曾建翰》氣象署錯了 這才是海嘯的傳波原理與災害成因
圖片為氣象署網站截圖
【聚傳媒曾建翰專欄】看到氣象署的臉書文宣，又看到氣象署的網頁，關於海嘯傳波的原理，移動的速度時，發現整個不對，對海嘯的認知也是錯誤，舉了海嘯移到淺海的速度像是某些高鐵交通工具或是短跑選手的速度值，將波的相速與水流質點混為一談，這個描述也是錯的。以下就說明我的立論：
海嘯的成因是海底地層活動，氣象署這個第一段的說明是可以接受的。但是，接下來的故事沒有提，所舉的數據、示意圖更是錯誤。想像，現在海底發生地震，地層的錯動所製造的能量非常巨大，相較於海洋的深度約4km來說，造出的波動波長，遠大於4km。這種海嘯的波長可以到1000km或是更長。相較於海洋平均深度4km，這種波動是淺水波。以更簡化的角度說，是一種表面淺水重力波，他的特性是非頻散(non-dispersive)波，也就是能量不容易耗散，物理學上會說，波的頻率不是波數的函數，用白話卡通文可以想成是一個班級的小朋友，排好隊形，以一個速度前進。這一群的海水波小朋友(波數不相同，也可想成波長不同的波)，以一樣的速度朝陸地接近，到達淺水區時，為了能保持原先的速度，也不願意將波形分開太遠，但是容納的空間不夠，於是只能朝水平前後，或是高度上延展。這裡要注意的是：朝垂直上的延展，會被地球的重力捉下來。地球的重力對大氣或是海洋的波動或是質點來說是非常大的力量。所以，水波高度的確會增加，但是不會是好萊塢電影演的比摩天大樓還高的巨浪。進入淺水區的海嘯，恐怖的地方是他們不願意分散，於是一大團的水，以非常高的速度（注意：質點速度變快很多），衝入陸地。這時像是水位急速上升的淹水，是湍急的水流，不是滔天巨浪。
關於頻散波與非頻散波，youtube上有人做了很好的視頻。所有波都以一樣的速度前進，而他們的波形也都相同。
海嘯衝進陸地，在日本311海嘯的視頻可以得到印證。我們見到一大團的海水湧進陸地，沛然莫之能禦的衝進內陸，並不是數十公尺高的巨浪。前述所說的淺水重力波，波動相速c。其中，g是地球重力加速常數，H是海洋的平均深度。氣象署網頁的數據就是根據不同的海水深度，從5000m, 500m, 100m到10m估算而來。問題是：海嘯是一種非頻散波，靠近陸地所造成的災害是海水質點的流速以及淹水。氣象署估計的是相速，並不是海水質點的流速，以這些數據來解釋海嘯進入陸地的情形是不對的。海嘯的災難是淺水大陸棚提供海水可以輕易上岸的通道，不是堆積塞車的波。
根據前中央大學洪秀雄教授與相關文獻(Lamb, 1945)的計算，如果從1000m的水深，移到只有1m的水深地方，速度會增加180倍（注意：不是相速），水的波高會增加5-6倍。而相速的確是減少為原先的3/100。怎樣看，都不會是氣象署網頁的數據，也不是網頁說明的原理。
前文提到波與質點，這是兩種不同的物理性質。海水質點可能只在局部地區打轉，但是海洋波動，將可以傳遞很遠。海水在深水區，水的質點軌跡會比較圓，靠近表面大圈而較深的地區小。在淺水的地區，整個打轉會被拉成長橢圓，差異如圖3所示，這個效應也稱為漂移(drift)，在考量波動時，軌跡不一定會成封閉，而是滾動向波前進的方向行進。當海嘯發生，由非頻散和連續體假設的考量，可以得出淺水區的質點打轉速度比深水區大數倍，這在海嘯發生時，會造成重大災害。
整個海嘯的過程，是可以用淺水模式做估算的。當然，加上大陸棚，加上一些海堤海牆，加入海岸的邊界，問題會變得更複雜有趣(Hsiao and Lin, 2009)，但是主要的成因是淺水非頻散波。臺灣東岸沒有淺水大陸棚，海水的深度幾乎一致，所以發生海嘯衝入陸地的機率非常低，因為沒有淺水區讓非頻散的海流加速衝進陸地。以往的歷史紀錄，在基隆曾發生海嘯，這與地震震央發生的位置，與海嘯波衝進基隆的角度有關。當氣象署談到臺灣西岸的臺灣海峽沒有海嘯是因為沒有深海水，這也是錯誤的推論。從google上擷出的海底地形圖來看，臺灣西岸是因為臺灣海峽的海水深度大約一致，波動沒有明顯的漂移變化，近岸時沒有較大衝向陸地的速度。而從google的圖上看，危險的地方是臺灣西南海岸，也就是地震震央如果發生的不湊巧，造成的海嘯如果對著高雄衝，情形就會非常非常嚴重。
也許你會問，那印尼發生的海嘯怎麼沒有影響到臺灣？答案是，那些海嘯波撞倒旁邊的大陸，發生的位置差一點，波動的角度差一點，我們躲過了。
作者為台灣大學大氣科學博士
