日本东北9.0级大地震与台风的成链关系*

2012-01-23李鑫郭安宁赵泽贤

灾害学 2012年2期

李鑫，郭安宁，赵泽贤

(中国地震局兰州地震研究所，甘肃兰州730000)

0 引言

自从1987年《灾害学》杂志首次发表灾害链的概念和4种灾害链的分类以来，国内对灾害链的研究有重要发展，仅灾害链的专业会议就已经举行了6次，涉及灾害链事件的地区范围包括我国国境以内以及相邻的国家和地区。1994年郭安宁在《灾害学》杂志上曾讨论过20世纪日本8级地震和造成重大灾害的台风之间的灾害链问题［1］，初步结论是8级大震在时间上的分布是与造成重大灾害的台风在时间上的分布大致同步的。这个结果是否在时间延长后仍然成立呢?这是一个值得继续讨论的问题。2011年3月11日日本东北部发生M9.0级地震(图1)，在其后的2011年8月31日－9月7日台风“塔拉斯”登陆日本。台风中心气压975 mb(台风中心气压一般用毫巴做单位)，在伊纪半岛过程降雨量1 500～1 800 mm。此次台风造成了严重破坏，截至9月11日强台风在日本造成的死亡人数升至62人，另有46人失踪。这在日本今天对台风预警能力和防台能力大为提高的情况下，已经是很严重的伤亡了。另外这次台风造成的山崩、滑坡、塌陷、泥石流等自然灾害也很严重。本文的目的是通过对2011年日本东北9.0级大震和塔拉斯台风灾害链的讨论，使地震－台风灾害链更具事实基础。另外我们还重点对地震－台风灾害链的成因做进一步的讨论。

1 日本东北9.0级大地震介绍

2011年3月11 日13∶46，日本当地时间14∶46，在日本东北部城市仙台以东大约100 km的外海中发生9.0级地震(图1)，地震破裂起始点为38.3°N，142.4°E。震源深度约10 km，属浅源地震。随后在震中附近发生大量余震，最大余震M7.7级。该大地震伴随着显著的海底形变，直接导致了巨大海啸的产生。此次地震破裂区长约500 km［2－3］，其南端停止于太平洋板块与菲律宾板块的交接处，北端终止于日本海沟与千岛海沟的交接处，这两个构造交接处之间的海沟地段确定了日本东北部地震震级的上限，即此处发生的最大地震就是M9.0～9.1级。

图1 2011年3月11日日本东北9.0级地震和台风登陆过程

2 塔拉斯台风介绍

2011年第12号台风“塔拉斯”(英文名Talas)于2011年9月3日，在日本四国高知县登陆。9月1日08时至9月4日08时，日本列岛大部出现了7～9级大风，最大风速出现在四国岛高知县室户岬，达35.7m/s(12级，阵风)，日本九州东部、四国岛、本州西部和南部、北海道出现了大到暴雨，其中四国岛、本州西部和南部的部分地区出现了大暴雨或特大暴雨，多地出现了打破历史观测记录的极端强降雨，其中累计降雨量为:奈良县上北川1 650.5 mm、三重县宫川1 381.0 mm、奈良县风屋1 302.5 mm、和歌山县西川1 088 mm。最大24小时降雨出现在三重县宫川，达837.5 mm。截止9月7日受灾地区有的地方最大降雨超过1 700 mm。

3 日本地区地震与台风的关系

文献［1］对日本8级地震与对日本造成严重破坏的强台风的对应关系在图2中为1930－1960年段。我们把其时间延长至2011年，如图2中后半段所示。图2中上面的虚线表示台风，下面的实线表示8级以上大震。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示4个地震－台风群。

图2 地震－台风时序图

在1930－1960年间造成重大灾害的台风分别是1934室户台风、1945年枕崎台风、1959年伊势湾台风、1961年2号室户台风、1953年13号台风、1951年露丝台风、1958年狩野台风、1954年洞爷丸台风、1947年卡斯林台风和1948年阿依文台风。我们从1960年把时间延长到2011年，则有1991年米蕾丽台风、2004年蝎虎台风、2007年的万宜台风、2009年的茉莉台风、2011年塔拉斯台风和洛克台风。上述在1930－1960年间与台风相对应的8级地震为1933年的日本三陆8.5级地震、1944年日本东南海8.0级地震、1946年日本南海道8.0级地震、1952年日本十胜冲8.2级地震、1958年日本北海道东边海中8级地震。在1960－2011年与台风相对应的8级左右地震为1993年北海道南西7.8级地震(我国地震监测台网中心也有定为8级的)、2003年日本北海道发生8级地震和2011年日本东北9.0级地震。以上地震的震中位置如图3所示，图中虚线矩形区为9.0级大震的余震分布范围。

图3 日本地震－台风灾害分布图

由图2可以看出，1960－2011年间的地震－台风对应关系与1930－1960年间的台风对应关系是类似的。这个时间拉长后的序列支持和丰富了文献［1］中的地震与台风关系。这对我国今后的震－台链防灾是有参考价值的。

