中國地震預(yù)警之路

　　盡管地震預(yù)警在國外已有近50年的實踐歷史，但在中國無論從理論還是實踐上都是一片空白

　　汶川八級地震帶給中國人的傷痛遠未痊愈，各方面“療傷”的努力也在繼續(xù)。

　　地震應(yīng)急學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家——中國科技大學(xué)教授倪四道的工作就是其中之一。

　　在2009年第1期《中國科學(xué)D輯:地球科學(xué)》上，倪四道撰文指出“震后10秒內(nèi)就可以確定震中位置和震級大小，誤差小于10公里和一個震級，中國實現(xiàn)地震早期預(yù)警完全可能。”

　　倪四道不是第一次公開發(fā)出中國建立地震預(yù)警機制的聲音。2008年5月26日的“中國科學(xué)與人文論壇”上，他針對汶川大地震說，“若事先建立預(yù)警系統(tǒng)，在地震波擴散過程中，及時提醒其他地方利用10秒鐘，人躲出二三十米沒有問題，而且離地震越遠做準備的時間越長。青川離震中200公里左右，其間可以做不少事情，有些損害是可以避免的。”

　　2008年10月中旬，在北京舉行的第十四屆世界地震工程大會上，日本NTT公司總經(jīng)理Takashi Humajiri也曾直言，如果中國使用了和日本類似的地震預(yù)警系統(tǒng)，四川汶川大地震的傷亡人數(shù)或許可以減少80%到90%。

　　那么，地震預(yù)警目前在中國處于什么狀態(tài)呢？

　　速報的基礎(chǔ)

　　經(jīng)過地震學(xué)100多年的發(fā)展，現(xiàn)在基于實時地震監(jiān)測臺網(wǎng)建立地震預(yù)警系統(tǒng)和地震應(yīng)急控制系統(tǒng)在國際上已形成潮流,墨西哥、臺北、伊斯坦布爾等城市，日本鐵路新干線、日本東京煤氣公司、臺灣大臺北煤氣公司、立陶宛的Ignalina核電站等均建立了地震預(yù)警系統(tǒng)或地震應(yīng)急控制系統(tǒng)。

　　中國雖然是個多地震國家,由地震造成的人員傷亡與經(jīng)濟損失巨大,但除大亞灣核電站在法國人承建時建立了一個由地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和人工決策相結(jié)合的地震預(yù)警系統(tǒng)外,中國尚未自主建設(shè)過其他重大工程地震預(yù)警系統(tǒng),有關(guān)研究工作也僅是剛剛在個別高校和研究所興起。

　　《科學(xué)新聞》從中國地震局了解到，中國從上世紀末開始開展地震預(yù)警技術(shù)先期研究，目前已在測震臺網(wǎng)和強震動臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)實時處理、地震事件的實時檢測、基于有限臺站記錄的實時地震定位、基于地震動初期信息的震級測定以及和地震動場實時預(yù)測等方面都取得了一些成果。中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)所研究員彭華告訴《科學(xué)新聞》，地震本身是地質(zhì)問題，由于相關(guān)研究費時費力所以造成很多學(xué)者選擇其他研究方向。

　　據(jù)倪四道介紹，目前存在兩種地震預(yù)警方案，一是基于地震速報系統(tǒng)，即利用地震觀測網(wǎng)中離震中最近的幾個監(jiān)測臺，快速確定地震的三要素(時間、地點、震級)，然后利用現(xiàn)代通訊和破壞性地震波的傳播時間，讓離震中較遠的人們有一定的時間采取措施。此方案(網(wǎng)絡(luò)預(yù)警)確定了地震的基本要素，可以向比較遠的區(qū)域發(fā)布預(yù)警。但該方案有比較大的盲區(qū)，需要幾個監(jiān)測臺才能確定地震的信息。

