自然灾害博客

看到吾无五物写的“ 从天气预报到地震预报 ”的文章，想起周秀骥院士5月20日在中科院地学部举行的汶川地震院士座谈会上 关于天气预报的精彩分析 ，这段时间又恰好聆听了陈颙院士对地震预报的见解，觉得比较这两种预报非常有意义，为了更好地理解地震预报所处的阶段，我们不妨回顾一下气象预报走过的路程。(根据陈颙院士的分析整理和扩展而成) 天气预报 17世纪以前，天气预报（这里指短期的气象预报）主要也是停留在观察天象（例如华北地区的“旱刮东风不雨，涝刮东风不晴”这个谚语）、物象（例如蚂蚁搬家，燕子低飞）的经验性预报阶段。

来源：陈颙, 史培军. 自然灾害[M]. 北京：北京师范大学出版社, 2007。 声明：版权归作者本人和北京师范大学出版社所有。转载请一定保留来源。 2.4 减轻地震灾害 2.4.1 中国不是世界上地震最多的国家 根据国际地震中心（ISC）提供的地震目录，对1964年－1998年间，中、日、伊朗、土耳其、新西兰、台湾、希腊等国家和地区6级以上地震发生情况进行不完全统计，全世界发生地震的最多的国家，前三名分别是印度尼西亚、美国和日本，中国大陆最多排第五。包括台湾地区在内，全中国的地震活动在全球也不是最多的。

来源：陈颙, 史培军. 自然灾害[M]. 北京：北京师范大学出版社, 2007。 声明：版权归作者本人和北京师范大学出版社所有。转载请一定保留来源。 2.3 地震灾害 2.3.1 国外9 次大地震 表3 1900年以来世界上的一些重大地震灾害 图40 1906年4月18日清晨5点20分，美国旧金山（38.0˚N，123.0˚W）发生8.3级地震，60,000余人遇难。震时全城起火，社会秩序一度混乱，抢劫杀人等恶性事件多有发生。全市进入紧急状态。近10万人逃离城市，经济损失超过5亿美元。

来源：陈颙, 史培军. 自然灾害[M]. 北京：北京师范大学出版社, 2007。 声明：版权归作者本人和北京师范大学出版社所有。转载请一定保留来源。 2 地震的特点 科学家们和公众询问地震的一个基本问题就是它的大小。表示地震大小基本有两种方法，一种是利用地震震级表示地震的大小；另一种是根据地震造成的破坏程确定地震的大小。 2.1地震的大小 地震作为一种自然现象，它有大有小，大可以大到使山崩地裂、房倒屋塌，小可以小到人体根本感觉不到、只有灵敏的仪器才能记录到。如何表示地震的大小呢？ 第一种方法，用地震 所释放的能量来表示 地震的大小，用地震的震级（magnitude）表示地震所释放的能量的大小,震级大的地震，释放的能量就多。上面已经说过，地震所释放的能量可以用地震矩 M O 来表示。

1.2 地震波 1.2.1 体波 地震在地球内部会产生两种体波：P波（Primary waves）和S波（Secondary waves）。 P波是跑的最快的波，它可以在固体、液体和气体中传播。P波与空气中的声波很相似，质点沿着波的传播方向做压缩和拉伸运动。 图2‑10 地震在地球内部会产生两种体波：P波（primary waves）和S波（secondary waves）。（加了一张示意图，是为了说明因为受地层的速度差异影响（如果没有低速体，地震波的传播速度通常越往下速度越快），地震波的P波在射线传播路径并不是直线，而是曲线，当靠近地面P波在垂直分量越大，当然如果不是垂直出射，水平分量也是有运动的；而一些细心的读者发现上图显示的P波似乎是水平运动，那是因为示意图的P波在地球表面传播。） S波跑的比P波慢，它只可以在固体传播。在S波传播时，质点的运动方向与S波的传播方向互相垂直，介质中产生剪切应力。由于流体不能承受剪切应力，因此S波不能在液体和气体中传播。 P波和S波的速度由介质的密度和弹性常数决定。

