的一个著名例子是1964年的海啸阿拉斯加9.2级地震袭击了加州新月城。加州海岸的大部分地区经历了相对较小的海啸(不到两英尺,或半米高),但新月城海湾和海底的形状放大了海浪,直到它由一系列五个海啸波峰组成。第五次是一个21英尺(6.3米)高的浪峰,席卷了市中心,冲走了大部分海滨地区,造成11人死亡。
当海啸袭击沿海环境时,第一个影响有时是水位的显著后退或下降,而在其他情况下,水只是开始迅速上升。由于海啸的波长很长,海水通常需要几分钟才能涨到最高点。此外,由于波峰后面没有波谷,由于海啸的波长很长,在最初的波峰上升到陆地后,水在相当长的时间内不会退却。海啸中海水上升的速度部分取决于海底和海岸线的形状。如果海底上升缓慢,海啸可能会缓慢到达顶峰,给人们时间逃离上升的海水。在其他情况下,特别是海底急剧上升,或者海湾的形状导致海浪被放大,海啸可能会在巨大的水墙中撞击,伴随着雷鸣般的轰鸣声击打海岸,造成最大的破坏。
因为海啸是波浪,它们在连续的波峰和波谷中传播。海啸事件中的许多死亡事件都与人们前往海岸线调查第一波海啸的影响,或营救在最初的波峰中受伤或死亡的人有关,结果却被随后的波峰淹死或卷走。海啸的波长很长,所以连续的波浪在各个波峰之间有很长的滞后时间。波浪的周期是指每个浪头经过之间的时间,对于海啸来说,这个周期可以是一个小时或更长时间。因此,海啸可能会摧毁海岸线区域并撤退,然后另一个波峰可能在一小时后袭击,然后是另一个,然后是另一个。
任何海岸线的特定形状都对海洋有很大的影响海啸高度以及它靠近海岸线的方式。局部影响的研究沿海的特性被称为形态动力学。当一个浪峰的水退去时,它必须回到大海,并与下一个来袭的海浪相互作用。其中一些水沿着海岸快速向侧面移动,形成了一组新的独立波浪,沿着海岸上下振荡,其波长通常是原始海啸的两倍。这些次级波被称为边缘波,可能几乎和最初的海啸一样大。当随后的海啸波峰接近海岸线时,它们可能与正波峰相互作用,产生比最初海啸更大的波浪,也可能与负波谷相互作用,产生较小的波浪。这些边缘波和局部形态动力学解释了大部分的变化海啸高度沿着一些海岸线。在一些地区,海啸波峰可达30英尺
(10米)高,而在其他附近地区,它可能只有6英尺(2米)高。
“海啸”在日语中的意思是“港湾波”,这个词描述了波的另一种物理现象——共振。当波浪进入港口或海湾时,它们有一个特征周期,在许多情况下与该特定港口的自然谐波频率相匹配。这意味着许多海啸进入一个海湾,并在精确的时间内在港口来回反弹,导致海浪高度急剧增加。其效果类似于缓慢地来回移动一杯水,并逐渐增加速度,直到玻璃杯中的波突然开始放大,然后跳出玻璃杯。当波的周期等于玻璃的固有频率时,就会发生这种情况。许多进入海湾的海啸会在海湾内产生共鸣或来回振荡,持续24小时或更长时间,造成长时间的活动中断。
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