地球物理灾害链有关物理问题的讨论[转帖]

taoran

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连主页居然是江西气象网，不知为什么用了个ru的域名？

文章解释了“祸不单行”的问题，确实，2008，事情太多了。。。。。。

taoran

第29 卷第4 期                       气象与减灾研究                    Vol.29 NO.4
2006 年12 月     METEOROLOGY AND DISASTER REDUCTION RESEARCH           Dec.2006
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收稿日期：2006 年10 月22 日;修改稿日期：2006 年11 月12 日.
第一作者简介：郭安宁（1962- ），男，研究员，主要从事地震预测研究和工程地震研究.


地球物理灾害链有关物理问题的讨论

郭安宁，张惠芳
（中国地震局兰州地震研究所，甘肃兰州730000）


摘要：对地球物理灾害链的致灾机理，地震引起的放气范围、放气时间过程的计算方法，以及地气耦
合致灾模式，进行了讨论和分析。分析结果认为，巨灾大都是多种因素迭加和强化的结果。由于单学科往往
提出的致灾因素有限，所以预测效果不甚理想。要多学科从多种因素上去研究，才能改进大灾预测手段和
方法，最后达到灾害链全链预测的目的。

关键词：地球，物理，灾害链，研究。
中图分类号：X43 文献标识码：B 文章编号：1007- 9033（2006）04- 0040- 04

0 引言
对于自然灾害有时呈相关联系的共发特征，在古时候人们就注意到了，俗语“祸不单行”就是对这个
现象的简单总结。然而通过对一些灾害链现象的研究表明，自然界灾害呈链状发生的机制还是很神秘的，
其内在机制还有待于更深一步研究［1～4］。文中所呈现的一些研究思路，不是表明其灾害链的物理过程就是
如此，而更多的是指可以沿这个方向进行深入研究。灾害链作为一个新型的学科方向，对它研究的目的和
意义，应是对灾害呈链状效应后的以灾报灾，从而促进对一些灾害的预报向更准确的方向发展。

1 部分灾害链的致灾机理分析

1.1 梯度—波扰放气效应
这个效应是1998 年提出来的［5］，它主要是研究与应用于震—洪灾害链。一般来说，随着深度的增加，
由地表向地球内部的围压也就越来越大。这个围压的增加，是1 个呈梯度效应的增加。除了围压增加之
外，随着深度的增加，由地表向地球内部的温度越来越高，这是第2 个梯度。第3 个梯度是随着深度的减
小，由地球深部向地表岩体中的孔隙、裂隙越发育，孔隙与裂隙中的连通性越来越好。以上3 个梯度使得
地球介质受到地震波变形时，介质中的携热水汽和温室气体只能向上迁移。这就是梯度—波扰放气效应，
可简称为梯度—波扰效应。
实际上，由地球内部传播的波，还有因其他原因而产生的。如台风和寒潮产生的地脉动，以及强烈爆
炸产生的波。这些波都可定义为梯度—波扰放气效应。
如果把梯度—波扰效应广义化，即那种能引起地球介质形变的事件，如固体潮，地球自转速度突变，
以及特大地震引起的地球自由振动等，都具有上述效应。在这个广义化的情况下，把上述效应称为“梯
度—振波扰动效应”。对于地球自由振动，只有像1960 年智利MW=9.5 级和2004 年苏门达腊—安达曼
MW=9.3 级那样大的地震才能产生。这个振动是全球性整体振动的，它有伸缩振动和扭转振动2 种类型。
地球自由振动可持续数周才衰减完［6］。它对地球的放气效应过去还未讨论过，但它对海洋和陆地所
引起的后果可能是不同的。
根据爆破观测发现，大致在相当于地震烈度4 度振动区，就能震出地下气体。这一点为用大震4 度波
及区来估计放气范围提供了依据。
在地表表层以下有含水层，更深部的热水汽和温室气体是如何通过该含水层而逸出地表的呢？对此，
笔者曾在《地气耦合与天灾预测》一书中，用斯托克斯粘滞流体中球形体沉浮的理论讨论过［7］，即水汽与
温室气体的气泡比水轻，它们可以通过含水层而逸出地表。