　　另一方案是單點地震預(yù)警，此方案利用地震縱波和橫波的特點，進行地震預(yù)警。其工作流程是，該點的地震儀連續(xù)監(jiān)測震動，如果檢測到很強的縱波，則產(chǎn)生預(yù)警，警告破壞性地震波即將到達。該方案只需要一個監(jiān)測臺，所以盲區(qū)小。但只能對該地點進行預(yù)警，其應(yīng)用有一定的局限性。比較好的方案是把網(wǎng)絡(luò)預(yù)警和單點預(yù)警結(jié)合起來，以減少盲區(qū)和增加預(yù)警范圍。

　　有相關(guān)報道稱，汶川地震發(fā)生后，國家地震監(jiān)測部門在5分鐘左右確定了地震位置及強度，十幾分鐘后上報地震信息。而在地震發(fā)生十幾分鐘后，地震面波基本上已經(jīng)離開中國，所有的地震直接災(zāi)害及影響已經(jīng)形成，達不到地震預(yù)警的效果。而確定地震何時結(jié)束、何地結(jié)束及通過地震破裂模型評估地震災(zāi)害，做出地震震動圖，則是地震一天后的事情了。

　　中國地震局工程力學(xué)研究所研究員李山有介紹說，福建省地震局和中國地震局工程力學(xué)研究所在2007年合作研發(fā)了“區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)實時速報系統(tǒng)”，實現(xiàn)了震后一分鐘自動測定地震基本參數(shù)，已經(jīng)成功應(yīng)用于地震的自動速報，并解決了與地震預(yù)警系統(tǒng)相關(guān)的實時數(shù)據(jù)流傳輸、地震數(shù)據(jù)實時處理和地震基本參數(shù)自動速報等基礎(chǔ)問題。

　　李山有則告訴《科學(xué)新聞》，盡管地震預(yù)警在國外已有近50年的實踐歷史，但在中國無論從理論還是實踐上都是一片空白。強震動數(shù)據(jù)的實時處理與地震三要素的快速確定；地震動場的生成；基于地震動參數(shù)的震害快速評估等都是我們目前需要進一步研究的科學(xué)和技術(shù)問題。

　　在《科學(xué)新聞》就地震預(yù)警研究問題采訪中國地震臺網(wǎng)中心研究員孫士鋐時，他舉例說：1960年智利發(fā)生了一組8級大地震。當時太平洋海嘯預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)建立，地震發(fā)生前相關(guān)機構(gòu)也對地震發(fā)布預(yù)警，但是老百姓并不相信，政府也未采取行動，最終造成巨大損失。

　　“造成這一現(xiàn)象的原因是該預(yù)警系統(tǒng)在之前經(jīng)常發(fā)布預(yù)警信息，太平洋國家已經(jīng)對此習(xí)以為常，不知道預(yù)警是真是假。結(jié)果‘狼’真的來了。”孫士鋐說。

　　預(yù)警系統(tǒng)為何難產(chǎn)

　　中國《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》和《地震科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》都明確提出了應(yīng)該在中國建設(shè)地震預(yù)警系統(tǒng)。但是，當《科學(xué)新聞》問道“中國應(yīng)該如何加強地震極早期預(yù)警系統(tǒng)？”時，倪四道糾正，“現(xiàn)在，我們要做的不是加強地震極早期預(yù)警系統(tǒng)，而是建立！中國沒有極早期預(yù)警系統(tǒng)！”

　　據(jù)悉，中國在“九五”期間，在首都圈建立了由72臺衛(wèi)星傳輸、80臺電話撥號傳輸?shù)臄?shù)字強震臺站組成的地震烈度速報系統(tǒng)，目標是當首都圈內(nèi)發(fā)生里氏3.5級以上地震時，在5分鐘內(nèi)提供初步地震位置、10分鐘內(nèi)給出地震參數(shù)與地震烈度分布。在“十五”期間，還計劃在北京、天津、蘭州、昆明、烏魯木齊五大都市建設(shè)以強震動觀測臺網(wǎng)為基礎(chǔ)的地震動強度速報系統(tǒng)。但是這一系列的成果都不足以說明中國預(yù)警機制的進展。