来源：陈颙, 史培军. 自然灾害[M]. 北京：北京师范大学出版社, 2007。 严重声明：版权归作者本人和北京师范大学出版社所有。转载请一定保留来源。 最早人们认为火山作用是地震的首要原因，但是，许多大地震发生之处远离火山的地方。现在，多数人认为，地震是由地下岩石的突然断裂而造成的，地球内部的不断运动造成地壳大规模变形是地震的根源，沿地震断裂面的突然滑移是地震波能量辐射的直接原因。 图5 跨圣安德列斯断层的篱笆在1906年旧金山地震之后发生3米的错动。 图片来源 a：Robert E. Wallace, USGS b：G.K.Gilbert, USGS 1906年发生的旧金山大地震，为理解什么是地震提供了直接的观测事实。旧金山大地震发生在美国加州圣安德烈斯断层上，地震时，断层两盘发生了3－4米的右旋错动（站在断层的一盘上，观测另一盘的运动，向右就叫做右旋运动，向左叫做左旋运动），垂直于断层的农场的篱笆明显被错开了3－4米距离。

一年前，我就开始写自然灾害博客，希望能够做些自然灾害方面的科普宣传，但是个人能力和影响力都非常有限。这次四川地震让我觉得我国的灾害科普工作任重而道远。很高兴能加入松鼠会，松鼠会是一个很好的科普平台。为了普及地震知识，经北京师范大学出版社和作者允许，同意网络连载《自然灾害》一书中的地震灾害一章。我将在这里进行图文转载，主要内容分为4部分：地震，地震的特点，地震灾害和减轻地震灾害。希望对大家理解地震的一些科普知识有所帮助。 作者是从事自然灾害研究多年的陈颙院士和史培军教授，该书马上要进行第2次印刷，作者也希望各位能指出内容的不足和错误，在印刷前可及时更正，向各位先说声谢谢。 自然灾害有时候离我们很近，请关注身边的自然灾害。

我知道很多朋友都想了解地震局都做了什么，网上已然是骂声一片。和下面的博文一样，我认为地震局有其不可推卸的责任和义务，但是可能还有更多需要让人了解的内容。我师姐写了下面两篇博文，我觉得很有必要在这里转贴： 一、地震局都做了什么： http://lililee.blog.sohu.com/87343855.html 二、地震谎言篇： http://lililee.blog.sohu.com/87137715.html 5月12日的大地震之后，各路军兵直奔现场的同时，各路网民也一路指责地震局，众口一声地诘问，这么大的地震，地震局为什么没有向公众预报？！ 诚然，面对这场灾难，中国地震局 有其无可推卸的责任和义务 ，地震局也在震前震后竭尽全力履行着自身的责任和义务，迎着唾沫，谁都知道现在绝不是一个回应指责的恰当时候。我想，作为中国政府的一个组成部门，这个事件中暴露出来的种种弊端自是地震局留到事后严厉思索的重要题目。 作为国家机关，中国地震局拥有其法律规定的职责，这些职责我附在本文之后，不做赘述。趁着下班，我来说说汶川地震中地震局都做了什么，一是讲一讲道理，二是短暂地回顾一下过去的两天。 （一）快速准确的情况通报 2008年5月12日14点28分四川汶川发生巨大地震，15分钟后带有准确定位的地震信息在各类媒体上播报。4个小时后，国务院总理抵达成都。 这样的速度有赖于分布在960万平方公里土地上的1000多个测震台站，而这些台站平日的看护、数据传输、数据分析、数据存储以及部分科学研究，是由中国地震局及各省地震局1万名在职职工日夜承担的。 受到地震观测条件限制，这些台站都必须远离城镇远离交通繁忙的地区。不论有没有破坏性地震发生，这些人员都拿着平均月薪两三千元，坚守在每一个偏远的台站上。 试想，如果没有地震局，在北京在上海在广州你感觉到地面晃动了，你知道地震发生在哪儿吗？我相信，当北京人上海人广州人听说地震发生在四川时，一定远远比不知道地震发生在哪儿要心里踏实得多！同样，即便这样的大地震，处在地震灾害威胁地区的人也远远少于感受到地震的人，对么？如果没有准确的消息，5月12日的夜晚，大半个中国的人的都将在焦虑中度过！ 地震发生后，地震局万把人日夜进行的事情最直接关乎百姓安危的就是提供快速准确的信息。 再试想，如果没有地震局告诉公众告诉国务