4 地震－台风灾害链成因讨论

地震发生之后通常伴随着大量地下热能的产生，其中必有携热水汽逸出地表。根据全球记录到的地震波信息，估计日本东北9.0级地震的破裂持续时间约为120 s。结合余震分布以及地震波的反演，判定此次地震破裂长度约500 km。地震从起始点开始，向南扩展约300 km，几乎到达东京附近。同时从震中向北扩展约200 km，到日本海沟与千岛海沟交界处停止。经过对全球地震台记录到的大量地震波形的分析，美国地质调查局(USGS)及哥伦比亚大学确认此次地震类型为逆冲型地震，矩震级为9.0～9.1。这是自2004年印尼9.3级地震以来第1次9级地震，也是近40年来第1次9级以上地震。这次地震释放的能量大约相当于梯恩梯炸药爆炸释放的能量，约为我国汶川地震释放能量的32倍。需要指出以上能量的统计仅仅是主震能量的释放，其后在周围地区发生了多次7级以上的余震，因此整个地震过程释放的总能量是很大的，除去释放地震波所需要的能量，剩余能量中大部分转化为热能形式，另外震源周围岩体的运动和形变以及强烈的地震波等也可把地壳孔隙中的水汽挤出和震出，因此日本9.0级大地震必然在大的范围引起地下携热水汽的逸出，这个携热水汽的逸出是能够加强台风和降雨强度的。

关于地震的放气现象，由于地壳介质的孔隙度和孔隙向地表的连通关系以及地温梯度的不相同等原因，所以地震放气的时间过程只能用实测来回答。为了估算地震引起的放气范围，可用爆破震动引起的放气范围来类比，爆破引起的放气的震动强度约相当于地震烈度Ⅳ度。对此可用武宦英震级M与波及范围半径R的公式(1990)［4］来计算Ⅳ度区的范围。

log R=0.46M－0.51，(1)用此式计算主震放气范围以及其后余震的放气范围，综合叠加可获得最终放气范围。由于2011年3月11日日本地震已达9.0级，且余震发育范围很广，因此可以判断在大的范围内必然有携热水气逸出。

还应指出，日本气象厅的报告:日本东北9.0级地震后，日本全国至少有13座活火山周边中小地震活动趋于活跃。被观测到地震增加的这种区域为日本关东及中部的日光白根山、富士山、箱根山、烧岳、伊豆大岛，九州岛阿苏山、南西诸岛的诹访之濑岛等。火山附近小震活动表明地球内部的热物质在上涌，这也从侧面支持了9.0级地震引发的大范围放热和放气现象，从而也有助于理解塔拉斯台风为何登陆后暴雨如此之大。

根据以上的分析可以看出，对于日本9.0级大地震不能简单地视为局部地区的构造活动，因为主震震级如此之大，必然牵动日本岛弧地震带的构造活动(包括中小地震活动和非震的地热活动)。另外还有强烈地震波震动，这些都会造成地震带及其附近地下携热水汽进入大气，使大气湿度和温度增加以及大气气压降低。当这样的带和地区靠近台风路径时，它就会吸引台风，并把自己所造成的暖湿空气加入到台风中，使得台风的强度加强，遂引起大的风暴潮和特大暴雨，造成严重灾害。对于这种地震和台风的成链关系还可从中等台风造成严重灾害来进一步论证其成因。

(1)对于1960年以前的11个台风(图2中Ⅰ和Ⅱ)，查阅福井英一郎主编的《日本气候》一书［5］，其中有3个中等台风，中心气压都为960 mb，本不应该造成重大伤亡，但死亡人数分别为838人、1 761人和2 360人。这说明地震引起地下放出携热水汽增强了台风致灾强度。至于更强的台风死亡人数多，也有地震引起的地下放出携热水汽叠加的因素，这就不难理解了。

(2)在图2中可以清晰地看出，发生8级地震的时间基本和伤亡严重的台风出现的时间相吻合，其中伤亡严重的台风大都出现在大地震发生之后，但是图2中1952年、1993年和2009年三次地震之前出现了造成重大灾害的台风。根据耿庆国和陈玉琼等人的观点，孕育着的震源也可能吸引台风［6］，但他们没有讨论吸引台风的机制。我们认为其原因是震前构造变动已较显著并伴有地下携热水汽逸出，从而吸引台风和加强台风。

(3)在图2的第Ⅳ群中，2011年的12号塔拉斯台风只是中等台风，中心气压为975 Mb，阵风速度为35 m/s。但在纪伊半岛上的奈良和和歌山造成的暴雨为历史之最。这种暴雨过分大的原因可认为是:仙台东边海中发生9.0级地震引起的构造变动和强烈地震波达及伊纪半岛使该地区地下逸出携热水汽并叠加在台风中形成的。这就是本文特别选择塔拉斯台风讨论灾害链的原因。因为特强台风登陆破坏严重究竟是台风强造成的，还是有地下逸出携热水汽叠加在台风中造成的，我们不易论证。中等台风则易于论证这个问题。这和上面第Ⅱ群中三次中等台风的情况是一致的。

(4)1933年3月2日日本仙台东边海中的三陆地震，震级达到8.5级(图3)，次年发生室户台风，在室户地区和周围造成3 036人死亡。2011年3月11日仙台东边海中发生9.0级地震(其极震区包括三陆在内)后，当年9月初室户地区和东边伊纪半岛又遭塔拉斯台风的严重破坏。虽死亡和失踪人数仅108人，但现今台风预警和防台防暴雨的能力远大于往昔，所以108人已经是严重的损失了。1933年室户台风和2011年塔拉斯台风造成了巨大灾害的地区范围在图3中以虚线圆表示。这说明2011年9.0级地震和1933年8.5级地震所在的地段发生大震后对日本岛弧的构造变动影响甚大，因之易于造成日本岛弧别处严重台风灾害。

(5)2011年9月20日前后，有强台风“洛克”在日本本州岛静冈县登陆，向东北方向移动，过东京后奔向9.0级地震极震区陆地一侧的福岛地区(对福岛地区早先因地震造成的核泄漏有何影响现不清楚)，然后走向北海道东侧消失。这次台风穿过9.0级地震极震区陆地一侧，也支持上述由塔拉斯中等台风所论证的地下携热水汽吸引台风和加强台风的观点。在极震区陆地一侧这种效应更强。