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海岸地帶的奇特現象:晴天氣候的帽子戲法——氣象海嘯

102/08/05 瀏覽次數 17131
事件發生於克羅埃西亞的楚拉島(Korcula)的維拉盧卡(Vela Luka)港灣。在1978年6月21日的清晨,最先到達的異常波溢過岸上的防波堤,大水淹進靠近海岸的房屋,破壞房屋的圍牆,扯斷繫船的纜繩,船隻被推向岸上,甚至漂流到住宅街道區域。

數十分鐘後,大水迅速從港灣退去,留下遭受破壞的船隻。這種現象持續幾次,並在3個小時後,累積的水位變化達到6公尺左右,大水幾乎漫淹到房屋的二樓。雖然港灣中沒有實際的量測紀錄,但是從房屋牆面的淹水痕跡,可以初步估計當時的最高水位。

事件發生6小時後,大水逐漸退去,許多目擊和水位觀測的報告都指出,海水倒灌的災害遍布整個亞得里亞海的海岸地區。事件經過後,許多學者著手調查這事件的原因。雖然這個事件和海嘯波造成的災害非常類似,但是後來證實和地震或海底山崩等所造成的海嘯沒有任何關聯。
 
克羅埃西亞的維拉盧卡港灣的氣象海嘯事件,造成港內和周邊城市淹水。(圖/http‭://‬mirabilissimo100‭.‬wordpress.com‭/?‬s=Vela+Luka)
最令學者們百思不解的是,當時天氣晴朗,造成嚴重淹水的原因到底是什麼?當時在亞得里亞海沿岸只記錄到非常微小的大氣壓力變動,最重要的發現是氣壓變動和水位上升到最大高度的時間幾乎相同。最近有學者針對這種現象提出非常廣泛的討論,探討大氣壓力微量的變化如何產生劇烈且快速傳播的類海嘯波,而這種現象也稱為氣象海嘯(meteotsunamis)。

揮動氣壓變化的魔術棒

1978年的事件只有水位觀測和災後影像紀錄,並無事件發生過程的影像。2006年6月15日,發生在西班牙梅諾卡(Menorca)島休達德亞(Ciutadella)港的事件,岸上的監視系統記錄到這種類似海嘯波的發生歷程。

這場事件持續將近一個小時,最高的水位達到4至5公尺。港區水道內的船隻被大水推擠成一團,造成一百多艘船隻的翻覆和35艘沉沒。事件發生前,氣壓計在很短的時間內(約10分鐘)觀測到4至5毫巴的變動,並伴隨強烈的風速,在1小時之後就發生港區淹水的災害。造成當時氣壓迅速變化的原因,是一種稱為颮線(squall line)的強陣風天氣現象正發生在梅諾卡島。克羅埃西亞的維拉盧卡港灣的氣象海嘯事件,造成港內和周邊城市淹水。(圖/http‭://‬mirabilissimo100‭.‬wordpress.com‭/?‬s=Vela+Luka)
 
西班牙休達德亞港區氣象海嘯事件的歷程(圖/http‭://‬ichep.blogspot.tw/2006/06‭/‬rissaga-ciutadella.html)
其他海域,如1979年3月在日本長崎港曾有4公尺左右的淹水高度,1980年9月在中國山東半島的龍口港也有3公尺的紀錄。

在這些事件的報告中都提到一個相同的現象,這種近岸類海嘯波的發生都伴隨著天氣系統的變化,也就是大氣壓力微小且持續的擾動。經由事件發生歷程的影像、水位和大氣壓力的觀測,可以提供學者重要的線索去尋找事件發生的原因。

經調查,臺灣近岸共有4次較大的事件,一次發生在2007年4月2日的臺南將軍漁港,水位最高達1.4公尺並造成兩艘船隻翻覆;另有三次事件在桃園竹圍漁港,分別發生在2008年1月29日、2009年3月5日和2010年2月16日,最高水位約為1至1.5公尺。

上述事件,水位的變化最大可達1.5公尺,相當於當地潮差的60%以上,且可持續1~3天以上,在相鄰的海域也觀測到相對應的水位變化。2007年的臺南將軍漁港事件和颮線系統有關,竹圍漁港事件則和冷氣團南下有關。西班牙休達德亞港區氣象海嘯事件的歷程(圖/http‭://‬ichep.blogspot.tw/2006/06‭/‬rissaga-ciutadella.html)
 