1.2 气象脉动效应
众所周知，台风和寒潮是可以产生脉动的。台风产生的脉动主要是瑞利面波，寒流产生的脉动则有瑞
利面波和乐甫面波。台风脉动和寒潮脉动比台风与寒潮传播快得多。另外，在台风与寒潮期间，这个脉动
会持续若干天。它的长时间持续振动，会触发地震。随后台风和寒潮来到，会加剧地震灾害。这就是台—
震链与寒—震链。1920 年海原8.5 级地震和1966 年邢台大震，就属于寒—震链。

1.3 副高引张环放气效应
中国是季风气候，每年西太平洋副热带高压（简称副高）在中国大陆上进退，其边缘是降雨带，有时会
形成巨洪。另一方面，副高在中国大陆某一广大区域后，地壳受到大区域压力，在围绕压力区边缘的环形
地带，地壳受到张力。由于副高一般近似椭圆环形，其边缘亦是不规则环带，这里称其为引张环。在这个环
内，地壳孔隙和裂隙中会放出热水汽和温室气体。它一方面会加强副高边缘的降雨强度；另一方面，这个
引张环的引张力还可触发快成熟的地震［8］。华北地区的大震，大多是夏天副高边缘接近它们时发生的。

1.4 地气耦合的正反馈放大
当地震前后或非震的构造变动使地下气体逸出或有逸出潜势时，如逢大气低压过境，则会吸出地下
携热水汽和温室气体。这些气体逸出后，又会使大气增温而使其气压变得更低，此时再可吸出地下携热水
汽和温室气体。这种使大气中水汽增加和气压变得更低的过程，就是正反馈放大过程。它是地气耦合的结
果，对形成灾害链的能量是一个重要方面。
在引潮力使地球被迫放气后，如有大气低压过境，亦可进行上述的正反馈放大过程。当地球自转突然
加速，而在赤道两侧35°范围内地球鼓起增大而放气时，如有低压过境，也会发生上述正反馈放大过程，
使地下放出更多携热水汽和温室气体，并参与大气环流过程，形成巨大洪灾。另外，大气低压本身也可触
发走滑型震源和逆断层型震源发震，从而形成巨灾链。

1.5 诱会作用
这是笔者在《地气耦合与天灾预测》（1996 年）一书特别指出的现象［7］。即大地震或其他地球不稳定部
分放出携热水汽和温室气体后，会使大气低层增温而气压降低。如果低压的空间范围达到千公里的尺度
时，则可诱引高纬度冷空气南下，并诱引暖湿气团在低压区与之交会，从而产生大雨致洪。这就是地球放
气的诱会作用。暖湿气团向低压运移的情况，有暖湿气流本身向低压区运移，以及副高向低压区运动使其
边缘暖湿气团向低压区移动。

1.6 磁致伸缩和自发磁致伸缩
这是为了解释太阳活动峰年和谷年巨灾较多和巨灾链较多的现象而引入的物理观点［9～10］。在太阳活
动峰年，地下如果孕育的大震到了晚期，或者大的蠕滑断层临近它的蠕滑幕，则太阳活动峰年磁暴强而
多，它感应的地下电流加强。当电流流过断层面时，可引起增温面而触发地震或触发蠕滑事件。另外，还有
断层附近的岩石中含有铁磁性颗粒，它在磁暴发生时可产生变形，即磁致伸缩。这种变形也可能触发地震
或非震的构造变动事件。
以上不论是触发大震或触发非震的构造变动事件，都可使岩石圈中发生重大变动，从而使地下携热
水汽和温室气体逸出。它参与大气过程形成重大气象灾害，其中包括巨大洪灾。这样就形成了大震和重大
洪灾的巨灾链。这是太阳活动峰年的情况。
在太阳活动谷年，磁暴大大减少了，地下电流也变弱了。在这种情况下，居里点等温面的深度会稍有
下降。在这个温度下降的岩石中，铁磁性颗粒要产生“自发磁致伸缩”，这就是一种变形。自发磁致伸缩是
在地磁场不变的情况下，铁磁性颗粒因所处温度有下降而产生的变形。这个变形不是热胀冷缩现象，该现
象对于居里点等温面附近的铁磁颗粒最为显著。因为它可能触发岩石圈内的不稳定状态，从而产生相对
快速的构造变动，或可能触发地震。另一方面，它可能放出携热水汽和温室气体参与大气过程，从而产生
重大气象灾害，形成巨灾链。在这里要特别指出的是，岩石圈中的深大断裂带因长期有深部高温物质上
浸，所以断裂带上的居里点等温面比在大面积平整岩石圈中的居里点等温面要高，而且因其是高温墙状，
所以墙面两侧都有居里点等温面，故在深大断裂带上的居里等温面是双重的。所以在太阳活动谷年，它的
自发磁致伸缩更为显著。这种情况可能触发大震和大尺度的蠕滑变动，并同时放出地下气体参与大气过
程形成洪灾。

