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汶川地震6周年:中国地震预警网络正在成形
2019-08-15 11:18

  清晨,成都高新减灾研究所所长王暾被手机的警报声惊醒。警报告诉他,还有27秒地震横波就将到来,马上翻身起床的他紧接着又收到了第二轮和第三轮警报,弹出窗口显示:8时2分四川芦山发生6.4级地震。王暾立刻在家中的安全位置藏好,然后,就如警报所预告的那样,大楼开始摇晃起来。

  那一天,是2013年4月20日,根据中国地震台网的正式测定,当天8时2分48秒,四川芦山发生了7.0级地震。而成都高新减灾研究所为成都赢得了28秒的预警时间。

  地震波有两种,一种是破坏性较弱的纵波,在地壳中的传播速度约为5.5千米/秒~7千米/秒;另一种是破坏性较强的横波,传播速度为3.2千米/秒~4千米/秒。而电波的传播速度是30万千米/秒,因此,地震发生之时,震源附近的地震监测仪可以将捕捉到地震波数据传递到预警中心,而预警中心的电脑分析这些数据后,能在地震波到达并造成破坏之前,向将会受到地震影响的区域发出警报。理论研究显示,如果预警时间为3秒,可使人员伤亡比例减少14%;如果为10秒,人员伤亡比例可减少39%。

  2008年5月12日的汶川大地震后,许多人第一次听到了“地震预警”这个词汇。在那时,日本已经能通过覆盖全国的高密度地震台网,对部分地区发布地震预警。而那时,中国仅有1 000多个地震监测台,有的地震带上甚至几百千米也没有一个台站,并且中国地震台网过去主要用于科研,没有考虑到预警功能。

  在汶川大地震留下的痛苦中,地震预警系统在中国迈出了第一步。2008年8月,中国地震局向科技部提交了《地震预警与烈度速报系统的研究与示范应用》项目建议书,项目首席专家由福建省地震局局长金星研究员担任。同年6月,王暾也从奥地利回国,在成都地震和科技部门的资助下,成立了成都高新减灾研究所,这个民营高新技术企业。

  福建省地震局科技处处长黄宏生研究员告诉《环球科学》记者,目前我国已掌握了地震预警技术信息处理的核心技术,技术水平基本上与日本、美国等相当。

  福建省地震预警与烈度速报系统于2012年9月开始在线试运行。这个系统的基础是福建地震台网,在中国地震台网中,福建台网有着名列前茅的密度:其台站总数为125个,台间距平均31千米,对全省地震的监测能力达到1.0级。在线试运行期间,系统运行平稳、可靠,目前已成功地对福建长乐海域3.3级、福建仙游2.5级、台湾高雄4.4级等一系列地震进行了地震预警处理。2013年3月27日,台湾南投发生了6.5级地震,福建地震局也为福州争取到了63秒的预警时间,黄宏生认为,试运行“取得了预期效果”。

  而在王暾看来,经过几年时间的快速发展,“中国的地震预警技术已经走在了世界前列”。目前,在中国地震台网已有台站之外,成都高新减灾研究所已建设了覆盖面积为54万平方千米的地震预警系统。截至2013年8月,该所1 213个专为地震预警而建的台站,已布设在四川、云南等8个省市的部分区域,能通过多种方式对预警信息进行实时发布和接收。成都高新减灾研究所因为对芦山地震的预警而名声大噪,但很多媒体还不知道的是,2011年,一个美国公司就采购了这套预警系统,来为饱受地震灾害的海地服务。

  地震预警包括监测、产生、发布、接收、应用这五个环节,任何一个环节出了问题,都无法成功预警。成都高新减灾研究所在这些环节上都进行了创新。特别让王暾骄傲的是该所专门针对地震预警而研发的地震监测仪。这种监测仪的响应速度很快,能在地震发生后更短的时间内采集数据;同时,它还能对地震波进行首轮智能分析。

  地震数据的成功收集和预警信息的及时发布都有一个前提,那就是系统的通讯网络是正常的。芦山地震表明,成都高新减灾研究所的预警系统至少在遇到7级地震时都能够正常工作。王暾认为,这说明该系统能胜任预警破坏性地震的工作。

  不过,地震预警必须完成最后一步,即以有效的方式发布,并让人们确实接收到并采取正确的行动,预警才算成功完成。

  目前地震预警有多种发布方式,手机软件是成都高新减灾研究所最早开始采用的。2011年9月20日,该所和成都市防震减灾局合作,开始了手机预警。王暾解释说,手机这种方式“是我们最能够自由控制的”。手机用户只需要在该所网站下载软件客户端,并申请账号和密码,就可以收到预警。

