1960年智利海啸对中国海岸的影响：基于观测和模拟数据对中国海啸灾害的新认识

《Ocean Engineering》：The impact of the 1960 Chilean tsunami on the Chinese coast: New insights into tsunami hazards in China based on observations and simulations

本研究通过数字化历史潮位记录和Mazu-CTSU模型模拟，揭示了1960年智利海啸在中国海岸的传播机制，发现大陆架和琉球群岛弧形地形导致能量汇聚，最大波幅达2.6米，修正了传统低估风险的认识，为我国海啸预警提供科学依据。

　　中国沿海地区的历史记录显示，这里曾发生过多次海啸事件。然而，由于监测数据的匮乏，长期以来对这些海啸的理解和灾害评估工作受到了限制。过去的研究认为，大陆架能够阻挡或削弱海啸的传播，导致对中国沿海地区海啸风险的低估。本研究通过数字化处理纸质潮位计记录，成功再现了1960年智利海啸在中国沿海的波形数据。这些数据揭示了最大海啸振幅达到97厘米，这是中国大陆沿海地区有记录以来的最大海啸振幅。利用自主研发的Mazu-CTSU模型进行的数值模拟结果显示，在南海海沟情景下，最大振幅可达2.6米。观测数据与模拟结果共同确认了东中国海地区出现海啸波聚焦现象，这归因于琉球群岛和大陆架的弧形地形，形成了显著的汇聚效应。此外，我们还对历史上由太平洋地区引发的重大海啸进行了模拟，并评估了这些跨洋海啸对中国沿海地区的影响。结果显示，由南海海沟引发的海啸可能对中国沿海地区造成严重威胁，在少数沿海地区海啸振幅可能超过3米，对应于一级海啸灾害等级。本研究填补了对1960年智利海啸对中国沿海影响的监测空白，修正了对跨洋海啸对中国影响的理解，并为中国海啸灾害评估提供了科学依据。

海啸作为一种全球性的自然灾害，对沿海地区构成了重大威胁。它们不仅能够影响整个海洋盆地，还可能跨越数千公里传播。2004年印度洋海啸是历史上最致命的海啸事件之一，造成了印度洋沿岸地区的巨大破坏。同样，2011年日本东北海啸的浪高达到40米，并传播至整个太平洋。中国位于太平洋的西岸，其沿海地区同样面临跨洋海啸的威胁。然而，以往的研究普遍认为，由于大陆架的存在，中国大陆地区相对受到海啸的保护，从而低估了跨洋海啸对中国沿海的潜在影响。

1960年智利地震是历史上记录的最大地震之一，其震级达到9.5。这次地震引发了毁灭性的跨太平洋海啸，对太平洋沿岸地区造成了广泛影响。太平洋盆地内的潮位计记录了海啸的传播过程，最大振幅在智利达到25米，在日本达到6.4米，在夏威夷达到10.7米。此次地震及其引发的海啸被认定为20世纪最严重的自然灾害之一，促使了太平洋海啸预警系统的建立，成为全球海啸监测和减灾工作的重要里程碑。

尽管智利与中国的地理距离较远，但某些因素使得智利海啸有可能对中国沿海地区造成影响。首先，长周期的海啸波能够携带能量传播至遥远地区，且衰减相对较小。研究表明，海啸的频率显著影响其能量衰减率，高频海啸（短周期）衰减更快，而低频海啸（长周期）衰减更慢。其次，地形特征如浅水区域在海啸能量转化过程中起着重要作用。研究发现，跨洋海啸的共振主要由区域海底地形决定，而非海啸源区的位置或几何形状。复杂的大陆架地形可以通过浅水效应和共振放大海啸波。这些因素表明，起源于智利的海啸有可能影响中国沿海地区。

历史监测记录进一步验证了智利海啸对中国沿海地区的影响。除了1960年的智利海啸外，2010年的智利海啸也波及了中国沿海。浙江省的石浦和椒江潮位站分别记录到最大振幅为28厘米和32厘米。近年来，中国沿海地区在其他跨洋海啸事件中也检测到了海啸波。例如，在2011年日本海啸期间，中国东部沿海地区检测到超过50厘米的海啸波。在2022年汤加火山海啸期间，台湾东部沿海地区记录到最大振幅为44厘米，中国大陆沿海地区记录到最大振幅为22厘米。

