1991年3月3日,我们离开南极中山站,整装北归。3月5日,根据气象预报得知,在距我船西部15个经距处有一低气压正在形成,按照移动速度计算,我船不会与它相遇,最多它只能远远地尾随我们,风速最多不会超过8级。3月6号,我船已移到南纬55°,距在南纬60°处东行的气旋中心已超过500千米,按常理,已脱离危险区。可事实出乎所有人的意料,当时风速突然加大到35米/秒以上,浪高达20米,如山的巨浪狂啸着从船尾滚滚而至,将船尾部盘结的粗缆全部打散,冲入海里。缆绳掉入海中,随时有可能缠上螺旋桨,给我们带来灭顶之灾。后甲板工由铆钉固定的一吨重的蒸汽锅被连根拔起,像陀螺一样在甲板上滚来滚去。后甲板的门也被巨浪冲破。船在大海中像个醉汉左右摇摆,减摇装置全部投入工作,船的单边倾斜仍超过30°。单机推进的“极地”号船随时可能遭受灭顶之灾。船长守在驾驶室里,两天两夜没合眼。
当时的险情历历在目,如果当时是逆浪航行,我们全体乘员和“极地”号船早就被西风带的狂风巨浪吞没了。
西风带让人如此触目惊心,那么,什么是西风带,它在哪里呢?
通俗的说法是,在南北纬40~60°之间,经常刮着西风,风速很大。北纬40~60°之间多为陆地;而南纬40~60°之间几乎全部是辽阔的海洋,表层海水受风的影响,产生一个相应的自西向东的流动,它像腰带一样,环绕在南极大陆周围,这就是西风带。
物理海洋学家认为,在南半球,西风带的北界位置是亚热带辐合带,南界位置是南极辐散带,在它们之间,是西风漂流区,即西风带。
海洋灾害海洋自然环境发生异常或激烈变化,导致在海上或海岸发生的灾害称为海洋灾害。海洋灾害主要指风暴潮灾害、巨浪灾害、海冰灾害、海雾灾害、大风灾害及地震海啸灾害等突发性的自然灾害。
人类活动导致海洋自然条件改变而引发之灾害,称为人为海洋灾害或人为海洋自然灾害。多数无突发性,但某些人为海洋灾害,如赤潮,在许多海区也有突发性,这已引起人们越来越多的注意。
引发海洋灾害的原因主要有大气的强烈扰动,如热带气旋、温带气旋等;海洋水体本身的扰动或状态骤变;海底地震、火山爆发及其伴生之海底滑坡、地裂缝等。
海洋自然灾害不仅威胁海上及海岸,有些还危及自岸向陆广大纵深地区的城乡经济和人民生命财产的安全。例如,强风暴潮所导致的海侵(即海水上陆),在我国少则几千米,多则二三十千米,甚至达70千米,一次海潮曾淹没多达7个县。
上述海洋灾害还会在受灾地区引起许多次生灾害和衍生灾害。如:风暴潮、风暴巨浪引起海岸侵蚀、土地盐碱化;海洋污染引起生物毒素灾害,再引起人畜中毒等。
海浪海浪(oceanwave)是发生在海洋表面的一种波动现象。它和风的关系十分密切,民间所谓“无风不起浪”或“无风三尺浪”,就是对海浪现象的经验之谈。根据现代科学理论,海浪分为风浪、涌浪和近岸浪3种。风浪是指在风的直接作用下产生的水面波动,海面同时出现许多波高不同、周期不等的波浪,呈现出极其复杂的海面波动起伏状况;涌浪是在风停后海区内尚存的波浪,或传出风区以外的波浪,这种波浪外形比较规则、整齐,波面比较圆滑,波峰线长;近岸浪则是由外海的风浪或涌浪传到海岸附近,因受地形影响而改变波动性质的海浪。此外,风浪和涌浪同时出现时,还会形成混合浪。
海浪蕴藏着巨大的能量。据研究,若以世界大洋波浪平均波高1m、周期6s计算,全球海洋波能功率达7×1010kW之巨,估计其中可开发利用的能量有27×109kW。因此,开发利用海浪能资源是个很引人注意的问题。但是,另一方面,海浪的巨大能量也往往构成对海上活动的严重威胁。据统计,在目前世界上的海难事故中,有70%是由狂风巨浪造成的。1969-1982年间就有15艘万吨巨轮在太平洋西北部海域遭遇巨浪而沉没。近十几年来,随着海上油气开发迅速发展,海上作业平台日益增多,因风暴浪袭击,平均每年都要损失1~2座石油平台,都造成重大经济损失和人员伤亡。
潮汐在海边人们总会发现海水时涨时落的现象,人们把这种现象比喻成“大海的呼吸”。白天大海的呼吸叫作“潮”,晚上大海的呼吸叫作“汐”。这种海水有节奏的涨落现象就是潮汐。那么,潮汐究竟是如何产生的呢?