大地震的每次不约而至，都是对地震工作者自信心的沉重打击。地震预测是世界难题。Geller(1997)在science上发表文章说，地震不可预测，掀起了关于地震能不能预测的讨论的高潮。虽然国外的地震科学家对地震预测的问题并不是那么热衷，但是中国的地震科学家一直在努力，不仅仅因为中国有过世界上唯一一次正式的地震预报--1975年成功预报海城地震，更多持续不断的动力来自于曾经有过的巨大的创痛。1976年，在地震预报露出曙光后的一年，唐山地震成了20世纪死人最多的地震。在经历地震预报的挫折后，大家对预报这两个字显得小心又谨慎，在写文章的时候尽量不用这两个字，因为在预报上有太多挫折感。 我记得刚看完《中国国家地理》评选的新天府-四川的时候，我发现有些人把过多的赞美之词给了四川，四川是富饶悠闲的，但是每年的自然灾害损失也不小，特别是滑坡泥石流灾害。四川地震到底多不多，我以前没有关注过，但是，这个地震将永远载入地震学的史册，又将是一次让世人铭记的天灾。 2008年5月12日，四川发生7.8级（USGS测出矩震级7.9）强烈地震（图 1），震中位置大概位于成都北西侧80km左右的汶川县（图2），震源深度非常浅（USGS测出16km，震源深度的误差通常比震中的定位误差大的多）。靠近人口密集区的浅源大地震将会造成巨大的灾难。对比唐山地震，震中位于城市中心，震源深度10几公里，100万居民死亡24万。汶川人口有10万 (?)，可能死亡多少人可以略微对比计算。 图1 震中位置分布图 图2 震中位置及周边地区地形图 Mw7.9地震（or 7.8 or以后更新的震级 ）过后，地球内部积蓄已久的能量还没有释放完，又沿着断层破裂面发生近30次5级以上地震（也就一天时间左右）。5级地震相当于1万吨TNT炸药释放的能量，和投放到日本广岛的原子弹能量相当。 从图2看，地震发生的地方是平原和高山交汇处，山体呈北东走向，而余震的排列顺序就沿着这个走向（图3），说明这极有可能是一次和构造相关的构造地震，是因为断层活动引起的地震。 地震更多的时候并不是一个个小区域的点分布，而是一条条线。比如2001年8.1级昆仑山地震，破裂带长440km。中国科技大学的倪四道曾计算了 2004年苏门答腊地震的地震破裂过程，发现地震破裂就像撕布一样，沿着破裂面撕得越来越快，一直破裂

一、巴厘岛上的客人   2007年12月3日，千岛之国印度尼西亚美丽的旅游胜地——巴厘岛迎来了五湖四海近200个国家的客人，小岛一下子热闹开了。但这群客人此行不是为了欣赏巴厘岛迷人的风景，他们是来讨论如何给地球降温，具体地说，是一群“穷人”要求一群“富人”挑起降温的重责并在经济和技术上给予援助。“富人”对这种会议，内心当然是极不情愿，比如美国、日本、加拿大等号称“伞形集团”的国家。但是，这是一次集体行动，是一次彰显正义和诚意的大会，谁都不敢冒天下之大不韪而真的缺席。 这就是联合国《气候变化框架公约》（简称《框架公约》）第13次缔约方大会，旨在应付气候变化，确定各国特别是发达国家的责任和义务的大会。 曾和美国狼狈为奸，不顾反对毅然退出《京都议定书》的澳大利亚这次给大会献上了一份隆重的见面礼，刚刚上任几天的新总理陆克文正式在《京都议定书》署名，此举赢得一片掌声。此前几个月，联合国政府间气候变化专家小组(IPCC)也发布了他们近10个月才完成的包括中文版在内的气候评估报告，预先给大会做了科普热身：近些年的气温变化90%和人类活动排放的温室气体有关，并以此告诫人们一定要采取措施减少温室气体的排放。2000年底美国总统大选中曾败给小布什的戈尔凭借其满腔热血坚持不懈地宣传环保观念和投资并参与拍摄的影片《难以忽视的真相》，与IPCC分享了今年诺贝尔和平奖的桂冠，狠狠地给了承诺要做“环保总统”却出尔反尔的小布什一个耳光。在小布什面红耳赤时，在榜样的激励和欧盟的积极响应下，这次谈判究竟能取得怎样的历史性突破呢？ 然而科学在政治面前似乎很无力，结果让人失望。原定于14日结束的大会，一直拖到15日，直到最后才勉强通过了一份叫做《巴厘岛路线图》（Bali Roadmap）协议。这份协议现在看来真的只能算是路线，因为多次妥协再妥协后的它只告诉人们从现在开始到2009年，各国需要进一步谈判的主要内容（比如削减排放，保护森林，资金资助和技术转让等）及相应的日程表，而具体谈得成谈不成还要看天时地利人和。就好比指了一条路，走不走要看各国领导人的心情。虽然有官员乐观地称这是一次突破（总比搁浅好），但谈了这么多天，实质性进展却依旧缓慢而艰难，真是让人丈二和尚——摸不着头脑！ 二、谈判背后的较量 谈判有时候就是这样让人摸不着头脑，何况这是一次出席的政治家多于科学家的谈判。有个笑