1.7 遥联关系
在中国除垂直对流降雨致洪外，更大规模致洪水汽的来路和冷空气来路皆在国外。如果在水汽来路
和冷空气来路上有大震发生，则地壳放气可使原水汽加强输入中国。在冷空气来路上，这种放气造成的低
气压状态，使更高纬度的冷高压梯度力增强而南下进入中国，这就是中国灾害与国外灾害的遥联链。另
外，中国幅员辽阔，有些地区也在水汽和冷空气来路上，那里的地震也会起上述类似作用。笔者曾经指出
过，蒙新甘交接地区的大震与黄河大洪有相关性（巨灾链），滇缅和安达曼地区的大震与珠江和长江大洪
有相关性（巨灾链）。在遥联问题上，还存在一种“接力作用”。如滇缅地区大震放气造成的低压，可把孟加
拉湾水汽吸引到中国西南边境，而青藏高原夏天为热源，其柯氏力效应把这个水汽再引入中国。此时如逢
北方冷空气南下，则可致洪。另外，如蒙新甘交接地区发生大震，若从西伯利亚南下的冷空气的气流冲力
越过震区而直入中国腹地诸大江大河地区，如与暖湿气团相遇，则降暴雨致洪。上述水汽来路上和冷空气
来路上的地震，类似于“接力作用”。

1.8 粉碎作用
这是大震与沙漠化和沙尘暴相关的灾害链。除人为破坏外，沙漠化和沙尘暴实际上是一种地球物理
灾害。在气候干燥和多风地区，如有大震发生，则地层破裂，岩石滚落摔碎，地震波使土层颗粒的团聚性破
坏，这些都为干旱、大风造成沙漠化和沙尘暴创造了有利条件。1920 年大震时，震区黄土被大规模震成粉
粒并形成“黄土流”，翌日大风劲吹，沙尘蔽天。文献［10］的研究指出，一般在地震的5 度等震线所包含的
范围，即对沙尘暴有贡献。

2 地震引起的放气范围
对于地震引起的放气范围，因岩石圈很复杂，所以需要通过实测才能解决。目前，一般用2 种思路来
讨论这个问题。

2.1 用地震前兆范围估计
由于前兆中有气体前兆或与气体相关的前兆，所以可用前兆范围估计震前的放气范围。其计算公式为：
               LogL=0.48Ms - 0.57 （1）
式（1）中，L 是不同震级Ms 的地震放气范围线度，单位：km。
对于震后来说，也可用上式来计算。这是基于震前前兆的范围有多大，震后震源周围调整的范围也同
样有多大的假定来考虑的。

2.2 用地震4 度波及范围估计
这是基于爆破震动引起放气的振动强度约相当于天然地震4 度的振动强度而转换过来的当量。对于
天然地震其震级与4 度波及范围的关系式，国内外许多学者都研究过，这里取武宦英的公式（1990 年）：
               LogR=2.16Ms + 1.1 （2）
式（2）中，R 为4 度等震线长轴的半径，单位：km。

3 地震放气的时间过程
在孔隙介质中，水流动的规律在100 多a 前已为达西所揭示。但由于地壳介质的孔隙度和孔隙向地
表的连接关系，以及地温梯度在不同的地方不同等，所以地震放气的时间过程只能待将来用实测来回答。
在未得到这个答案之前，暂用一些实际灾害链链间的时间长短作统计式回答。已往在震洪相关和洪震相
关方面，得到的结果是1 a 内或1.5 a 内,并用此时间由已知灾害去预测另一灾害。

4 地气耦合致灾模式
文献［11］指出，在天体因素参与下，地球气、水、固3 圈中某些地区异常状态相互耦合（非线性耦合），
并通过正反馈放大以及有利环境条件的配合，最后导致严重灾害。这个模式在文献［3］中也有较详的论
述。所谓非线性耦合，就是至少某一圈层中的异常已处于快发生灾害的临界状态或接近临界状态，然后另
一圈层中异常区能量和动态影响了这个临界状态，于是发生剧变，形成灾害或灾害链。所谓有利环境条件
的配合，是指在原异常区耦合致灾时，附近又有新添的能量供给，从而导致灾害加大。

