明 亮

防災科技學院，北京東燕郊 101601

洪水與未來強震

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大地震前發(fā)生洪水的震例多，比例高。強震前由于地殼中應力增強、微破裂增多增大造成的地氣逸出，震區(qū)及其下風向地區(qū)氣溶膠濃度顯著增大為水汽凝結(jié)提供大量凝結(jié)核，是造成過度降水形成洪澇的潛在原因。

洪澇；地震；地表逸氣；氣溶膠凝結(jié)核

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

關(guān)于洪水—地震之間關(guān)系的研究目前主要關(guān)注大地震后洪水的發(fā)生，并嘗試用這種震—洪關(guān)系預測降水[1][2]。這種預測的基本思路是地震發(fā)生后由于大斷層和較小規(guī)模破裂的產(chǎn)生，引起地殼釋放出攜熱水汽。大量水汽疊加到路過震區(qū)的氣流上，在季風作用下被帶到下風地區(qū)形成降水。如蒙（古）新（疆）甘(肅)交界地區(qū)大震與黃河流域巨大洪水的異域相關(guān)[1]:在1842年新疆巴里坤，1903年蒙古杭愛山，1932年甘肅昌馬，1957年蒙古，1967年蒙古烏蘭巴托西，1974年蒙古西部等地發(fā)生7級以上地震后，黃河流域分別于1843年，1904年，1933年，1958年，1967年，1975年發(fā)生了大洪水。印尼蘇門答臘以南的板塊俯沖帶近200年來發(fā)生3次大地震:1833年11月24日8.7級地震、1861年2月21日8.5級地震和2004年12月26日Mw9.3級地震，每次震后的第二年都在中國珠江流域發(fā)生巨大洪災。蹤，老撾至少23人喪生，越南湄公河三角洲18人死亡。其實早在2010年東南亞就開始遭受洪水襲擊，至少造成越南中部死亡62人，20人失蹤和泰國15人喪生。之后，今年（2012年）4月11日，印尼亞齊省附近海域發(fā)生里氏8.6級大震。

近年來巨震之前有水災（含雪災）發(fā)生的情況普遍，表1給出了4次令人印象深刻的大地震與洪災的時空對應關(guān)系。

分析這些近年巨震震例，印尼的強震發(fā)生在南亞或東南亞出現(xiàn)大的洪澇災害后大約1年半。首次洪災出現(xiàn)后一般仍會有第二次、更多次洪災發(fā)生。日本3.11大震前東北亞地區(qū)夏天發(fā)生洪澇，冬天暴雪成災。南美洲南部于2008年夏季開始出現(xiàn)洪澇，約在智利2010年2月底8.8級地震前15個月。汶川地震前的2007年夏季中國、南亞均有洪澇發(fā)生，最早洪澇發(fā)生距地震11個月。

人們可能還記得1998年長江、松花江、珠江、閩江等主要江河的大洪水。長江中下游水位達1949年以來最高，珠江流域的西江洪水為百年一遇。第二年（1999年）臺灣發(fā)生了9.21地震。之前1999年4月8日吉林省汪清發(fā)生7.1級深震，或者松花江洪水是對應著它的。

水災研究者常把1998年的水災與1954年的水災并提。1954年5～8月長江中下游發(fā)生近100年最大洪水、淮河發(fā)生40年一遇洪水。1955年4月14日四川康定發(fā)生了7.5級地震。

表2給出1949-1995年國內(nèi)洪水—地震的震例。洪水資料取自文獻[4]《中國災情報告》（1949～1995）中全部重要事件（1954年事件上已提及）。

綜合表1、表2，在汶川地震、1955年4月康定地震和1992年4月孟連地震三震例中，江淮發(fā)生洪水后將近一年時，位于中緯度盛行西風帶上風的西部川滇地區(qū)有強震發(fā)生。類似還有民國時期1931年死亡36.5萬多人的江淮大洪水后兩年，1933年8月25日四川疊溪發(fā)生7.5級地震，造成2萬多人死亡。

民國初年1915年7月，珠江流域發(fā)生了歷史罕見的全流域大洪水，西江、北江洪水均為近200年來最大。兩年半后，1918年2月13日廣東南

圖1 2011年10月12日被洪水浸泡的泰國

1 暴雨洪災后的大地震發(fā)生

另一方面，單純從對應關(guān)系來看，暴雨洪水之后發(fā)生強震情況也很多。如1975年的淮河流域（河南）大洪水，與1年后發(fā)生的1976年唐山大地震都成為人們揮之不去的傷痛。