图1 显示了A-B一个剖面上的海平面高度变化差异，这是海洋测高卫星得到的数据，此时，剖面上的赤道地区显示紫色，表示海平面比 平均年份 低，而纬度较高的地区海平面比平均年份高（这里的数值只表示差异，并不表示赤道和高纬度地区的绝对海平面高度）。从这里，我们可以得到一个基本信息： 全球海平面高度变化是不一致的！ 图片来源： NASA 科学网上有一条新闻：" 海平面上升说"缺乏足够科学依据 （陈朝辉：国家海洋局公布的数据出处有问题）。咦，还有这种事情？海洋局竟然连个海平面都测不准？于是看了新闻。 看完之后，我认为这则新闻标题实在太醒目，且还有地方值得商榷。下面我谈谈值得商榷的几个地方。 一、2007年中国海平面公告 国家海洋局编制了《2007年中国海平面公报》，提到中国沿海海平面平均上升速率为2.5毫米/年，略高于全球平均水平。近30年来，中国沿海海平面总体上升了90毫米。其中，天津沿岸上升最快为196毫米，上海次之为115毫米，辽宁，山东、浙江上升均在100毫米左右，福建、广东较低为50～60毫米，总体趋势为北快、南缓。（ 来源 ） 图2 2007年中国沿海海平面与常年比较（来源： 2007年中国海平面公报 ） 二、陈朝辉老师的说法 陈朝晖老师是广州地理研究所研究员，他认为这些数据不科学，它的出处有问题。 第一， 全球海平面上升应是一致的 ，不可能无规律地高低不平。 第二，如果说海平面上升有不均匀的现象，那么受惯性力的影响，在赤道周围的海平面可能会高一些，因为按照物理学上的科里奥利力定律，地球赤道附近惯性力最大，两极较小，越靠近南北两极，海平面也会相对较低，因此， 不可能有中国北方的海平面上升比南方高的道理 ，更不可能因为是经济发达地区，海平面就高出其他地方。同理，在全球范围内，中国的海平面 绝 不会比其他国家高。 三、我的看法 我不知道这些话是不是陈朝晖老师的本意，但是用来反驳海洋局的一些道理讲不通。因为事实表明世界各地的海平面上升并不均匀！这是事实。 1，首先，我们要知道为什么海平面高度会变化 海平面的升高或降低主要和几个因素有关：重力、大陆冰川、洋流。 重力在短期（比如100年内）变化很小； 洋流与温度、风力有关，比如正常年份时，太平洋赤道地区吹东信风，使得赤道西面的海平面比东面要高。 但是，在 IPCC 的

今天发一篇稍微长一点的文章，主要就这次中国中部和南部的低温雨雪冰冻灾害，稍微展开并介绍一些科普性知识，尽可能用图片来说明道理，请继续往下看。 一、什么是冻雨，有什么危害 冻雨是指过冷却水落在地面或暴露物体时，迅速凝结为冰的天气现象。冻雨与冷暖气流的相遇有关，它的形成通常需要两个条件： (1) 水汽充足。美国的东北部和加拿大中东部地区是世界著名的冻雨灾害区，靠近它们的五大湖区正是暖湿气流的来源。 (2) 地面温度低于 0 ℃，高空则有逆温层。下冷上热的气温条件使雪落到地面之前融化为水滴，而地面低温使水滴落地时又能迅速凝结成冰。 冻雨可以在物体表面形成一层透明的冰覆盖层，这种冰覆盖层被称作"雨凇"，又称"冰挂"。 图1 两冷包夹一暖的"三明治"气层是冻雨的理想"温床"。冻雨开始时以雪的形式落下，在下降过程中遇到暖气流层而完全融化为雨滴，随后在更低的高度上又遇到温度低于零摄氏度的冷气流层，此时雨滴不再凝结，而是形成过冷雨滴。过冷雨滴一旦遇到低于0 ℃的任何物体就会立刻凝结，形成细长条状的冰挂。 图片来源： University of Illinois wiki来源 冻雨会使路面覆冰，铁路、公路、航空等交通运输因此陷入停顿；冻雨落在屋顶以及各种裸露的户外公共设施上，公共设施因为承载过重而倒塌。特别值得一提的是冻雨严重威胁着电网设施，当冻雨附在输电铁塔和输电线路上结冰时，电线因负载超过设计标准而拉断；中国电力顾问公司总工程师吴云说，像双回线这样的( 铁塔) 的重量大概是6 吨，但是结了冰以后，重量大概达到50 吨，是原来的6 倍（数据来源于 CCTV ）。另外，附在电线上的冰面使得电线在风力作用下"迎风舞动"，很容易拉倒铁塔进而造成供电中断，一旦供电不畅，就会引发一系列连锁反应，如果发生事故的电塔在山区，维修起来及其不便。2008 年1 月中国南部和中部遭受严重的气象灾害，其中一大部分损失由冻雨造成。 图2 这是贵州某地区的冻雨图，冻雨在贵州并不少见，但持续时间没有今年这么长。冻雨附在电塔上凝结成冰后，时间一长就可能压垮电塔，特别在南方地区，设计标准没有考虑到极端的天气情况。当前清理这些附冰最有效的办法是人爬上去敲掉冰挂，这类工作具有危险性，湖南有三个