在竹圍漁港所觀測到的氣象海嘯和相對應的大氣壓力變化,I 和II 是異常事件的持續時間,事件I 的最大水位差約為 1.5 公尺,微小氣壓的變動始於 2008/01/29 12:00。
值得注意的是,假若氣象海嘯和地震引發的海嘯波同時發生,水位的累積則可能增加數倍之多。這種情況已發生在2004年印尼海嘯抵達美國東岸時,恰巧一個低壓風暴沿著東岸由南往北行進,海嘯波和風暴產生的氣象海嘯最後在緬因州北部海岸結合,使得水位增幅達到2~5倍以上。

打開氣象海嘯的帽子

由過去的觀測報告得知,氣象海嘯源自天氣系統的變化,並和大氣壓力微量的變動有關。學理上,大氣壓力在海面所引發的水位變化,大約1個毫巴就可產生約1公分的水位升降。以西班牙梅諾卡島觀測到的4至5毫巴氣壓變動,僅產生4至5公分的初始波。當這初始波開始傳遞至近岸時,它的傳播行為就和海嘯波一樣,傳播速率因不同的水深和地形而異。當行進至特定的水深或地形時,若傳播速率和微量氣壓變化的移動速率約略相同時,就產生共振效應並使初始波產生數倍的增幅。

即使大氣壓力的變動很微小,仍可因共振而在外海產生具相當能量的氣象海嘯。除了上述的機制外,當氣象海嘯進入特定的海底地形或港灣時,地形或港灣的共振效應也可造成氣象海嘯的增幅。舉例來說,這種情況就等同在裝水的浴缸中擾動。當擾動持續一段時間後,若擾動的頻率接近這個浴缸的共振頻率時,水位就會以一定的振盪周期在浴缸兩端起伏,水位的高度則可能超過浴缸而溢出。地震所形成的海嘯波也會受到地形或港灣共振的影響。在竹圍漁港所觀測到的氣象海嘯和相對應的大氣壓力變化,I 和II 是異常事件的持續時間,事件I 的最大水位差約為 1.5 公尺,微小氣壓的變動始於 2008/01/29 12:00。
 
氣象海嘯的形成機制:(1)大氣—海洋共振效應產生初始波、(2)地形共振造成水位增幅、(3)港灣共振增強近岸水位的抬升。
氣象海嘯和地震海嘯的主要差異在於初始波的形成機制,目前已知微小氣壓變化可以受到如大氣重力波、鋒面、颮線等的影響。雖然氣象海嘯和氣壓的變化有關,但是和一般熟知的颱風暴潮(storm surge)不同。暴潮是由於颱風低氣壓使得初始水位上升高於平均海平面,加上強烈風速對上升水位的推移,形成堆積效應並造成水位的增幅。當暴潮接近海岸時,產生的海水倒灌可達1公尺高,但是水體並不會在數小時內產生多次的往復運動。

氣象海嘯只需微小的氣壓變動加上適當的傳播速率,就可因大氣—海洋的共振而產生,水體在近岸以數十分鐘的周期產生往復運動。已知的水位和氣壓觀測資料顯示,氣象海嘯的作用時間比颱風暴潮長。

魔術師的預知能力

目前氣象海嘯的分析指出,在冬春兩季,台灣北部海岸發生海水倒灌和船隻翻覆的可能性甚大。由於冷氣團快速南下,使得北部受到氣象海嘯的影響較大,而且也常發生在北部地區(最大水位值發生於竹圍)。在冬春兩季,氣象海嘯和微小氣壓的變化可達到很高的相關性。這結果提出一種可能的預測方法,當觀測到具有特定移動速率的氣壓變化時,就可預期氣象海嘯的到來。

雖然初始波形成機制是一個關鍵的因素,但是它行進至不同的海底地形或有限水域的港灣,水位增幅效應也因地而異。由於要達到上述條件的複合效應相當稀少,因此類似事件報告只發生在特殊且少數的海區。未來在氣候變遷的情況下,這種事件可能會逐漸增加。

深度閱讀 氣象海嘯的形成機制:(1)大氣—海洋共振效應產生初始波、(2)地形共振造成水位增幅、(3)港灣共振增強近岸水位的抬升。
  1. Monserrat‭, ‬S‭., ‬I‭. ‬Vilibic´‭, ‬and A‭. ‬B‭. ‬Rabinovich‭ (‬2006‭) ‬Meteotsunamis‭: ‬Atmospherically induced destructive ocean waves in the tsunami frequency band‭. ‬Nat‭. ‬Hazards Earth Syst‭. ‬Sci‭., ‬6‭, ‬1035-1051‭.‬
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