地球和月亮的距离是384400千米,这大约等于9次环地球旅行的路程。太阳到我们地球的距离还要大得多,大约有15000万千米。这么远的距离,施了什么魔法而使地球上的海水进行呼吸的呢?直到1685年,英国着名的科学家牛顿发现万有引力定律,才真正解开了这个谜。
万有引力定律告诉我们,宇宙间任何两个物体之间均有引力发生。因而,地球和月球之间有引力,地球和太阳之间也有引力。月球是地球的卫星,距离地球比其他天体近,因而月球就比其他天体对地球的引力大。
月球对地球各点的引力是不一样的,因地球各点距月球中心距离的不同而出现差异。在上中天时距月球中心最近,引力最大;在下中天时距月球中心最远,引力最小。由于月球的引力和地月运动的离心力在地心处平衡,即大小相等,方向相反,而在地球其他各个地方就出现了差异,这样就在各地出现一个合力。这种合力的出现会使地球上的海水产生运动,这就是“引潮力”。由于引潮力在地球各点上的方向和大小各不相同,从而形成了地球上的潮汐现象。
经过推算,月球的引潮力大约是太阳引潮力的217倍。同样,也可计算出其他天体对地球的引潮力。但是,宇宙中的天体虽多,对地球能产生显着引潮力作用的却不多。这是因为有些天体质量虽大,但距离太远;或距离虽近,但质量又太小。只有月球和太阳的引潮力比其他天体大得多,因此,月球对海洋潮汐起了主宰作用。
由于天体是在不断运动着,随着月球、地球、太阳三者相对位置的变化,使得海水发生了周期性的涨落,出现了复杂的潮汐运动现象。
风暴潮风暴潮是指由于大风和伴随着的大气压力急剧改变而导致海洋或湖泊水面异常升降的现象,因而也叫“气象海啸”、“风暴增水”或“风暴减水”。但是,就其危害程度而言,以风暴增水为烈。特别是当风暴增水与天文大潮同时发生时,由于两种增水叠加在一起,可使水位异常抬升,海水向内陆侵袭,在沿海地区造成重大自然灾害。因此,现在海洋预报中发布的风暴潮警报主要指风暴增水。
在世界的热带和温带沿海地区,风暴潮经常发生。在热带地区发生的风暴潮是由热带气旋(如台风、飓风等)引起的,其特点是水位变化急剧,增水大。主要出现在夏、秋季节,尤以夏季最为显着。这类风暴潮分布地域甚广,包括北太平洋西部、南中国海、东中国海、北大西洋西部、墨西哥湾、南印度洋西部、孟加拉湾、阿拉伯海、南太平洋西部等区域。其中,我国东南沿海、菲律宾沿海、日本沿海、美国东海岸和墨西哥湾、孟加拉湾等,热带气旋频繁,出现风暴潮的次数也最多,被认为是世界海洋灾害的重灾区。例如,据统计,在我国沿海增水1m以上的风暴潮平均每年发生14次,造成严重灾害的风暴潮平均每年2次。迄今世界上有记录的风暴潮增水,最高记录是75m,相当于一座三层楼的高度,发生在美国东海岸;其次是在孟加拉湾沿岸发生的一次风暴潮记录为72m。我国有记录的风暴潮最高记录是594m,1980年发生在广东湛江的南渡。
由温带气旋引起的风暴潮主要发生于冬、春季,其特点是水位变化不剧烈,增水较小,持续时间较长。这类风暴潮多发生在温带沿海地区,如北海、波罗的海、美国东海岸、日本沿海、我国北部沿海等。温带气旋引起的风暴增水与热带风暴增水相比较小,迄今已知的最大风暴增水不超过4m,但同样也会造成灾害。以我国渤海为例,据统计,1950-1981年间,在渤海湾发生1m以上风暴潮增水的过程有244次,平均每年8次,其中有5次造成严重的自然灾害。
对于风暴潮灾害,生活在沿海地区人是有深切体验的。1970年11月13日,在孟加拉湾沿岸发生的一次强风暴潮,潮水不但淹没了大片土地和村庄,而且夺走了近30万人的生命,超过了1923年日本关东大地震的死亡人数。我国历史上也有许多风暴潮灾害记载。例如,1696年6月1日,在长江口一带发生的一次风暴潮,曾使上海、宝山、崇明、吴淞一带被潮水淹死10万余人。1895年4月28日,渤海湾遭受风暴潮袭击,几乎摧毁了大沽口的所有建筑物,造成2000多人死亡。建国以来,由于记录较完备,对风暴潮的灾害有更清楚的认识。例如,1969年7月28日在汕头地区发生的一次风暴潮,使当地水位急增3m,汕头市平均浸水15~20m,成了“水城”,给当地人民生命和财产造成重大损失。1992年夏发生了一次近年来特大的风暴潮,几乎波及整个东部沿海地区。尽管海洋部门及时做出了比较准确的预报,并采取预防措施,大大减轻了灾害程度,但仍然造成不可抗拒的损失,包括淹没田地3000多万亩,海堤决口1万多处、长约1100km,倒塌房屋近10万间,直接经济损失90多亿元,人员伤亡280多人。触目惊心的风暴潮灾害,引起了各沿海国家的广泛关注。许多海洋学家开展了风暴潮的科学研究,成为海洋科学和灾害学的一个重要研究领域。