去年（2011年）泰國發(fā)生的50年不遇的水災令人印象深刻。泰國的旅游業(yè)、稻米生產(chǎn)及外資企業(yè)都受到嚴重影響。洪災造成了744人死亡，3人失蹤。截至去年10月上旬，東南亞洪水導致柬埔寨207人死亡，菲律賓102人死亡、39人失澳發(fā)生7.2級地震。所以綜合來看，珠江流域洪水主要反映近域（陽江、北部灣、南澳）強震發(fā)生的可能，并且“順便”暗示云南的潛在地震威脅（除了表2中所示之外，1915年洪水后1917年7月30日云南大關(guān)發(fā)生7.3級地震）。

表1 近年巨震發(fā)生之前的水災

民國時期的大水災還有1932年松花江大洪水，哈爾濱市水淹1月之久，全市死亡2萬余人。當年底1932年12月25日在西北的甘肅昌馬發(fā)生7.8級大震，與表2中1957年松花江洪水后蒙古地震情形在時空上都極其相似。

造成12700人死亡的1933年8月上旬黃河大洪水幾乎發(fā)生在8月25日的疊溪地震臨震前，但它或更應被看作是是上述1932年底昌馬地震的后效。1935年長江中游大洪水，死亡14.2萬人。1年半后，1937年1月7日上風的青海阿蘭湖東發(fā)生7.8級大震。1939年海河大洪水，死傷人口約1.33萬人，天津市區(qū)受淹浸1個半月。1940年7月10日黑龍江東寧發(fā)生7.3級深震。上述民國洪災也是文獻[5]中所列的全部。新中國成立前后的地震資料取自文獻[4]和[6]。

2 震前洪災發(fā)生機制的探討

強震前洪水出現(xiàn)的機制與倡導震后洪水的研究者們所提出的機制有共同點。但本文強調(diào)地殼受力產(chǎn)生破裂不僅發(fā)生在地震當時和之后，震前震源附近地殼內(nèi)廣大區(qū)域已有大量小破裂產(chǎn)生。它們使地殼排氣作用加強。更要強調(diào)的是，排氣使平時深埋于地下的氣溶膠粒子隨地氣逸入大氣成為水蒸氣凝結(jié)核，促進降水。氣溶膠粒子在大氣降水乃至產(chǎn)生洪澇方面有一種特殊的重要意義。

氣溶膠（Aerosol）是由固體或液體微粒（稱為分散相）穩(wěn)定懸浮在氣體（分散介質(zhì)）中形成的膠體分散體系。氣溶膠微粒非常小，動力學直徑僅為0.002μm～100μm；現(xiàn)在常說的大氣污染物PM2.5、PM10就是直徑2.5μm和10μm的氣溶膠粒子。氣溶膠種類有火山氣溶膠、沙塵氣溶膠、硫酸鹽氣溶膠、海鹽氣溶膠和生物氣溶膠等。它們可以來自火山爆發(fā)、沙塵暴、海水濺沫蒸發(fā)、植物排放以及森林燃燒的煙塵等天然源，也可以來自化石和非化石燃料的燃燒、交通運輸和各種工業(yè)排放的煙塵等人為源。除了上述的氣溶膠來源外，研究表明地震前空氣中氣溶膠濃度明顯增大[7]。如1995年日本阪神大地震、去年3.11東日本大地震之前，都曾測到大氣離子（主要是荷電氣溶膠粒子）濃度比平時濃度高出200倍，達（20～30）萬個/cm3。氣溶膠濃度增大源于震前震區(qū)地殼破裂地內(nèi)排氣增強，包括宏觀排氣和微觀排氣[8]，但以微觀排氣為主[9]。攜熱氣體逸出地表和震前震區(qū)的地溫增高[10]-[12]會使震區(qū)上方大氣密度減小出現(xiàn)低氣壓，震前震區(qū)的低氣壓已為研究人員所報道[13]～[15]。低氣壓吸引高密度較冷空氣向未來震區(qū)方向流動。對于中國陸地大震來說，由于存在未來震區(qū)的低氣壓，夏半年來自海洋的暖濕氣流會比正常年份更深入陸地，并在那里同來自西北的較冷空氣交綏產(chǎn)生陸地降水。這可以是唐山大地震前河南洪水的根本肇因。引起那次洪水的臺風在福建登陸后，并未像通常那樣在陸地上迅速消失，卻進入江西、湖南并北渡長江直入中原腹地，進入河南引發(fā)暴雨。唐山震前震區(qū)出現(xiàn)的異常地溫增高[10][11]，可能會導致震區(qū)上空低氣壓，從而對臺風形成吸引。美國研究者指出2010年海地山區(qū)發(fā)生的造成20余萬人喪生的7.3級地震之前一年半，海地曾在25天內(nèi)接連受到兩次颶風和兩個熱帶風暴的襲擊。情況應與唐山震前相類似。通常認為是熱帶氣旋觸發(fā)了地震[16][17]，本文則認為用震前震區(qū)出現(xiàn)低氣壓造成臺風奔襲來解釋這一現(xiàn)象或者更為合理。