  在日本,许多服务商都推出了相关的手机地震预警应用。但一些日本民众反映,小地震老是响,就和“狼来了”一样,久而久之反而让人松懈。吸收了这些经验教训后,成都高新减灾研究所的客服端设置了震级和烈度阈值选项,用户可以自行设置预警等级。不过,王暾强调,没有小地震的经验积累,就没有大地震的成功预警,所以现阶段他们还是鼓励用户接收小地震的预警,“这样有助于检验和改进系统”。

  成都高新减灾研究所也有其他预警方式,在技术上,广播、电视、计算机、手机及专用终端都可以接收预警。“但是,如果要在学校安装预警系统,或让电视台自动播报预警警报,就需要取得当地政府、校方等的同意,”王暾说。从这一点来说,汶川大地震的重灾区走在了前面:北川中学和成都的泡桐小学将校园广播与该所的预警系统连接,有地震发生时,学校广播会自动播报;汶川电视台则通过电视播报预警信息,根据预警的震级和预测烈度的不同,通过字幕或是切断节目进行播报。

  目前,福建地震局还没有开始向公众发布预警信息。福建省地震局震害防御(法规)处处长邱立钦解释说,他们研制的地震预警系统之所以迟迟未向公众发布预警信息,除了技术需要进一步检验之外,还因为目前尚没有地震预警的相关立法。“贸然向公众发布,不仅不会带来正面效果,还有可能添乱”。业内专家特别强调应该进一步完善相关法规和技术标准,为地震预警提供良好的法制环境,同时还要开展科普宣传和演习,让人们收到预警时可以冷静地采取正确的避险方法。

  从国际上的经验来看,地震预警系统研发出来后,一般都要进行较长时间的试运行才能正式投入运行。例如,日本在2003年就建设了地震预警系统,经过多年试运行后,到2007年才正式投入运行。福建地震局的计划是,积极推进地震预警信息发布试点,在未来五年内逐步推广地震预警系统。

  当然,地震预警系统也有一定的局限。震中附近地区一般破坏最严重,但因距震源很近,预警时间极短或根本没有预警时间,因此成为了预警盲区;而对于两三百千米外的地区,地震产生的破坏通常又不严重,预警意义不大。中国地震局分析预报中心副总工程师陈会忠研究员说,以震中为圆心,以20千米左右的半径画一个圆,就是预警盲区能够缩小到的最小范围,“基本相当于7级地震破坏最大的区域”。

  第一报是地震预警的关键,因为每迟报1秒就意味着盲区半径增加4千米左右,陈会忠说,目前绝大多数预警系统并不会在地震波到达第一个监测仪时就发出第一报,“因为单台误报和错报率可能很高”。因此,第一报至少会采用两个地震台的数据。从以往经验来看,地震越大,第一报的震级误差就越大。日本“3.11”地震达到了9级,但预警第一报的震级只有4.3级。对于芦山地震,成都高新减灾研究所第一报的震级为4.3级,误差也较大。

  收集到更多破坏性地震的数据,对改进第一报的准确度有很大帮助。“今年2月以来的4次破坏性地震,都对中国地震预警的发展有重要影响,”王暾说,“我们已经对芦山地震里收集的信息进行了初步的处理,发现了很多有意思的新数据。”

  此外,由于地震预警需要快速、自动地测定地震参数,在极短时间里,利用少量观测数据估算震动参数,很可能导致误报或漏报。而一些会使地面产生震动的干扰,比如打雷、爆破等也可能导致误报。不过,王暾称,通过分析日本、美国地震预警的经验和教训,他们目前已经解决了一些误报问题。

  对于如何缩小地震预警盲区并减少误报和漏报,黄宏生认为应该提高台网密度、观测数据质量、数据传输和处理的实时性,改进预警信息处理软件系统。福建正在新建并改造过去的地震台,新一代台网的所有台站将同时承担地震速报、烈度速报、地震预警和为地震科学研究提供基础数据等多项工作任务。

  王暾特别强调,要成功预警,每隔30千米甚至25千米就需要有一个台站,他非常希望相关部门可以加紧布置地震预警台网。中国地震局建设一个兼具其他科研作用的台站大约要50万元,而成都高新研究所研发的用于地震预警的台站每个造价为13万元,相比地震带来的生命财产损失和灾后重建的花费,王暾认为这些价格并不昂贵:“我们更应该讨论它的收益是多少。”

  为了编织一个强有力的地震预警系统,中国不论是官方还是民营企业都在努力。成都高新减灾研究所很快会发布一款新软件,以语音播报地震烈度。而黄宏生则透露“国家地震烈度速报与预警工程”正在立项,计划投入20亿元,用五年时间建设覆盖全国的,由5 000多个台站组成的国家地震烈度速报与预警系统。因此,虽然面临重重困难,王暾依然充满信心:“下一次破坏性地震来袭时——当然没有下一次更好——我们会有更充分的准备。”

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