5 结语
巨灾都是多种因素迭加和强化的结果，即所谓“多因强化”。由于单学科提出的致灾因素有限，所以预
测效果往往不甚理想。要多学科从多种因素上去研究，方能改进大灾预测手段和方法，最后达到灾害链全
链预测的目的。

参考文献

［1］ 高建国，姚清林，强祖基，等.印尼苏门答腊大地震和珠江大洪水的关系研究［J］.气象与减灾研究，2006，29（2）：8～17.
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［3］ 强祖基，杜乐天.地球排气与森林火灾和地震活动［J］.地学前缘，2001，（2）.
［4］ 马宗晋，叶洪.2004 年12 月16 日苏门答腊—安达曼地震构造特征及地震海啸灾害［J］.地学前缘，2005，（1）.
［5］ 郭增建.梯度- 波扰效应［J］.西北地震学报，1998，20（2）：88.
［6］ J. park，T.R.A. Song，J.Tromp，等.2004 年12 月26 日苏门答腊- 安达曼地震激发的地球自由振荡［J］.武敏捷，泽.世界地
震译丛，2005，（6）：24～31.
［7］ 郭增建，秦保燕，郭安宁.地气耦合与天灾预测［M］.北京：地震出版社，1996.
［8］ 郭增建，申秀荣，张慧芳.副高的地气耦合效应［J］.高原地震，2000，（3）：23～26.
［9］ 郭增建，秦保燕，李革平.未来灾害学［M］.北京：地震出版社，1992.
［10］ 郭增建.地震与沙漠化和沙尘暴［J］.西北地震学报，2001，23（3）：256.
［11］ 郭增建，秦保燕.某些地气耦合致灾问题讨论［J］.西北地震学报，1992，11（1）：93.

taoran

根据文章的推论，难道今年，还有洪灾吗？？？

taoran

还有，造成缅甸洪水的强热带风暴，难道也是引发四川地震的一个诱因（台—震链）？？？

taoran

　　缅甸的夏季非常炎热，尤其是伊洛瓦底江三角洲，人们需要海面上的台风为自己带来降雨和降温，而在持续数日的7-8级大风和愈演愈烈的大暴雨之后，三角洲从5月1日起忽然重新安静下来，没有风，也没有雨，只有阴霾的天空和异常闷热的天气。

　　这是台风外围的下沉气流在发出最后的警告，然而人们并没有领会。即使在政府已经发出台风警报之后，三角洲地区的人们仍然不相信厄运将会降临。他们以为今年将和过去的40年一样波澜不惊，毕竟眼下正是水稻收割的好时节，没有人愿意离开富庶的家园。

　　但纳尔吉斯已决意摧毁人们这种顽固的自信。它张开直径19公里的巨大风眼，裹挟着暴风骤雨和惊涛骇浪，以登陆前最高持续风速215公里/小时杀入三角洲，所过之处樯倾楫摧，浊浪排空，台风引发的风暴潮带来海水倒灌，3万平方公里的整个三角洲几乎被海水完全淹没——在强风、海潮、暴雨的三重打击之下，数万人民根本无处逃生。风暴过后这里已成人间地狱：地上积水严重，尸横遍野。

　　5月3日，纳尔吉斯在登陆数小时之后迅速由超强台风减弱为强热带风暴，同时以15-20公里/小时的速度向东北偏东方向移动，于凌晨时分与仰光市擦身而过。随后它继续快速移动并快速减弱，途经仰光省、勃固省、孟邦和克伦邦，当晚接近泰缅边境的高原地区时已减为热带低压。5月4日，纳尔吉斯最终在泰国北部彻底消散。

　　尽管纳尔吉斯登陆后已迅速减弱，并且其中心没有正面袭击仰光，但11级狂风夹杂暴雨的扫荡已足够让仰光市民一辈子牢记。

　　台风过后，缅甸政府清点受灾人数。截至5月11日，官方公布死亡28458人，失踪33416人，并指出这仅仅是两个受灾最严重地区的数字，仍有大量灾区因为交通、通讯中断而难以统计。5月9日，联合国人道主义事务协调员约翰·霍姆斯（JohnHolmes）计算缅甸的死亡人数应在6.3至10万人之间。联合国救灾机构称，大约有200万人无家可归，而全部受灾人数估计达2400万，约占缅甸总人口的一半。