地下氣體逸出地表時，地下極細的氣溶膠粒子會隨著上升氣體進入大氣[18][19]，特別是上升氣流較大、排氣較快時。這就是震前空氣中氣溶膠濃度增大的原因。這些固態(tài)或液態(tài)氣溶膠粒子可以是地下原已存在的微粒，或者由地下深處向上升逸的氣體中那些在較低溫度下就會以液、固相存在的物質(zhì)凝結(jié)析出。除此之外，由地表逸出后的氣體，仍有相當部分可能會轉(zhuǎn)化為氣溶膠，如二氧化硫氣體最終轉(zhuǎn)化成硫酸鹽氣溶膠。

尺度非常小的氣溶膠粒子的一個重要氣象作用，就是作為水蒸氣凝結(jié)核使氣態(tài)的水分子在它上面凝成水滴。由于在沒有凝結(jié)核的情況下，水蒸氣要在飽和度達百分之三百時才會凝成水滴。這在自然環(huán)境中無法達到，所以氣溶膠粒子的數(shù)量對于降水至關(guān)重要。人工增雨作業(yè)中經(jīng)常采用的碘化銀就是可以大量產(chǎn)生凝結(jié)核或凝華核的成核劑。地震前空氣中氣溶膠濃度激增可以在水汽充沛的情況下凝結(jié)出大量水滴，形成暴雨洪澇。由于震區(qū)產(chǎn)生的氣溶膠可以隨氣流或過路氣團向下風向擴散，所以洪澇災害未必出現(xiàn)在未來震區(qū)，而可能發(fā)生在其下風處，特別是在震區(qū)附近水汽不豐沛的情況下。以中國的情況為例，西部強震震前產(chǎn)生的地震氣溶膠會在中緯度盛行西風吹拂下向東部地區(qū)擴散。而東部離海較近，水汽較豐沛，于是暴雨災害便傾向于產(chǎn)生在東部地區(qū)而不是在震區(qū)當?shù)亍＝此疄暮蟮你氪ǖ卣稹?955年康定地震和1992孟連地震，松花江洪水后的1957年蒙新交界8.1級大震和1932年甘肅昌馬7.8級大震均可看做是對未來震區(qū)的地震氣溶膠被“西風東送”在東部形成降水過程的詮釋。在我國除了盛行西風外，冬季由大陸大致向南吹向海洋，夏季由海洋大致向北吹向大陸的季風也決定著氣溶膠擴散的方向。

3 結(jié)語與思考

震前震區(qū)地殼受力產(chǎn)生微裂紋導致地內(nèi)氣體排出強化，主要以微觀形式的排氣攜帶大量“地震氣溶膠”進入大氣，使震區(qū)附近或其下風向廣大地區(qū)空氣中氣溶膠粒子濃度大增，為降水提供大量水蒸氣凝結(jié)核，在水汽豐沛情況下形成過度降水并造成洪災。

表2 1949-1995年國內(nèi)洪水—大地震的對應情況

洪水對未來強震的指徵意義使我們有可能根據(jù)洪水的出現(xiàn)而加強對大震的警覺。以我國目前的情況而論，截至今年5月中旬中國洪澇總體偏重。今年1～3月，全國平均降水量為74.5毫米，較常年同期（54.8毫米）偏多三成，為近14年來（發(fā)生全國性洪水的1998年以來）最多。表現(xiàn)為降水日數(shù)多、累計降水量大、強降水覆蓋范圍廣、進入春汛早等特點。5月，我國南方地區(qū)降水過程十分頻繁，共出現(xiàn)4次大范圍強降水天氣過程?；洝⒐?、瓊、閩、浙、贛、湘、黔等省區(qū)域平均月降水量為237.8毫米，較常年同期(199.2毫米)偏多19.4%，很多地方出現(xiàn)百年不遇降雨量。據(jù)中國防總的統(tǒng)計，截至5月25日全國今年因洪澇災害死亡121人，受災近1千1百萬人。就流域的情況看，長江流域兩湖水系今年汛期降雨過程頻繁，雨量偏多，多條支流出現(xiàn)超警戒洪水，中下游干流水位偏高1至3米，天氣形勢與曾爆發(fā)大洪水的1998年和1954年比較相似。此外，今年南方部分地區(qū)發(fā)生了1998年以來最大的早春汛，據(jù)水文資料分析，我國發(fā)生較大早春汛的年份，淮河流域夏季均發(fā)生了大洪水。如果大量降水的情況持續(xù)，江淮流域真的出現(xiàn)洪災，那么對未來可能出現(xiàn)強震存一份戒心無論如何是不為過的。具有機制上聯(lián)系的洪災—強震之間令人深思的對應關(guān)系有理由讓人因此警惕。

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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

國家自然科學基金項目（41174043）

明亮，男，（1953—）副教授，主要研究實驗巖石力學、地震活動圖像和地震氣溶膠。