英国当地时间（也就是世界标准时，格林尼治时间）2008年2月27日凌晨，英国发生了近20多年来的最大的一次地震，震级为里氏5.2级，实际上这个震级很小，但是相对于地震少又小的英国，算是大地震了。 天然地震的三要素包括地震发生的时间、地点和大小，也就是我们经常when where how。英国地质调查局（ BGS ）给出了这次地震一些参数： 发震时间 : 2008年2月27日 00:56 47.8s UTC（世界标准时） 地点 : 北纬53.404 ° ，东经0.331 ° 震源深度 : 18.6 km 震级: 5.2 ML （里氏震级） 发生位置 : Market, Rasen, Lincolnshire （英国南部） 烈度: 6 EMS （EMS是European Macroseismic Scale的简写，也就是欧洲地震烈度表，一个地震发生了，震级有不同的类型，报纸上经常报道的是里氏震级，科学研究更多的用面波震级和矩震级；烈度在各个国家也有差别，比如中国和台湾，日本所用的烈度表不同） 主震后发生了2次余震，余震震级比较小，它们的参数分别为： 图1 红色大星星是主震，两个小星星是余震。这次两个小星星靠的很近，可能地震波都很相似。 图2 震中烈度图。根据 欧洲地震烈度表 。 5级烈度 表示有强烈有感，介绍很有意思：室内的人绝大多数能感觉到，室外的人可能不容易感觉到，很多睡觉的人会被惊醒，并有部分人会逃到户外避难，房子摇晃，悬挂物晃动很厉害，瓷器（这里用 China 表示瓷器）和眼镜作响，门和窗户开关不停。 4级烈度 表示部分人会被惊醒（注意这里是部分人），晃动不是那么可怕，窗户门或盘子作响。 3级烈度 基本是就很少有人难感觉到了，人可能晃一晃而已。 2级烈度 就是只有那些敏感的人，可能正在屋顶的人能感觉到了。当时我所在的地方是2级，当时我正在睡觉，我没有感觉，说明不是很敏感啊。 图3 地震波在不同的距离的地震图。距离最近的地震台为90km，振幅约1mm。90km也就图2英国大陆最窄的东西横向距离， 因此，我们可以知道人对1mm的震动(图上约3-4级烈度)，还能有感。这一点我还先前还没有意识到。 （以上图片来源： BGS ） Technorati : UK , earthquake