      缅甸位于中南半岛西部，地处孟加拉湾东北部。孟加拉湾是全球台风最高发的地区之一，每年夏季这里都会生成大约5个平均8级以上的台风，如今在全球变暖的背景下，强台风、超强台风的数量与日俱增。纳尔吉斯是今年这里的第一号，气象专家分析，正是此前孟加拉湾地区对流异常活跃、索马里越赤道气流偏强和印度洋地区西风异常加强等气象因素赋予了它16级超强台风的能量与破坏力。

　　除此以外，通常在孟加拉湾生成的台风都会向北前进，然后在印度和孟加拉国的低洼地带登陆，缅甸则依靠其西部海拔两千多米的若开山脉长久地保护着自己,很少受台风光顾。然而这一次纳尔吉斯的路径却异常刁钻，它在正常的行进途中忽然调头向东，并且狡猾地绕过了若开山脉，径直冲向平均海拔不到5米的伊洛瓦底江三角洲。

　　对此,气象专家表示,这样的路径以前还从未发生过。至于纳尔吉斯到底为何会如此行进，目前还没有确切解释。

　　缅甸国土面积约68万平方公里，其中大部分属于冲积平原，平坦开阔的地势上河渠密布，因此台风带来的丰沛雨水极易形成洪涝，而其地势落差较小的特点又使得洪水难以很快泄入大海，于是暴雨过后便是严重内涝。

　　对于狂风暴雨和洪涝，缅甸气象局在台风登陆前便做出了正确的判断和预警，但他们却忽略了一点，那是真正致命的一点——风暴潮。风暴潮是指由强烈的大气扰动（如台风等）而引起的海面异常升高现象，它往往携狂风恶浪而至，溯江河洪水而上，暴涨的海潮会将滨海区域全部吞噬。

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就时间来看，似乎有好几天的时间差。。。。。。

[ 本帖最后由 taoran 于 2008-5-19 01:04 编辑 ]

fwjmath

查了查第一作者，发现也是玩数字游戏的人。
直说吧，大气圈不怎么能影响地质结构，什么飓风对于大地来说也就是挠挠痒。而地震也不怎么会释放什么气体，尤其是什么“温室气体”，因为地下根本就没有多少“温室气体”，可能只有甲烷CH4，但是含量绝对是少，而且只会伴随煤和石油，而大多数地震并不是在煤和石油的产地附近的。即使发生了泄露，数量也绝不能与人类活动相比。
我一直觉得只要尝试预测地震的，一沾数字游戏的话就可以扔掉了。现在国际上最先进的方法一个有美国模式的预测几十年中发生地震的概率，另一个是日本模式的利用信号比地震波传得远的特点给非震中争取多几秒时间。在年的单位内预报我觉得在50年内是暂时不可能的。

JUST

非常同意地震短期内不可能有效预报！

不过我们可以建造更好的房屋（或者说合格的房屋），建立高水平的搜救队

gengli00

回复 #7 JUST 的帖子
8级抗震如果用在民用建筑，成本是很高的。主要是工程监理能否保证施工队不偷工减料。
其实，7级抗震的房屋，即便遭遇8级地震，人员伤亡的数量也会大大降低的！四川这次地震主要发生在山区，而且是较贫穷的地区，那里很多都是自家盖的房子，抗震指标很难保证！即便是市区的楼房，大部分也都是几十年前盖的，国标已经改了很多年了，以前的楼板都是预制混凝土板，现在早已经是现浇混凝土了，即便倒塌也不会是粉碎性的掩埋，生还系数大大提高！

JUST

北京的房子似乎是按照8级建的，不过是否真的达到就难说了

我也从那边的朋友得知，四川这回倒的主要是预制板的房子，大部分在乡村。这种房子倒了几乎没有反应时间

施工的时候偷工减料几乎是一个尽人皆知的秘密，要么因为工期，要么因为费用。
我一个同学，学建筑的。当时学校在盖楼，跑去看，发现很多地方都不达要求。他问建筑工人为什么不按照规定建楼，得到的回答是“都这么盖”。又问“这样多不安全啊？”，答“一般塌不了”。再问“那万一出问题咋办？”，答曰“哪有不倒的楼，法国的航站楼不是一样倒了么”。于是，无语。。。