书·思·享︱第24期:《海洋的力量》

书·思·享︱第24期:《海洋的力量》

出版社:海洋出版社

索书号:P7-49/CP1

馆藏地址:舟山分馆流通书库、紫金港基础流通书库、玉泉样本书库

布鲁斯·帕克(Bruce Parker),博士,美国国家海洋与大气总署国家海洋服务机构前首席科学家,前世界数据中心海洋部主任,世界著名的物理海洋学家。

你想知道《出埃及记》中,摩西如何利用潮差带领以色列人逃出埃及?你想知道拿破仑如何因遇到红海潮汐差点死去?你想知道第二次世界大战期间,斯克里普斯研究所的研究人员如何对潮汐、风暴潮以及海浪准确预报,从而帮助盟军顺利登陆诺曼底? 那么,来阅读《海洋的力量》吧。

著者为我们讲述了在人类求知、探索的历史中,那些预知自然灾害与揭示科学发现的动人故事。同样,这本书也记录了人类自最初利用月亮进行潮汐预测到现代利用流体动力学计算模型及大量的来自全球海洋观测系统的实测数据进行海洋预报的前进历程。

读完此书,你会对海洋的力量怀有一种更加敬畏的心情。

潮 汐

现在我们知道潮汐是沿海地区的一种自然现象,指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动。但很多人应该不知道,世界上第一本印刷的潮汐表是被用来预测中国杭州钱塘江附近潮水的潮汐表,最初的潮汐表刻在古镇岸边浙江亭的石头上,最早的印刷本出现在1056年(本书第19页,以下简称第*页)。西方预报潮流比中国晚了近200年的时间。笛卡尔、伽利略、开普勒、牛顿、卡瓦内里、欧拉、麦克劳林、伯努利都曾研究过潮汐,直到拉普拉斯利用微积分学推导出了全球大洋的三个方程,这标志着海洋流体动力学模型的开启,也标志着地球物理流体动力学全新领域的产生。

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钱塘江大潮

风 暴 潮

1876年10月31日夜晚的风暴潮,吞噬了东孟加拉(今孟加拉国)的21.5万人(第98页);2005年8月29日,“卡特里娜”飓风重创美国,新奥尔良市在飓风登录不久就被海水淹没,最终造成1800多人死亡。虽然这个数字远远小于前一起,但这发生在21世纪经济强盛和科技发达的美国,这么多的死亡人数还是超出了人们的预期,超百万人无家可归。(第113页)。

风暴潮(Storm Tide)是一种灾害性的自然现象。由于剧烈的大气扰动,如强风和气压骤变(通常指台风和温带气旋等灾害性天气系统)导致海水异常升降,同时和天文潮(通常指潮汐)叠加时的情况,如果这种叠加恰好是强烈的低气压风暴涌浪形成的高涌浪与天文高潮叠加则会形成更强的破坏力。

虽然不能像潮汐预报那样准确,但目前风暴潮预报也取得了一些成就。风暴潮预报主要有两种方式。一种是统计方法,通过长期和多点的观测数据,包括水位、风场和气压场,建立回归方程并通过风速和风向来预报水位的增长;另一种是利用基于流体力学的水动力数值模式。这些模式利用与拉普拉斯(Laplace)相似的方程组,并加入海面大强迫,特别是海面风场和气压场。这些模式的实现得益于自20世纪60年代以来计算机技术的飞速发展(第104页)。

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风暴潮

巨 浪

除了风暴潮以外,滔天巨浪同样十分危险。对于这一点,经常远航的船员们深有体会。在历史上,很多有名的船只在瞬间神秘消失了。例如1963年失踪的美国“海洋硫磺皇后”,1978年神秘消失的号称“永不沉没”的德国“慕尼”号货轮。直到卫星数据出现之前,人们一直对瞬时产生的滔天巨浪的波高的真实性表示怀疑,因为神秘消失的船只上不可能留下幸存者来记录波高,而少数船只在遭遇巨浪后幸存下来,科学家也对他们描述的波高数据的真实性表示怀疑,他们更愿意相信用科学仪器测量的数据。2007年台风“科洛萨”(Krosa)期间,台湾东北沿岸的一个浮标观测到一个波高大106英尺的巨浪。(一英尺=0.3048米)。科学家们的最终目标是开发一种全球海浪模式,能够预报何时何地会有异常浪发生的条件。或者利用全球卫星数据进行实时分析,迅速定位发生过异常浪的海域,因为只要有利于异常浪生成的风况和海况条件持续下去,那么在同一领域极有可能还会发生其他的异常浪。目前,卫星涌浪数据结合全球海浪模式,再加上全球海洋观测系统,使得我们能够较为准确地预报除了异常浪以外的各种海浪,而且距离能够预测异常浪的日子也不远了(第164页)。

海 啸

海啸是由海底地震、火山爆发、海底滑坡或气象变化产生的破坏性海浪,海啸的波速高达每小时700~800千米,在几小时内就能横过大洋;波长可达数百公里,可以传播几千公里而能量损失很小。全球的海啸发生区大致与地震带一致。

2004年12月26日上午7点59分(印度尼西亚本地时间),这个日期和时间已被写入历史,因为,地震释放到大海中的能量在不到两小时的时间里,夺去了印度洋周边30万人的生命(第210页)。2011年3月11日,下午2点46分,日本本州(Honshu)岛发生了9.0级的大地震,这次海底地震引发了海啸,造成25000多人死亡。对于这个国家——一个在世界上被普遍认为是最具地震和海啸意识的民族,这是一个令人震惊的数字。而更为严重的是随后引发了35年最严重的核灾难,在未来的数年里可能导致许多癌症患者和更多人的死亡。(第284页)。

到2004年12月,卫星高度计,全球定位系统(GPS)、数字地震学、次声波、重力、磁场测量以及验潮站和深海海啸测量与预报浮标等直接测量海啸的仪器都取得了很多进步。大多数海底地震不产生海啸。但一旦发生海啸,几分钟之内就会到达附近的海岸,几个小时之内跨越海洋,到达另一个国家的海岸。最终的解决办法是预测地震,然而目前为止没有一个系统可以准确的预测地震。(第295页)

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海啸

厄尔尼诺、气候变化

与前面介绍的风暴潮、巨浪、海啸不同,厄尔尼诺以及长期的气候变化(比如全球变暖)它们的重大影响可能只有在几十年甚至更长的时间以后才会显示出来。两者都会在全球尺度上显示巨大的威力。正因为如此,建立一个真正的全球海洋观测系统的重要性不言而喻。20世界末期,卫星可以进行海洋遥感观测和快速通信;高性能计算机可以进行现场和遥感观测;网络和其他通信技术的发展可以实时传递数据和预报结果。全球海洋观测系统在1991年由四个国际组织正式成立并开始为全世界提供所需要的海洋预报。

结 语

1951年,也就是《寂静的春天》(Silent Spring)出版前十年,蕾切尔·卡森(Rachel Carson)在其畅销书《我们周围的海洋》(The Sea Around US)一书中的最后一章结尾提到:“即使我们用上所有现代化设备来研究海洋,也没有敢说我们能够解开海洋所有的奥秘”。但是,拥有不断发展的全球海洋观测系统和不断完善的动力计算模式后,我们正在逐步解开海洋剩余的重要奥秘,也正逐步学会预测海洋对我们未来的影响。但海洋依旧波澜壮阔,而我们对于海洋无穷威力的崇敬也丝毫不减(第280页)。

思维导图

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撰稿人:胥晶

邮箱:[email protected]

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