致命海嘯不只一種 台灣如何自救? 專訪海嘯專家吳祚任 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

致命海嘯不只一種 台灣如何自救? 專訪海嘯專家吳祚任

2019年01月28日
環境資訊中心特約記者 古國廷報導
2018年印尼發生兩起海嘯重創當地;2004年南亞海嘯與2011年東日本海嘯亦造成當地嚴重災情。近十年鄰近地區發生數次致命海嘯,它們是如何形成的?台灣百年歷史亦有多起海嘯紀錄,台灣面臨海嘯威脅時,又該如何應對?
本文專訪中央大學水文與海洋科學研究所副教授吳祚任,分享海嘯專業知識,及台灣如何運用世界領先技術預警自救。
中央大學水文與海洋科學研究所副教授吳祚任。
中央大學水文與海洋科學研究所副教授吳祚任。攝影:古國廷

為什麼海嘯比一般巨浪更致命,造成災害更嚴重?

答:回答這問題,要從它們的特性開始說起。海嘯跟一般海浪都是波浪,波浪又可以分成長波和短波。長波的波長很長,幾乎看不到也感覺不到;短波的波長短,可以明顯看到它的波動起伏。

如果波浪的波長非常長,遠比它的水深還要長,則稱之為淺水波;反之則稱為深水波。海嘯就是一種淺水波,例如2004年的南亞海嘯來說,它的波長大概200公里以上,但印度洋水深才4至5公里。

這樣子的淺水波有一個特性,就是這些水分子的運動非常一致,就好像團結做事有效率的公司,沒有速度的差異也沒有摩擦阻力。因此海嘯在行進間能量的消耗很少,到岸邊時幾乎保留地震或火山山崩垂直擾動的能量。

再來,海嘯的波長很長,代表它很「厚實」;一般海浪波長較短,相對較「單薄」。因此同樣抵達岸邊,一般波浪就像潑水一樣,潑出去就結束了;而海嘯就像一長串高鐵列車往岸上衝。以2011年東日本海嘯為例,它的波長大概200公里,就像從台北到雲林這麼長的高鐵往岸上衝。

這樣保有當初地震或火山山崩垂直擾動的能量,且「厚度」很厚的海嘯往岸上衝,不僅衝擊陸地上各種設施的結構,也掏刷它們的地基。加上海嘯移動時也夾帶碎石和樹幹等等各種沖刷過的物體,讓人們尚未溺斃前就可能被這些物質撞擊而失去求生能力。

簡單來說,海嘯來臨時,逃生的方法就是不要把身體弄濕了。因為一旦被海嘯捲入,就很少有活命的機會。

2011東日本海嘯和2018印尼兩起海嘯有甚麼不同?

答:2011年東日本海嘯是地震引起的。2018年9月印尼蘇拉威西海嘯,目前判斷比較可能是地震引發海底山崩所致;而2018年12月印尼喀拉喀托之子海嘯則幾乎可以認定是火山山崩造成。

在這邊先給大家一個簡單的概念,要造成海嘯最直接有效率的方法,就是讓海水受到垂直方向擾動,像是地殼垂直抬升或陷落所造成的地震型海嘯。

火山也是造成海嘯的成因之一。(圖片來源:Envato圖庫)
火山也是造成海嘯的成因之一。(圖片來源:Envato圖庫)

山崩也會造成海嘯,就像你從岸邊滾落到游泳池產生大浪。這種山崩型海嘯又分成兩種機制,一種是地震造成陸地或海底的山崩,另一種是火山造成的山崩。

火山噴發時又有兩種方式驅使山崩,一種是火山震動使火山邊壁崩落一大塊;另一種是火山一直噴發,結果火山裡面的結構空掉了,使火山承受不住水壓而往內下陷,使海水產生向下垂直運動引發海嘯。

雖然沒有經過很仔細的統計,但一般來說90%以上的海嘯是地震引起,剩下有一些是海底山崩造成的,少數是由火山噴發造成。

地震型海嘯與山崩型海嘯有甚麼不同?

答:地震造成的海嘯,大部分都是很強烈的地震才會造成海嘯。雖然不敢說全部,但一般來說要造成致災型的海嘯,地震矩規模(Moment magnitude scale,Mw)通常要大於7.5,且震源深度大多離地表35公里以內。地震矩規模超過8海嘯就很嚴重,規模超過9就是毀滅型的海嘯,像是造成南亞海嘯的地震就是這樣的規模。

若造成這樣大規模的地震,比較高的機會是海溝型地震,也就是板塊之間碰撞及隱沒。這種板塊破裂的長度很長,2004年南亞地震的板塊破裂長度大約1,200公里,大概4個台灣這麼長;2011年日本地震板塊破裂長度也有500公里。

這樣大面積的抬升,導致地震型海嘯的影響範圍非常寬廣,海嘯的寬度可以接近板塊破裂的長度。以2011東日本海嘯為例,寬度大約500公里;而它的波長也很長,以日本海嘯來說可以到200公里。

2011東日本海嘯襲擊福島縣磐城市的災後景象。
2011東日本海嘯襲擊福島縣磐城市的災後景象。ryuki_a_g攝。(維基百科,CC BY 2.1 JP))

這樣規模是甚麼概念呢?假設高鐵列車的寬度是5公尺,那2011年東日本海嘯就像從台北到雲林這樣長的高鐵,以10萬台併排的規模往岸上衝。不過地震型海嘯高度相較起來不會太高,以日本海嘯來說波高大概10到30公尺,但已經是毀滅級的海溝型海嘯了。

而山崩型的海嘯就很不一樣了,它的波高可以很高。同樣的崩落量,陸上的山崩其崩落的高度越高,海嘯就越高;海底的山崩越接近水面,海嘯就越高。而山崩崩落的體積與質量越大,其海嘯高度就越大。但範圍就不像地震那麼廣,山崩海嘯的初始寬度大概就是它崩落範圍。

整體來說,地震引起的海嘯影響範圍寬廣但波高相對不高;山崩造成的海嘯影響程度很強但範圍很窄。

2018年12月22日,巽他海峽海嘯災難後的樣貌,當時這裡正舉辦音樂會。
2018年12月22日,巽他海峽海嘯災難後的樣貌,當時這裡正舉辦音樂會。(印尼陸軍戰略後備司令部,Public Domain)

台灣較容易受到哪種海嘯威脅?