首先插播两张图，网上有不少人拿第一张图对比中国的冰雪灾害。其实这张图是假象，因为图片所在处根本没有下雪，树上车上的冰都是 风吹出来 的！拿第2张图一比较，你就会发现远离湖岸的地方，丝毫不见"冰雪"踪迹！我找了很久才找到原图，才明白是怎么回事，感慨要在混沌的网海探求真理，真不是一件容易的事！现在分享给大家。 2005 年 1 月，时速超过 100 公里的狂风使瑞士日内瓦湖的湖水冲出堤坝，因为外界气温低达 -10 ℃左右，这些湖水一旦碰到固体表面便开始凝结，湖边的汽车和树因此被冻冰"全副武装"了起来。（图片来源： PBase.com LLC ） 民政部副部长李立国在2008年 2 月 23 日提供了中国中部南部1月份低温雨雪冰冻灾害的损失情况：农作物受灾面积 1.78 亿亩；倒塌房屋 48.5 万间；因灾直接经济损失 1516.5 亿元，已造成 129 人死亡， 4 人失踪，紧急转移安置 166 万人。 数字太大超出了我们的日常认识，不容易读懂，试问多少人有亩的概念呢？因此，我就负责把这几个数字翻译一下，做一下对比，留一个印象。 1亩约等于667平方米，故农作物受灾面积为11.8万平方公里，而浙江省面积约10.2万，这么一比就有数了，农作物影响面积相当于一个浙江省。 唐山地震倒塌了多少房间？约530万间（ 来源 ），这样我们就知道雪灾倒房子的机率要远比地震小，因为雪灾受灾面积要比地震受灾面积大的多。在城市，高楼大厦不可能被冰雪压倒，最有可能是山区，杜甫又要发"安得广厦千万间"的感慨了。（我这里奇怪的是损失为什么要论房间的间，而不是几层，几幢？间是不是更准确些？因为可以和人口对应） 损失1516.5亿元，相当于每个中国人要多纳税110多元，多吗？咱们比较一下中国GDP，2007年中国GDP总量约 24万亿 ，按照 13亿 中国人口计算的话，每人一年分到1.8万，每个月1500元。从此看，110多元的税好像不多，只占GDP的0.6%左右，但这是直接经济损失，间接的损失例如生产交通停顿等社会链条损失，那就很难定量化了，间接损失通常不比直接损失小，以1995年日本阪神地震为例， 阪神地震使大阪和神户的金融、信息和物流中心的功能受到严重影响，这方面的经济损失属于软损失，高达500亿美元，而这次地震造成

图1 GPS卫星总是高高在上，位于地球10000公里以上。而一般的气象卫星不过几千公里的高度。为什么呢？因为如果要更好地观测地球，他们就要尽可能贴着地面，太远了分辨率自然就降低了，而且越靠近地球，飞得也越快，这样一天就能覆盖更多的范围。比如图上这颗卫星，距离地球1336km，每秒钟飞7km左右，约10天就可以把全球所有的海面覆盖一遍。当然，这颗卫星的轨道，也就是自己的高度，是由高高在上的几颗GPS卫星精确给定的。那为什么不让卫星飞得再低点呢？太低很容易掉下来啊，太低了被人拿竹竿子（或导弹）捅下来怎么办？（图片来源：NASA） 1973年，人类历史上第一颗测高卫星Skylab S-193（天空实验室）由美国发射升空，人类进入空间卫星测高的年代，但是卫星测高一开始的精度并不高，为什么呢？如果卫星连自己的高度都测不准，那又怎么精确地测地面的高度呢？ 当然，人类要想办法解决这个问题。早在50年代，GPS（全球定位系统）就开始走进了科学家的视野。1989年2月4日，在经历很多颗试验卫星后，第一颗GPS卫星正式发射成功，随后，他们彻底改变人们对时间和空间的精度概念，改变了世界。 1992年，一颗名叫 Topex/Poseidon 的卫星由 法国和美国联合发射成功，这颗卫星身负一个重要的使命，就是精确地测量海平面高度。在GPS卫星的协助下，这颗卫星的测量精度可以高达4-5cm，于是，从1992年开始，我们就有了全球海平面高度变化的精确资料（验潮站也有资料，但是验潮站通常位于海边，受到干扰多）。请看下面视频，为1992-2007年的海平面高程变化，红色的表示比多年平均值高，蓝色的表示比多年平均值低，这些资料不仅仅来自 Topex/Poseidon，还包括2001年发射的Jason-1卫星测高资料。 测量海面高度的基本原理就是，卫星向地面 发射电磁波，然后接收地面（或海面）对电磁波的反射波，根据距离=光速×时间，就可以求出卫星距离地面的高度了，而卫星自己的轨道高度可以由GPS卫星精确给出，相减就可以得到地面的高度。（见图1） 1997年 11月，正当秘鲁的渔民又开始为反常的气候烦恼不已的时候。科学家在这颗卫星身上发现了有意思的东西：卫星记录的太平洋赤道两端的海水高度和往年大不相同（请你再回头观看视频，注意1997年的时候）！这立刻引起了科学家极大的注意：是什么原因引起