1960年标志着地震与海啸研究的早期阶段。当时，全球标准的地震监测网络尚未建立，海啸数值模拟技术也尚未完全发展。即便到今天，我们对1960年智利海啸的理解仍然不完整，特别是在其对中国沿海地区的影响方面。因此，提取和分析该次海啸的观测数据对于客观评估中国跨洋海啸灾害具有重要意义，并有助于评估中国沿海地区地形对海啸传播的影响。近年来，数值模拟技术的进步极大地提高了对跨洋海啸的模拟精度。将数值结果与观测数据相结合，为更好地理解1960年智利海啸对中国沿海地区的影响提供了新的机会。

本研究的主要目标包括：（1）恢复并分析中国沿海地区的海啸观测数据；（2）模拟1960年智利海啸在中国沿海地区的传播与影响；（3）利用观测数据和数值模拟，研究中国沿海地区海啸波演变的机制；（4）评估影响中国沿海地区的跨洋海啸灾害的空间分布特征。

1960年智利地震发生在南美大陆板块与纳扎拉板块的汇聚边界。纳扎拉板块以平均每年6.6厘米的速度俯冲到南美大陆板块之下，导致了多次震级超过8.0的地震和海啸。该地区经历了多次大地震，历史数据被用于推断大地震的复发周期。通过数字化处理保存的纸质潮位计记录，我们能够获取更多关于海啸传播的信息。这些记录来自中国海洋档案馆，这是中国自然资源部下属的中国海洋数据与信息服务中心的一部分。然而，纸质潮位数据不能直接用于数值分析，需要进行数字化处理，才能转化为可用的数据。

为了更深入地理解海啸观测数据的物理机制，本研究采用了Mazu-CTSU模型进行数值模拟。该模型由国家海洋环境预报中心开发，利用图形处理单元（GPU）技术进行加速，专门用于模拟海啸传播。模型名称取自海神“妈祖”，象征着海上安全，是该中心研发的众多模型之一。通过该模型，我们能够更准确地模拟海啸波的传播过程，并分析其对中国沿海地区的影响。

本研究分析了1960年海啸的数值模拟结果，考察了中国沿海地区的最大振幅和海啸流，揭示了1960年跨洋海啸对中国沿海地区的影响和传播特征。此外，我们还评估了11种潜在重大海啸在中国沿海地区可能造成的最大振幅，分析了中国沿海地区可能面临的跨洋海啸威胁。通过这些分析，我们不仅能够更好地理解海啸传播的机制，还能够为中国的海啸灾害评估提供科学支持。

本研究的结果表明，跨洋海啸对中国沿海地区的影响远比以往认为的更为复杂和严重。尽管中国大陆架在一定程度上可能减缓海啸的传播，但其地形特征和海啸源区的特性共同作用，可能导致海啸波在传播过程中发生聚焦现象，从而对沿海地区造成更大的破坏。这些发现对于中国的海啸灾害评估和预警体系建设具有重要意义。同时，本研究也揭示了历史数据在海啸研究中的重要性，以及数字化处理在提升数据利用效率方面的价值。

本研究的成果将为未来海啸灾害的预测和应对提供重要参考。通过深入分析历史数据，我们可以更全面地理解海啸传播的规律，从而提高对潜在灾害的识别能力。此外，结合数值模拟和实际观测，有助于揭示海啸传播过程中各种因素的相互作用，为制定更科学的海啸预警和减灾策略提供依据。这些研究不仅有助于提升中国沿海地区的灾害防御能力，也对全球海啸研究具有借鉴意义。

中国沿海地区的海啸研究仍处于不断发展的阶段。随着科技的进步，我们能够获取更精确的海啸数据，并利用先进的模拟技术进行更深入的分析。然而，海啸研究仍然面临诸多挑战，包括数据获取的难度、模拟精度的限制以及对复杂地形影响的深入理解。本研究通过恢复和分析历史数据，填补了监测空白，并为未来的海啸研究提供了新的思路和方法。

此外，本研究还强调了跨洋海啸对中国沿海地区潜在影响的重要性。虽然中国位于太平洋的西岸，但其沿海地区仍然可能受到远距离海啸的影响。这种影响不仅取决于海啸的源区，还受到传播路径、地形特征和海洋环境等多种因素的影响。因此，全面评估跨洋海啸对中国沿海地区的影响，对于制定有效的海啸预警和减灾措施具有重要意义。

综上所述，本研究通过数字化处理历史数据和数值模拟，揭示了1960年智利海啸对中国沿海地区的影响，并为理解跨洋海啸的传播机制提供了新的视角。这些研究结果不仅有助于提升中国沿海地区的灾害防御能力，也为全球海啸研究提供了重要的科学支持。