台风每年夏季,我国东南沿海一带,经常受到台风的侵袭。它虽则可以带来雨水,但也会造成灾害。
台风发源于热带洋面,因为那里温度高,湿度大,又热又湿的空气大量上升到高空,凝结致雨,释放出大量热量,再次加热了洋面上的空气。洋面又蒸发出大量水气,上升到高空,温热空气以更大的规模迅速上升。这样往返循环,便渐渐形成了一个中心气压很低、四周较冷、空气向低气压区大量汇集的气旋中心。因为这种气旋发生在热带海洋上,所以又叫它为“热带气旋”。在一般情况下,热带气旋并不一定都能发展成为台风,只有当热带气旋继续不断得到更多高温高湿空气的补充,并在气旋的上空形成一个强有力的空气辐散区,使从低层上升到高空的暖湿空气不断向四周辐散出去,这时,热带气旋就可能发展成为台风。
台风是一个巨大的空气旋涡。它的直径从几百公里到一千多公里,高度一般都在9公里以上,个别的甚至伸展到27公里。台风中心有一个直径约为10公里的空心管状区,气象学上称为“台风眼区”。台风眼内盛行下沉气流,多半是风和日丽的好天气。从台风眼向外,四周就是巨大而浓厚的云墙,这是狂风暴雨最厉害的地方。
台风移动时,就像陀螺那样急速旋转着前进。它行走的路线总是弯弯曲曲的,但每年几乎都遵循比较固定的路线移动。影响我国的台风主要是西北太平洋台风和南海台风。它的活动路径随季节而有所不同:1-4月,绝大多数台风仅在北纬10度以南活动,对我国没有什么影响。5-6月,主要路径有两条:一条在北纬10-15度间由东向西行,进入南海;另一条在东经120-125度之间发生转向,向东北方向的日本移去。7-9月,是西北太平洋台风的活动高峰期。台风生成后,沿北纬10-25度间自东向西移动,影响我国东南沿海,有时甚至能侵入到华北和东北一带。也有部分台风未能继续西行而在海上转向东北。10-12月,台风活动路径南退,主要在北纬17度以南自东向西移动,影响南海;一部分在台湾以东海面向东北移动。
台风的风速很大,最大风速一般为每秒40-60米,个别强台风的最大风速可达到每秒110米。一次台风过程,降雨量一般达200-300毫米,有时甚至可达1000多毫米。因此,台风经过的地方常常会引起洪涝灾害。
从1989年1月1日起,我国开始统一使用国际规定的热带气旋名称和等级标准。即当热带气旋中心位置不能精确确定,而且平均最小风力小于8级称为低气压;热带气旋中心位置能确定,但中心附近的平均最大风力小于8级称为热带低压,达到8-9级称为热带风暴,10-11级称为强热带风暴,12级或12级以上称为台风。
飓风一次普通的飓风所释放的能量相当于几个原子弹爆炸的能量,1分钟的能量足够美国50年的用电。
但是,飓风无法控制,它们毫无束缚地把能量释放到大气层,却常常把死亡和灾难带给广阔的沿海地区。
1970年,飓风袭击了孟加拉国,引起潮浪,吞没了至少20万人的生命。1900年美国德克萨斯州嘎米斯顿的一场飓风掀起了巨大风潮,使6000人丧生。1954年,在日本北端的岛屿,北海道函馆海湾,一条大型渡船被飓风击沉,1000人葬身大海。
飓风是在大海产生的,条件是水温高于华氏806°(摄氏27°),这意味着北部海面通常不会产生飓风。温暖的海洋形成漏斗状气流,升至12200米的高空,气流冷却形成积云。
由于高空气流扩散,从海面上沿漏斗上升的气流不断加强。地球的自转导致气流旋转,飓风由此产生一股直径650公里的强劲风暴,在旋转中,风速每小时达320公里。
飓风的中心称为风眼,直径约32公里。风眼温度适中,只有微风,一切都很平静,显然是由离心力形成的。因此在飓风袭击的地方,在另一半到来之前都有一小段平静,而后骚乱再起。
飓风在洋面形成之后往往再度加强,因为水的热量使漏斗中部气流上升加快,但到了陆地,由于森林和高山的阻挡,并且由于它不再有水气上升所提供凝结的热源,所以飓风一旦到了陆地,没几天就会消失。
海啸海啸,是一种特殊的海浪,是由火山、地震或风暴引起的一种海浪。海啸波,在大洋中不会妨碍船只的正常航行,但近岸时却能量集中,具有极大的破坏力。
由于海底或海边地震,以及火山爆发所形成的巨浪,叫做地震海啸。通常在65级以上的地震,震源深度小于20~50公里时,才能发生破坏性的地震海啸。产生灾难性的海啸,震级则要有78级以上。