图1 马丘·比丘，这个在1983年被认定为世界遗产的"空中城市"，位于秘鲁南部雄伟的安第斯山脉的尾部，海拔2430米处，见证了南美最大的印加帝国辉煌的过去。1911年7月24日，一个美国青年在原著民的帮助下，在热带原始森林中找到了这座印加帝国最后的城市遗址，从此，"失落的印加帝国"享誉全世界。遗址的魅力还在于这座石头结构的城寨巧妙地利用山根和地面凸凹不平的地势，达到了自然与建筑的完美协调。（图片来源：wiki） 16世紀，秘鲁Perú，这个曾经辉煌一时的印加帝国所在地，在当时最强大的西班牙舰队摧毁下，一去不复返。他们被彻底征服了，从此，秘鲁文明的根基，他们的国语，改姓了西班牙。 幸好，秘鲁的海岸线没有像轮流做庄的皇帝一样风雨飘荡。而且，太平洋发给了秘鲁一张用"水"写成的优惠卷。这太不公平了，秘鲁拿起这张优惠券，就代表了对世界最著名的渔场-秘鲁渔场的拥有权。 图2 海洋并不是静止的，整个海洋的水就像人体血液一样在循环往复，我们将全球最大的海水运移叫做洋流。太平洋赤道地区，海水在太阳直射下一年四季都很温暖，在东面吹来的信风的鼓动下，海水夹带着大量暖气从东往西流。于是在正常年份，太平洋的西面，也就是印尼、菲律宾和澳大利亚东北部一带温暖湿润。但是别忘了，表面的海水被吹走了，就会有其他海水流过来补充。于是，一股寒冷的水流在海底，经南极边缘，带着一身"冷酷"，悄悄地运动到了南美，当水流碰到了秘鲁突出的海岸线时，水流前途受阻，被迫抬升，这恰好补充了秘鲁附近被信风吹走的海水。这股寒流将海底的有机物带到了海面，吸引了一大群一大群鱼儿，从此，这里就成了世界上最著名的渔场-秘鲁渔场。这不是太平洋发给秘鲁的优惠券吗？（图片来源：wiki） 但是，秘鲁的渔民发现太平洋有时并不友好，特别是到了圣诞节前后，海边的风变弱了，平时温度较低的海水温度升高了，水中的浮游生物也跟着减少了，更要命的是，鱼也大大减少了，这是怎么回事？莫非这是上帝的旨意？要求秘鲁的渔民回去庆祝小耶稣的诞生？ 可怜的秘鲁渔民无法解释这个现象，于是用他们的国语-西班牙语，给它取了个名字-El Nino，这就是大名鼎鼎的厄尔尼诺。在西班牙语里，他的意思就是"圣婴"，也就是圣诞节期间的小男孩的意思！ 这个"兴风作

图 这是TRMM卫星根据空气中的水汽得到的龙卷风三维图，最高处为13km多（一般的高云为6km左右）。这里暖气来自墨西哥湾，拉尼娜可能起了"推波助澜"的作用。 ©NASA TRMM全称是Tropical Rainfall Measuring Mission satellite ，热带测雨任务卫星。 美国的卫星通常都是带着一定的使命（Mission）上天的。 全球下雨最多的地方主要分布在热带和亚热带，在TRMM卫星发射之前，我们不能准确地知道一个地方到底下了多少雨。有人可能会说，不是有气象卫星吗？ 是的。虽然有些气象卫星可以拍摄气象云图，但是有云的地方不一样下雨，即使下雨，也并非所有雨都能够顺利地降落到地面，可能在半空中就挥发了，而且，这些气象卫星通常不能穿透云层。（?）（注：这些气象卫星搭载的传感器可能是可见光（和人眼看到的差不多）和红外遥感（适合用来测量温度），他们波长短，不容易穿透云层，都对云层"望而生畏"。） 因此，科学家希望能有一颗能够穿透云层，测量一个地方降雨量的卫星。于是就有了这颗TRMM卫星，原理是通过测量地球或大气的微波辐射能量（任何物体都会发射电磁波辐射能量，因此有颜色有温度，但微波波长长，可穿透云层，具体细节我还不清楚）。如果知道了降雨量，就可以用来预测风，洋流，洪水或干旱。 发射时间 ：1997年11月27日，在日本发射 轨道 ：和赤道35度角，距海平面350km 周期 ：91分钟一圈。24小时可以转16圈，尽可能地覆盖热带地区。 上图是NASA的TRMM卫星所获取的美国南部龙卷风（兼暴雨）所经地区的降雨量密度分布图，从图上我们可以知道某一个地区某一小时的降雨量。 几天前我在文章 2008年2月美国南部遭遇龙卷风图片 中提到过这次龙卷风灾难，TRMM卫星的另一个例子是 热带气旋Gula ，卫星极大的扩展了人类的"视觉"。 TRMM卫星的主页在 这里 ，更多TRMM介绍在 WIKI 。 Technorati : America , NASA , TRMM , Tornado

