洪水与未来强震

明 亮

防灾科技学院，北京东燕郊 101601

洪水与未来强震

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大地震前发生洪水的震例多，比例高。强震前由于地壳中应力增强、微破裂增多增大造成的地气逸出，震区及其下风向地区气溶胶浓度显著增大为水汽凝结提供大量凝结核，是造成过度降水形成洪涝的潜在原因。

洪涝；地震；地表逸气；气溶胶凝结核

floods;earthquakes;earth's air escaping;aerosol condensation nuclei

关于洪水—地震之间关系的研究目前主要关注大地震后洪水的发生，并尝试用这种震—洪关系预测降水[1][2]。这种预测的基本思路是地震发生后由于大断层和较小规模破裂的产生，引起地壳释放出携热水汽。大量水汽叠加到路过震区的气流上，在季风作用下被带到下风地区形成降水。如蒙（古）新（疆）甘(肃)交界地区大震与黄河流域巨大洪水的异域相关[1]:在1842年新疆巴里坤，1903年蒙古杭爱山，1932年甘肃昌马，1957年蒙古，1967年蒙古乌兰巴托西，1974年蒙古西部等地发生7级以上地震后，黄河流域分别于1843年，1904年，1933年，1958年，1967年，1975年发生了大洪水。印尼苏门答腊以南的板块俯冲带近200年来发生3次大地震:1833年11月24日8.7级地震、1861年2月21日8.5级地震和2004年12月26日Mw9.3级地震，每次震后的第二年都在中国珠江流域发生巨大洪灾。踪，老挝至少23人丧生，越南湄公河三角洲18人死亡。其实早在2010年东南亚就开始遭受洪水袭击，至少造成越南中部死亡62人，20人失踪和泰国15人丧生。之后，今年（2012年）4月11日，印尼亚齐省附近海域发生里氏8.6级大震。

近年来巨震之前有水灾（含雪灾）发生的情况普遍，表1给出了4次令人印象深刻的大地震与洪灾的时空对应关系。

分析这些近年巨震震例，印尼的强震发生在南亚或东南亚出现大的洪涝灾害后大约1年半。首次洪灾出现后一般仍会有第二次、更多次洪灾发生。日本3.11大震前东北亚地区夏天发生洪涝，冬天暴雪成灾。南美洲南部于2008年夏季开始出现洪涝，约在智利2010年2月底8.8级地震前15个月。汶川地震前的2007年夏季中国、南亚均有洪涝发生，最早洪涝发生距地震11个月。

人们可能还记得1998年长江、松花江、珠江、闽江等主要江河的大洪水。长江中下游水位达1949年以来最高，珠江流域的西江洪水为百年一遇。第二年（1999年）台湾发生了9.21地震。之前1999年4月8日吉林省汪清发生7.1级深震，或者松花江洪水是对应着它的。

水灾研究者常把1998年的水灾与1954年的水灾并提。1954年5～8月长江中下游发生近100年最大洪水、淮河发生40年一遇洪水。1955年4月14日四川康定发生了7.5级地震。

表2给出1949-1995年国内洪水—地震的震例。洪水资料取自文献[4]《中国灾情报告》（1949～1995）中全部重要事件（1954年事件上已提及）。

综合表1、表2，在汶川地震、1955年4月康定地震和1992年4月孟连地震三震例中，江淮发生洪水后将近一年时，位于中纬度盛行西风带上风的西部川滇地区有强震发生。类似还有民国时期1931年死亡36.5万多人的江淮大洪水后两年，1933年8月25日四川叠溪发生7.5级地震，造成2万多人死亡。

民国初年1915年7月，珠江流域发生了历史罕见的全流域大洪水，西江、北江洪水均为近200年来最大。两年半后，1918年2月13日广东南

图1 2011年10月12日被洪水浸泡的泰国

1 暴雨洪灾后的大地震发生

另一方面，单纯从对应关系来看，暴雨洪水之后发生强震情况也很多。如1975年的淮河流域（河南）大洪水，与1年后发生的1976年唐山大地震都成为人们挥之不去的伤痛。

去年（2011年）泰国发生的50年不遇的水灾令人印象深刻。泰国的旅游业、稻米生产及外资企业都受到严重影响。洪灾造成了744人死亡，3人失踪。截至去年10月上旬，东南亚洪水导致柬埔寨207人死亡，菲律宾102人死亡、39人失澳发生7.2级地震。所以综合来看，珠江流域洪水主要反映近域（阳江、北部湾、南澳）强震发生的可能，并且“顺便”暗示云南的潜在地震威胁（除了表2中所示之外，1915年洪水后1917年7月30日云南大关发生7.3级地震）。

