中國地震預警之路

　　盡管地震預警在國外已有近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。

　　地震應急學領域科學家——中國科技大學教授倪四道的工作就是其中之一。

　　在2009年第1期《中國科學D輯:地球科學》上，倪四道撰文指出“震后10秒內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，中國實現地震早期預警完全可能。”

　　倪四道不是第一次公開發出中國建立地震預警機制的聲音。2008年5月26日的“中國科學與人文論壇”上，他針對汶川大地震說，“若事先建立預警系統，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公司總經理Takashi Humajiri也曾直言，如果中國使用了和日本類似的地震預警系統，四川汶川大地震的傷亡人數或許可以減少80%到90%。

　　那么，地震預警目前在中國處于什么狀態呢？

　　速報的基礎

　　經過地震學100多年的發展，現在基于實時地震監測臺網建立地震預警系統和地震應急控制系統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警系統或地震應急控制系統。

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

　　《科學新聞》從中國地震局了解到，中國從上世紀末開始開展地震預警技術先期研究，目前已在測震臺網和強震動臺網觀測數據實時處理、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測等方面都取得了一些成果。中國地質科學院地質力學所研究員彭華告訴《科學新聞》，地震本身是地質問題，由于相關研究費時費力所以造成很多學者選擇其他研究方向。

　　據倪四道介紹，目前存在兩種地震預警方案，一是基于地震速報系統，即利用地震觀測網中離震中最近的幾個監測臺，快速確定地震的三要素(時間、地點、震級)，然后利用現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(網絡預警)確定了地震的基本要素，可以向比較遠的區域發布預警。但該方案有比較大的盲區，需要幾個監測臺才能確定地震的信息。

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

　　有相關報道稱，汶川地震發生后，國家地震監測部門在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。而在地震發生十幾分鐘后，地震面波基本上已經離開中國，所有的地震直接災害及影響已經形成，達不到地震預警的效果。而確定地震何時結束、何地結束及通過地震破裂模型評估地震災害，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研究所在2007年合作研發了“區域數字地震臺網實時速報系統”，實現了震后一分鐘自動測定地震基本參數，已經成功應用于地震的自動速報，并解決了與地震預警系統相關的實時數據流傳輸、地震數據實時處理和地震基本參數自動速報等基礎問題。

　　李山有則告訴《科學新聞》，盡管地震預警在國外已有近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。強震動數據的實時處理與地震三要素的快速確定；地震動場的生成；基于地震動參數的震害快速評估等都是我們目前需要進一步研究的科學和技術問題。

　　在《科學新聞》就地震預警研究問題采訪中國地震臺網中心研究員孫士鋐時，他舉例說：1960年智利發生了一組8級大地震。當時太平洋海嘯預警系統已經建立，地震發生前相關機構也對地震發布預警，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。

　　“造成這一現象的原因是該預警系統在之前經常發布預警信息，太平洋國家已經對此習以為常，不知道預警是真是假。結果‘狼’真的來了。”孫士鋐說。

　　預警系統為何難產

　　中國《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》和《地震科學技術發展規劃(2006-2020年)》都明確提出了應該在中國建設地震預警系統。但是，當《科學新聞》問道“中國應該如何加強地震極早期預警系統？”時，倪四道糾正，“現在，我們要做的不是加強地震極早期預警系統，而是建立！中國沒有極早期預警系統！”

　　據悉，中國在“九五”期間，在首都圈建立了由72臺衛星傳輸、80臺電話撥號傳輸的數字強震臺站組成的地震烈度速報系統，目標是當首都圈內發生里氏3.5級以上地震時，在5分鐘內提供初步地震位置、10分鐘內給出地震參數與地震烈度分布。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以強震動觀測臺網為基礎的地震動強度速報系統。但是這一系列的成果都不足以說明中國預警機制的進展。

　　倪四道認為，地震預警系統可以通過增加地震監測網點、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地震學研究力量組織起來，形成有效的應急地震學研究體系，使中國盡快建立起強地震早期預警系統。中國要建立預警系統，地震監測臺站密度還不太夠。目前，中國西部地區臺站密度比較小，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。

　　“中國硬件設施還不錯，如果行動起來，有望在幾年內把預警系統所需的監測硬件搭建起來，而且地震監測儀器的相關技術也一直在發展。現在很多人提出可以把地震監測儀的成本做得更低，甚至在筆記本上設傳感器，這樣監測儀將變得更小型化、經濟化。此外，能否把確認地震參數的時間再縮短、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，李山有認為地震預警系統面臨三個困難：一是硬件條件的限制；二是技術上的困難——地震發生后，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，并實時預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的測定的準確性；三是地震預警的局限性——地震預警系統并不是萬能的，其應用受到臺網條件、技術發展及震源所處位置等客觀條件的限制。

　　而在彭華看來，地震預警系統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，日本防災系統研究中心吳長江博士提醒說，中國如果要上預警項目，必須周密考慮，“千萬不能追求立竿見影的效果”。

　　以誰為師

　　“在地震預報方面，美日等發達國家不比我們更先進。他們的先進在于建筑設防的安全性上，還有就是地震發生以后，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設備的出現日本會有所放松。”

　　參考文獻:

　　中國科學D輯:地球科學, 2009, 39, 1-10

　　地震早期預警是指在地震發生后以最短的時間確定地震的位置及強度,利用現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，發出預警信息，從而能夠采取緊急措施，減輕人員財產損失。例如，汶川地震發生在成都以西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公里內有兩個臺),根據地震的P波特性，可以在十幾秒釧內初步確定地震地點及強度，成都就可以有20多秒的預警時間終止關鍵性活動(學生上課、重要會議、醫院手術、高速列車、金融交易、軍事演習、危險性工業品生產等),以及對電、煤氣、自來水等設施進行暫停，減少由次生災害造成的損失。

（作者：閆巖）