前几天一位网友给我传了一张照片，问我照片里的浪大概有几米高？应该如何计算浪高？ 首先我很佩服她不怕危险勇敢地拍下了这张照片，中国专门拍摄自然灾害的摄影师好像还没有 :-)，其次我觉得能够思考一些科学问题比较好，特别是思考发生在身边的事，学科学更要用科学。 有些表面看起来很简单的问题，比如如何计算浪高，实际并不好回答。我没有好好思考过这个问题，据有限的知识给她回信说： 一种就是卫星测高，精度可以很高（精确到4-5cm），例如2004年底的苏门答腊地震海啸发生后，一颗叫Jason的卫星就把海啸波的高度记录了下来，最高和最低的地方却只有1m不到，比你照片上的海浪要低。但是这里1m指得是波浪在大海还没到海边的波浪高度，到了海边，可以形成5-6米的浪高。 再想想看，我们都说温室效应，海平面升高了，那他们怎么测量海平面升高了呢？除了卫星，水文站当然也可以测，我没见过水文站，我猜他们是在一个和外面海水相通的管子里放上一个浮标，浮标的高度可以用电子信号记录下来，这样每一天，每一分钟，水面的高度都有，还可以画出曲线。但是一个浪打过来，浮标就会升高，因此要测量总体海平面升高，还需要扣除这些随机干扰，做一个长时间尺度的平均。 今天我就顺便简单介绍一下Jason。 世界上有两颗卫星是专门用来测量海平面高程（Ocean Surface Topography）的，一颗叫TOPEX/Poseidon，另一颗叫Jason。TOPEX/Poseidon是1992年发射的，Poseidon是希腊神话中海洋之王波士顿的意思，Jason是2001年发射的，它为什么叫Jason呢？ 本来这个卫星计划在7月份（July）发射，可由于后来不断拖延，经过 J uly A ugust S eptember O ctober和 N ovember，直到12月份才发射，于是科学家就将这颗卫星所耽误的这几个月的首字母组合起来，取名Jason。这个卫星的精度可达到2cm，每10天重复同一个轨道。卫星的可视区域在地球上的投影是一条宽宽的线，这条线的宽度就是2km。 下面第一个视频是Jason卫星在2002年-2003年期间连续测得的海平面高度。红色的表示比多年平均值高，蓝色的表示比多年平均值低。这里想说明： 海平面的高度同样可以指示海洋表面温度 ，高温的海水使海平面升高。因此，你可以看到2002年太平洋赤

View Album Get your own 当地震海啸的伤口逐渐平息之后，大气又开始变得躁动不安！美国南部当地时间2008年2月5日夜间至6日遭遇到龙卷风，50多起龙卷风出现在7个州。 美国南部的飓风、龙卷风向来很多，可能和墨西哥湾的高温有关，洋流给这一带带来了温暖的海水，同时也带来了灾难，此外全球变暖也"功不可没"。 田纳西州受灾最重，那里已发现30人死于风灾，超过150人受伤。同时，阿肯色州、肯塔基州和亚拉巴马州分别有13人、7人和4人死亡。密西西比州多人受伤。 媒体说这次龙卷风灾非常罕见，是历史上发生于2月的最严重的风暴灾害之一，是1950年以来美国死亡人数最多的15起风灾之一。 ©以上图片来源：TIME ©以下图片来源：普通高中课程标准实验教科书 地理·选修 图2 保护头部是面对很多灾害时首先需要想到的，在人多的地方（比如赶庙会）特别要注意，一旦被人挤倒了，立刻蜷缩，抱住头部。 图3 在野外遇到龙卷风时，应该就近寻找低洼地伏于地面，并且远离大树。 Technorati : south of America , tornado

这是阿曼湾上的沙尘暴。这张图让人印象最深刻是沙尘暴把云吹挤成了一条白色的带子。 点击 看大图。 云的高度通常分为三种：高云（6000米），中云（2500-6000米）和低云（2500米）。天气晴朗的时候，云通常比较高，要下暴雨前，则通常是低云密布。飞机通常飞在10km以上的对流层顶，此时，那些高云全都已经低低在下了。 右下角的的云薄薄的，而且带点纤维状，说明云比较高。但是沙尘暴硬是"吹皱一池春水"。我想，这可能可以从侧面说明沙尘暴可以达到的高度。（解释可能有误，若有误请勘误）© NASA Technorati : Oman , dust