表1 近年巨震发生之前的水灾

民国时期的大水灾还有1932年松花江大洪水，哈尔滨市水淹1月之久，全市死亡2万余人。当年底1932年12月25日在西北的甘肃昌马发生7.8级大震，与表2中1957年松花江洪水后蒙古地震情形在时空上都极其相似。

造成12700人死亡的1933年8月上旬黄河大洪水几乎发生在8月25日的叠溪地震临震前，但它或更应被看作是是上述1932年底昌马地震的后效。1935年长江中游大洪水，死亡14.2万人。1年半后，1937年1月7日上风的青海阿兰湖东发生7.8级大震。1939年海河大洪水，死伤人口约1.33万人，天津市区受淹浸1个半月。1940年7月10日黑龙江东宁发生7.3级深震。上述民国洪灾也是文献[5]中所列的全部。新中国成立前后的地震资料取自文献[4]和[6]。

2 震前洪灾发生机制的探讨

强震前洪水出现的机制与倡导震后洪水的研究者们所提出的机制有共同点。但本文强调地壳受力产生破裂不仅发生在地震当时和之后，震前震源附近地壳内广大区域已有大量小破裂产生。它们使地壳排气作用加强。更要强调的是，排气使平时深埋于地下的气溶胶粒子随地气逸入大气成为水蒸气凝结核，促进降水。气溶胶粒子在大气降水乃至产生洪涝方面有一种特殊的重要意义。

气溶胶（Aerosol）是由固体或液体微粒（称为分散相）稳定悬浮在气体（分散介质）中形成的胶体分散体系。气溶胶微粒非常小，动力学直径仅为0.002μm～100μm；现在常说的大气污染物PM2.5、PM10就是直径2.5μm和10μm的气溶胶粒子。气溶胶种类有火山气溶胶、沙尘气溶胶、硫酸盐气溶胶、海盐气溶胶和生物气溶胶等。它们可以来自火山爆发、沙尘暴、海水溅沫蒸发、植物排放以及森林燃烧的烟尘等天然源，也可以来自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输和各种工业排放的烟尘等人为源。除了上述的气溶胶来源外，研究表明地震前空气中气溶胶浓度明显增大[7]。如1995年日本阪神大地震、去年3.11东日本大地震之前，都曾测到大气离子（主要是荷电气溶胶粒子）浓度比平时浓度高出200倍，达（20～30）万个/cm3。气溶胶浓度增大源于震前震区地壳破裂地内排气增强，包括宏观排气和微观排气[8]，但以微观排气为主[9]。携热气体逸出地表和震前震区的地温增高[10]-[12]会使震区上方大气密度减小出现低气压，震前震区的低气压已为研究人员所报道[13]～[15]。低气压吸引高密度较冷空气向未来震区方向流动。对于中国陆地大震来说，由于存在未来震区的低气压，夏半年来自海洋的暖湿气流会比正常年份更深入陆地，并在那里同来自西北的较冷空气交绥产生陆地降水。这可以是唐山大地震前河南洪水的根本肇因。引起那次洪水的台风在福建登陆后，并未像通常那样在陆地上迅速消失，却进入江西、湖南并北渡长江直入中原腹地，进入河南引发暴雨。唐山震前震区出现的异常地温增高[10][11]，可能会导致震区上空低气压，从而对台风形成吸引。美国研究者指出2010年海地山区发生的造成20余万人丧生的7.3级地震之前一年半，海地曾在25天内接连受到两次飓风和两个热带风暴的袭击。情况应与唐山震前相类似。通常认为是热带气旋触发了地震[16][17]，本文则认为用震前震区出现低气压造成台风奔袭来解释这一现象或者更为合理。

