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科普园地:啥叫地震预警?
来源:四川省德阳市防震减灾局 | 发布时间:2017/7/10 | 浏览次数:
 

2011311日,日本当地时间1446分,日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸,造成重大人员伤亡和财产损失。地震震中位于宫城县以东太平洋海域,震源深度海下10千米。东京有强烈震感。地震引发的海啸影响到太平洋沿岸的大部分地区。地震造成日本福岛第一核电站1~4号机组发生核泄漏事故。日本3.11地震后地震预警技术进入了公众视野。

地震预警是指大地震发生后对地震快速处理发出警报,提醒远处人们在地震波没有到达之前逃生和避险。随着地震科学和技术的发展,地震预警技术已经进入实用化阶段,它将在大地震发生后为防灾减灾发挥重要作用。我们有必要了解地震预警知识。

1.地震预警实际是地震警报

很多人把地震预警和地震预报等同起来,这是不正确的理解。所谓地震警报,就是在一个地方已经发生了地震,当地的地震监测仪器在测出地震之后发出警报:我这里地震了!由于地震波的传播速度为每秒几公里,相对电磁波的每秒30万公里要慢得多,人们就将地震发生的消息用电磁波手段(电话、广播、电视、网络、手机)迅速地传给远方,可以形象的理解为两个波(地震波、电磁波)在赛跑!致灾力量和防灾减灾力量的争分夺秒赛跑!在离地震发生比较远的地方人们收到警报时地震波还未到达,这时采取紧急措施逃生和关闭电、气、水等生命线设施,地铁、高铁减速等等,可以减少损失,避免次生灾害。这与防空警报一样,知道敌机已经起飞了,拉响防空警报,提醒人们躲避。

2.地震预警原理

地震预警是一种报警技术,是建立在现代地震观测技术和信息技术基础上发展起来的新技术。地震预警技术的主要原理有3种:一是利用地震波传播速度比电磁波慢,在地震发生后发出地震警报,通知远处的人们采取避险措施。即远方报警。二是利用地震波纵波(P波)和横波(S波)之差发出报警,一般认为S波是地震破坏的元凶。由于P 波速度一般约为6 Km/s S波速度约为3.5Km/sS波比P波晚些时间到达,因此在P波到达后发出报警。这种方法只能用于地震震中现场附近报警,称为现场报警或当地报警。三是当地震波(一般指破坏力较大的S波)达到一定阈值发出警报,这种警报是大地震警报,作为地震紧急处置时使用,比如关闭水电气的阀门、列车紧急制动等等。

3.怎样进行地震预警

地震预警技术和传统的地震速报处理技术有很大差别。传统的快速测定地震参数主要依靠P波和S波到时差来确定震中距离和位置,得到地震参数至少需要几分钟或更长。

地震预警则不同,它需要在地震波到达台站后几秒钟就要确定:(1)是否是地震;(2)是否是大地震;(3)地震的位置或者距离;(4)地震的强度。因此地震预警技术也被称为“秒级处理技术”。目前一般采用P波的前3秒数据,主要依据大小地震的波形频谱及位移峰值不同来进行快速处理。

地震预警技术从原理上就存在“预警盲区”。如前所述地震预警是在大地震发生后向远处发出大地震警报。从大地震发生到警报的发出是需要时间的,这个时间是地震波从震源到达地震台的时间和地震台收到地震信号判定地震的时间总和。换句话说,地震发生了,并不能立刻拉警报,需要地震台(网)收到地震信号,并且确定是大地震后,才能拉警报。在这段时间地震波照样传播,由于大地震造成的破坏主要是S波,这段时间对应的S波传播的距离,我们称之为盲区。即地震警报到达该地区时地震波已经到达或已经过去。换句话说警报收到时,具有最大破坏力的S波已经扫过该区。

地震预警盲区的形成有两个原因:一是地震是有深度的。一般来说大地震,浅源地震多发生在10-20公里深,地震发生后地震波向各个方向传播,到达地面的地震台站需要时间。二是地震台站接收到地震信号后需要进行处理。假设最理想的情况是地震台正好位于大地震发生的上方,在震中位置。如果地震发生在12公里深,地震纵波传到地面地震台约需2秒钟,地震台收到地震波需要进行判定处理时间,目前最高水平的处理时间需要3秒。那么最快需要5秒中发出地震警报。由于1秒地震纵波(P波)走了6公里,横波(S波)走了将近4公里。发出警报时地震纵波已经走了30公里左右,地震横波也已经走了将近20公里左右,这就是纵波和横波的预警(警报)盲区,或称P波和S波预警(警报)盲区。