答:很不幸的,都有可能。

台灣東部外海有琉球島弧,發生大規模地震時海嘯會影響東海岸;台灣西南部外海有一整段叫馬尼拉海溝,大規模地震產生的海嘯對墾丁到台南一帶影響比較嚴重。在帛琉附近的亞普海溝雖然離我們比較遠,但因為地形關係,地震發生海嘯時,台灣北部蘇澳一帶、東部以及高雄至台南沿海都會受到影響。

而台灣北部金山一直到三貂角,雖然不是那麼肯定,但因為地形關係,可能會有海底山崩造成的海嘯,且過去有類似的事件發生。1867年基隆發生規模7的地震。照理說海嘯高度應該不高,但卻發生7至12公尺的海嘯,這是地震規模8左右才會產生的海嘯高度。目前我們推估很有可能10%是地震造成,90%是山崩造成的,但這數據只能說是推估。

台灣西南岸也有海底斜坡地形,其海底山崩威脅也不容忽視。另外台灣的火山大部分分布在東北海域,雖然說目前看到都不大,但也很難說什麼時候會影響到,只能盡量預警。

台灣要如何預警海嘯的發生?

答:我以前是用情境分析了解海嘯如何影響台灣。情境分析就是判斷可能造成海嘯的來源,例如說哪個斷層或海溝地震會產生海嘯?它如何影響台灣?但就如上述提到,有很多造成海嘯的原因,像是地震、海底山崩或火山,很多可能性,算都算不完。於是我們發展出海嘯影響強度評估法(Impact Intensity Analysis Method),簡稱IIA法。

它的原理像是醫生想要知道你身體哪個地方感覺特別疼痛,就在每個部位都敲敲看,敲這個地方沒感覺再換下一個地方,當敲到某個地方你特別痛,代表同樣的力道發生在這個地方對你衝擊特別大。

吳祚任與研究團隊用海嘯影響強度評估法分析金山地區。圖片提供:吳祚任。
吳祚任與研究團隊用海嘯影響強度評估法分析金山地區。圖片提供:吳祚任。

而所謂IIA法就像這樣,針對要研究的特定地區或基礎建設,在其周邊海域都模擬同樣力道的水體擾動,運用水動力學搭配海底地形,去檢視哪個地方水體擾動形成的海嘯威脅最大。像是上圖這個例子是研究基隆金山一帶,紅色地區發生海嘯的威脅程度較大,發生在其他淡藍色區域就比較不用擔心。

如此我們就可以先排除淡藍色區域,針對紅色區域聚焦做情境分析,研究這個海域地形如何,有甚麼原因可能引發海嘯,會如何影響沿岸地區或基礎建設等等。

而IIA法,可以再進一步製作成地震–海嘯關係圖(Seismic Tsunami Relation),白話來說就是「不用電的海嘯預警圖」,不需要靠電力運作,就能在地震時知道海嘯會不會威脅到所在地區。它是針對沿海每個村里,繪製外海各個方位發生多大的地震規模時,其產生的海嘯會影響到該社區。所以當地震發生,村里長可以快速用地震發生方位和規模這兩個最簡單的資訊,自主判斷是否可能有海嘯威脅。

海嘯發生時要如何自救?

答:事發當下,如果是地震引發的海嘯,台灣目前技術能夠在地震發生以後,結合中央氣象局的地震速報,將其轉成海嘯源去模擬各地海嘯高度,過程只需要1.5分鐘。以近海海嘯抵達台灣最快15分鐘來說,這樣的預警時間算是足夠。但這樣的海嘯預警需要地震來當作Enter鍵,如果海底山崩沒有地震,就等於沒人按下Enter鍵,所以山崩型海嘯又稱之為「沉默的海嘯」,我們還在規劃如何預警它。

一般民眾在海嘯來臨的時候,記得要向上逃生、垂直逃生。海岸邊大多都是透天厝而且三層樓以上,所以發生時就逃到頂樓。不要跑到路上,因為會塞車。如果是開車或在機車上,就趕快下車借民宅逃到頂樓。如果開車時不幸海嘯已經衝過來,留在車內時不要開門開窗,等海嘯退去,趕快逃往民宅頂樓。

國家災害防救科技中心的海嘯災害潛勢圖。
國家災害防救科技中心的海嘯災害潛勢圖。

至於平常的時候,沿海的重要基礎建設要知道IIA的結果,知道哪個地方來的海嘯影響特別大,北部的設施和南部的設施要注意的海嘯來源絕對不同。當知道哪個地方來的海嘯衝擊特別嚴重,再進一步做情境分析,了解海嘯如何衝擊這些基礎建設,然後判斷是用工程抵擋或是放棄這個設施。國家災害防救科技中心也有海嘯災害潛勢圖,可以事前知道最大情境海嘯會淹到什麼地方。

其實就台灣三四百年歷史,紀錄到的海嘯次數不少,歷史上已經有教訓了,老天都給我們那麼多機會,真的要多注意一下才行。

作者

古國廷

願化作土,去成就一片森林。