●專欄文章，不代表J-Media 聚傳媒立場。
圖片為氣象署網站截圖
【聚傳媒曾建翰專欄】看到氣象署的臉書文宣，又看到氣象署的網頁，關於海嘯傳波的原理，移動的速度時，發現整個不對，對海嘯的認知也是錯誤，舉了海嘯移到淺海的速度像是某些高鐵交通工具或是短跑選手的速度值，將波的相速與水流質點混為一談，這個描述也是錯的。以下就說明我的立論：
海嘯的成因是海底地層活動，氣象署這個第一段的說明是可以接受的。但是，接下來的故事沒有提，所舉的數據、示意圖更是錯誤。想像，現在海底發生地震，地層的錯動所製造的能量非常巨大，相較於海洋的深度約4km來說，造出的波動波長，遠大於4km。這種海嘯的波長可以到1000km或是更長。相較於海洋平均深度4km，這種波動是淺水波。以更簡化的角度說，是一種表面淺水重力波，他的特性是非頻散(non-dispersive)波，也就是能量不容易耗散，物理學上會說，波的頻率不是波數的函數，用白話卡通文可以想成是一個班級的小朋友，排好隊形，以一個速度前進。這一群的海水波小朋友(波數不相同，也可想成波長不同的波)，以一樣的速度朝陸地接近，到達淺水區時，為了能保持原先的速度，也不願意將波形分開太遠，但是容納的空間不夠，於是只能朝水平前後，或是高度上延展。這裡要注意的是：朝垂直上的延展，會被地球的重力捉下來。地球的重力對大氣或是海洋的波動或是質點來說是非常大的力量。所以，水波高度的確會增加，但是不會是好萊塢電影演的比摩天大樓還高的巨浪。進入淺水區的海嘯，恐怖的地方是他們不願意分散，於是一大團的水，以非常高的速度（注意：質點速度變快很多），衝入陸地。這時像是水位急速上升的淹水，是湍急的水流，不是滔天巨浪。
關於頻散波與非頻散波，youtube上有人做了很好的視頻。所有波都以一樣的速度前進，而他們的波形也都相同。
海嘯衝進陸地，在日本311海嘯的視頻可以得到印證。我們見到一大團的海水湧進陸地，沛然莫之能禦的衝進內陸，並不是數十公尺高的巨浪。前述所說的淺水重力波，波動相速c。其中，g是地球重力加速常數，H是海洋的平均深度。氣象署網頁的數據就是根據不同的海水深度，從5000m, 500m, 100m到10m估算而來。問題是：海嘯是一種非頻散波，靠近陸地所造成的災害是海水質點的流速以及淹水。氣象署估計的是相速，並不是海水質點的流速，以這些數據來解釋海嘯進入陸地的情形是不對的。海嘯的災難是淺水大陸棚提供海水可以輕易上岸的通道，不是堆積塞車的波。
根據前中央大學洪秀雄教授與相關文獻(Lamb, 1945)的計算，如果從1000m的水深，移到只有1m的水深地方，速度會增加180倍（注意：不是相速），水的波高會增加5-6倍。而相速的確是減少為原先的3/100。怎樣看，都不會是氣象署網頁的數據，也不是網頁說明的原理。
前文提到波與質點，這是兩種不同的物理性質。海水質點可能只在局部地區打轉，但是海洋波動，將可以傳遞很遠。海水在深水區，水的質點軌跡會比較圓，靠近表面大圈而較深的地區小。在淺水的地區，整個打轉會被拉成長橢圓，差異如圖3所示，這個效應也稱為漂移(drift)，在考量波動時，軌跡不一定會成封閉，而是滾動向波前進的方向行進。當海嘯發生，由非頻散和連續體假設的考量，可以得出淺水區的質點打轉速度比深水區大數倍，這在海嘯發生時，會造成重大災害。
整個海嘯的過程，是可以用淺水模式做估算的。當然，加上大陸棚，加上一些海堤海牆，加入海岸的邊界，問題會變得更複雜有趣(Hsiao and Lin, 2009)，但是主要的成因是淺水非頻散波。臺灣東岸沒有淺水大陸棚，海水的深度幾乎一致，所以發生海嘯衝入陸地的機率非常低，因為沒有淺水區讓非頻散的海流加速衝進陸地。以往的歷史紀錄，在基隆曾發生海嘯，這與地震震央發生的位置，與海嘯波衝進基隆的角度有關。當氣象署談到臺灣西岸的臺灣海峽沒有海嘯是因為沒有深海水，這也是錯誤的推論。從google上擷出的海底地形圖來看，臺灣西岸是因為臺灣海峽的海水深度大約一致，波動沒有明顯的漂移變化，近岸時沒有較大衝向陸地的速度。而從google的圖上看，危險的地方是臺灣西南海岸，也就是地震震央如果發生的不湊巧，造成的海嘯如果對著高雄衝，情形就會非常非常嚴重。
也許你會問，那印尼發生的海嘯怎麼沒有影響到臺灣？答案是，那些海嘯波撞倒旁邊的大陸，發生的位置差一點，波動的角度差一點，我們躲過了。
作者為台灣大學大氣科學博士
●專欄文章，不代表J-Media 聚傳媒立場。