　　倪四道認為，地震預(yù)警系統(tǒng)可以通過增加地震監(jiān)測網(wǎng)點、完善信息傳播機制來建立，硬件上，在中國只需兩年就可建成。中國非常有必要把中國的相關(guān)地震學(xué)研究力量組織起來，形成有效的應(yīng)急地震學(xué)研究體系，使中國盡快建立起強地震早期預(yù)警系統(tǒng)。中國要建立預(yù)警系統(tǒng)，地震監(jiān)測臺站密度還不太夠。目前，中國西部地區(qū)臺站密度比較小，做起來難度大，需要再加密。首都圈臺站密度比較大，做起來容易些。

　　“中國硬件設(shè)施還不錯，如果行動起來，有望在幾年內(nèi)把預(yù)警系統(tǒng)所需的監(jiān)測硬件搭建起來，而且地震監(jiān)測儀器的相關(guān)技術(shù)也一直在發(fā)展。現(xiàn)在很多人提出可以把地震監(jiān)測儀的成本做得更低，甚至在筆記本上設(shè)傳感器，這樣監(jiān)測儀將變得更小型化、經(jīng)濟化。此外，能否把確認地震參數(shù)的時間再縮短、精度再提高，仍然是個亟待解決的難題。”倪四道說。

　　針對中國國情，李山有認為地震預(yù)警系統(tǒng)面臨三個困難：一是硬件條件的限制；二是技術(shù)上的困難——地震發(fā)生后，只能用到近震源有限臺站的初期信息來確定地震基本參數(shù)，并實時預(yù)測尚未到達的破壞性地震波的強弱。信息的有限性會影響地震事件自動判別的可靠性和地震基本參數(shù)的測定的準確性；三是地震預(yù)警的局限性——地震預(yù)警系統(tǒng)并不是萬能的，其應(yīng)用受到臺網(wǎng)條件、技術(shù)發(fā)展及震源所處位置等客觀條件的限制。

　　而在彭華看來，地震預(yù)警系統(tǒng)建立的阻礙在于思路、體制和科技三方面。他認為，由于部門利益分割嚴重致使地震相關(guān)工作大多是地震局在負責，“我認為首先打破部門分割，少一些‘本位主義’；發(fā)動多部門參與研究，避免思路僵化，引入競爭機制”。

　　在接受中國媒體采訪時，日本防災(zāi)系統(tǒng)研究中心吳長江博士提醒說，中國如果要上預(yù)警項目，必須周密考慮，“千萬不能追求立竿見影的效果”。

　　以誰為師

　　“在地震預(yù)報方面，美日等發(fā)達國家不比我們更先進。他們的先進在于建筑設(shè)防的安全性上，還有就是地震發(fā)生以后，可以相當快地確定位置和震級。”倪四道說。

　　彭華認為美國地廣人稀，有避讓地震的空間，而日本和中國都是人口稠密。相比之下，中國和日本情況更為相像。“但是日本雖然有先進儀器，我們卻無法買到，也許隨著我們自主研發(fā)設(shè)備的出現(xiàn)日本會有所放松。”

　　參考文獻:

　　中國科學(xué)D輯:地球科學(xué), 2009, 39, 1-10

　　地震早期預(yù)警是指在地震發(fā)生后以最短的時間確定地震的位置及強度,利用現(xiàn)代通信以及快速但是強度弱的縱波和慢速卻強烈的橫波的時間差，在破壞性的地震波達到之前，發(fā)出預(yù)警信息，從而能夠采取緊急措施，減輕人員財產(chǎn)損失。例如，汶川地震發(fā)生在成都以西100多公里處，地震面波需要40秒左右才能達到。如果利用該地震附近的地震臺(假定50公里內(nèi)有兩個臺),根據(jù)地震的P波特性，可以在十幾秒釧內(nèi)初步確定地震地點及強度，成都就可以有20多秒的預(yù)警時間終止關(guān)鍵性活動(學(xué)生上課、重要會議、醫(yī)院手術(shù)、高速列車、金融交易、軍事演習(xí)、危險性工業(yè)品生產(chǎn)等),以及對電、煤氣、自來水等設(shè)施進行暫停，減少由次生災(zāi)害造成的損失。

（作者：閆巖）