实际上预警技术非常复杂,往往不是一个地震台就可以准确判断,它需要一个与传统地震台网不同的高密度地震台网来减小预警盲区,发出警报越快越好。但是地震预警的另外一个技术问题是资料处理越快就误差越大,特别是测定地震强度(烈度和震级)往往会出现较大的误差。因此各国地震预警系统的地震报警均采用连续多报方式进行。例如日本3.11东海9.0级大地震共发出15次警报。目的是即快速发出报警,又在后续的报警中不断修正地震参数,使它越来越准确。目前各国都在技术上寻找解决出路,使预警的第一报更加准确。

大部分预警系统仍然非常重视快速发出报警的第一报,缩小盲区半径,而将地震强度的误差放在次要地位。例如日本对公众的地震警报并不报地震大小,只发地震警报和报告预计S波到达时间,为的是最大限度挽救生命和减少财产损失。发警报的首要前提是必须确定真正是地震发生了,这点在技术上必须予以保证。

4.地震预警是复杂社会工程

地震预警和其它科学工程不同,它是一个复杂的社会工程。它不像其它地震技术工程建成以后就可以发挥效益,地震预警观测网络的技术系统建成后仅仅具有发布地震警报的功能。但是这一点并不能保证产生地震预警的目的和效益。因为地震警报产生效益不仅是取决于技术系统的产出,还要取决于社会的接受程度、获得警报方式、预警对象采取的处置措施是否得当等多方面因素。也就是说,公众和预警接受对象如何得到警报,在得到警报后如何采取逃生避险措施甚至更加重要。

各国面对地震预警的复杂性建立起来的地震预警试验系统有着不同的处理方式。到目前为止,我们看到最多的是技术系统的建立和研究开发,大多是在技术上建立一个地震预警发布警报系统,很少有如何处理社会问题的论述。日本在处理地震预警社会效应封面做的较为完善。他们在地震预警系统建设、地震预警服务和终端设备的市场化、地震预警的立法、地震预警的社会培训与宣传等方面的成果值得借鉴。

地震预警技术是近些年发展起来的新技术。日本和墨西哥等国实践表明,在大地震发生时可以减轻生命财产的损失。目前我国各个部门正在开展地震预警研究和示范,国家地震烈度速报和预警工程已经进入实施阶段,相信随着地震预警技术的进步,它将为挽救人类生命、减轻灾害做出贡献。

5.我国的预警系统建设情况

2013318日,在中国科技部、中国地震局、四川省科技厅、四川省“百人计划”等支持下,成都高新减灾研究所建设了覆盖面积40万平方公里的地震预警系统,超过日本地震预警系统所覆盖的37.7万平方公里,成为世界最大地震预警系统。

该地震预警系统包括布设在甘肃、陕西、四川、云南等8个省市部分区域的1213台地震监测仪器、预警中心,以及通过多种方式的信息发布和接收。该系统可为覆盖区域及其周边的8000万人和高铁、地铁、化工、核电等生命线工程提供地震预警服务。

该预警系统建设单位在认真总结了汶川地震应对经验,充分吸收了国内外地震预警技术的基础上研发出来的具有完全自主知识产权的“ICL地震预警技术系统”。该系统形成了算法、硬件、软件一体化的地震预警解决方案,拥有五大地震预警技术世界首创,并成为中国迄今唯一通过省部级科技成果鉴定的地震预警技术系统。

截至目前,该系统已经过1200余次实际地震检验,并成功预警了2013219日云南巧家的破坏性地震,表明在汶川灾区发展的技术已用于中国其它地区的防震减灾。

该预警信息已实现通过电视、微博、计算机、手机、专用预警接收终端为民众试验服务。该系统还具有烈度(灾情)速报功能,能够在地震后1分钟内绘制烈度速报图,所花时间也快于国外的同类系统。

我国目前已经在全面建设覆盖全中国、由5000个台站组成的国家地震烈度速报与预警系统。

 

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