地下气体逸出地表时，地下极细的气溶胶粒子会随着上升气体进入大气[18][19]，特别是上升气流较大、排气较快时。这就是震前空气中气溶胶浓度增大的原因。这些固态或液态气溶胶粒子可以是地下原已存在的微粒，或者由地下深处向上升逸的气体中那些在较低温度下就会以液、固相存在的物质凝结析出。除此之外，由地表逸出后的气体，仍有相当部分可能会转化为气溶胶，如二氧化硫气体最终转化成硫酸盐气溶胶。

尺度非常小的气溶胶粒子的一个重要气象作用，就是作为水蒸气凝结核使气态的水分子在它上面凝成水滴。由于在没有凝结核的情况下，水蒸气要在饱和度达百分之三百时才会凝成水滴。这在自然环境中无法达到，所以气溶胶粒子的数量对于降水至关重要。人工增雨作业中经常采用的碘化银就是可以大量产生凝结核或凝华核的成核剂。地震前空气中气溶胶浓度激增可以在水汽充沛的情况下凝结出大量水滴，形成暴雨洪涝。由于震区产生的气溶胶可以随气流或过路气团向下风向扩散，所以洪涝灾害未必出现在未来震区，而可能发生在其下风处，特别是在震区附近水汽不丰沛的情况下。以中国的情况为例，西部强震震前产生的地震气溶胶会在中纬度盛行西风吹拂下向东部地区扩散。而东部离海较近，水汽较丰沛，于是暴雨灾害便倾向于产生在东部地区而不是在震区当地。江淮水灾后的汶川地震、1955年康定地震和1992孟连地震，松花江洪水后的1957年蒙新交界8.1级大震和1932年甘肃昌马7.8级大震均可看做是对未来震区的地震气溶胶被“西风东送”在东部形成降水过程的诠释。在我国除了盛行西风外，冬季由大陆大致向南吹向海洋，夏季由海洋大致向北吹向大陆的季风也决定着气溶胶扩散的方向。

3 结语与思考

震前震区地壳受力产生微裂纹导致地内气体排出强化，主要以微观形式的排气携带大量“地震气溶胶”进入大气，使震区附近或其下风向广大地区空气中气溶胶粒子浓度大增，为降水提供大量水蒸气凝结核，在水汽丰沛情况下形成过度降水并造成洪灾。

表2 1949-1995年国内洪水—大地震的对应情况

洪水对未来强震的指徵意义使我们有可能根据洪水的出现而加强对大震的警觉。以我国目前的情况而论，截至今年5月中旬中国洪涝总体偏重。今年1～3月，全国平均降水量为74.5毫米，较常年同期（54.8毫米）偏多三成，为近14年来（发生全国性洪水的1998年以来）最多。表现为降水日数多、累计降水量大、强降水覆盖范围广、进入春汛早等特点。5月，我国南方地区降水过程十分频繁，共出现4次大范围强降水天气过程。粤、桂、琼、闽、浙、赣、湘、黔等省区域平均月降水量为237.8毫米，较常年同期(199.2毫米)偏多19.4%，很多地方出现百年不遇降雨量。据中国防总的统计，截至5月25日全国今年因洪涝灾害死亡121人，受灾近1千1百万人。就流域的情况看，长江流域两湖水系今年汛期降雨过程频繁，雨量偏多，多条支流出现超警戒洪水，中下游干流水位偏高1至3米，天气形势与曾爆发大洪水的1998年和1954年比较相似。此外，今年南方部分地区发生了1998年以来最大的早春汛，据水文资料分析，我国发生较大早春汛的年份，淮河流域夏季均发生了大洪水。如果大量降水的情况持续，江淮流域真的出现洪灾，那么对未来可能出现强震存一份戒心无论如何是不为过的。具有机制上联系的洪灾—强震之间令人深思的对应关系有理由让人因此警惕。

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Indication of Flood to Coming Strong Earthquakes

Ming Liang
Institute of Disaster Prevention Science and Technology, Yanjiao, East of Beijing,101601 China

There were many cases in which floods occurred before large earthquakes taking a high ratio among big shocks.The number and scale of micro-fractures in the Earth's crust increasing due to stress enhancement before strong earthquakes, caused the Earth Air escaped. Significantly increased aerosol concentration over seismic zone and its downwind area provided large amounts of condensation nuclei for the condensation of water vapor, causing excessive rainfall and flood potentially.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.005

国家自然科学基金项目（41174043）

明亮，男，（1953—）副教授，主要研究实验岩石力学、地震活动图像和地震气溶胶。