充分發(fā)揮地震科研成果的效能＊

Hiroo Kanamori

（California Institute of Technology in Pasadena，California 91125，USA）

充分發(fā)揮地震科研成果的效能＊

Hiroo Kanamori

（California Institute of Technology in Pasadena，California 91125，USA）

一年前，一次毀滅性海嘯淹沒了日本東北部海岸的大片區(qū)域，造成災難性后果。既然精確的短期地震預測仍屬難題——至少目前如此，那么需要考慮的問題就是，我們能夠做些什么來減輕地震造成的損失。

2011年東日本9級地震清楚地表明，地震學家可以迅速、定量地確定地震期間究竟發(fā)生了什么，從而降低地震災害的影響及人員損失。但這方面仍有很大的改進余地。國家之間依然沒有完全實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享，一些監(jiān)測系統(tǒng)仍然沒有被充分利用。在鼓勵地震科研成果的實際應用方面，也還有許多工作要做。目前，學術研究與減災現(xiàn)實之間橫亙著一條巨大的鴻溝。

有了過去30年間建起的廣泛的全球地震觀測網，美國地質調查局國家地震信息中心（USGS／NEIC）才能一刻不停地對全世界的地震活動進行實時監(jiān)測。東日本大地震發(fā)生約20分鐘至1小時后，NEIC就確定了其震中位置，并確定其震級為9級左右，斷層機制為典型的俯沖帶型大地震［1］。這一信息對于提醒人們做好緊急救援準備極其重要。如此快速地確定地震信息，只是在最近才得以實現(xiàn)；2004年的時候，發(fā)布類似預警需要幾個小時，甚至好幾天的時間［1］。

如果能夠確定得再迅速一些，例如在地震發(fā)生后幾分鐘之內就把信息都確定下來，那么就可以對當?shù)氐念A警產生重大影響。東日本大地震發(fā)生的3分鐘之內，日本氣象廳（JMA）系統(tǒng)提供的初始估算震級為7.9級。據(jù)此，JMA向宮城縣沿岸發(fā)布了6m的海嘯預警，向鄰近的巖手和福島兩縣發(fā)布了3m的海嘯預警。很難確定這種迅速預警具體拯救了多少生命——可能成千上萬［2］。遺憾的是，在海嘯防護堤高達10m的巖手縣，一些居民認為低于3m的海嘯不會對他們形成威脅，因而沒有立即采取行動。最終的結果是，海嘯越過了多數(shù)防護堤。

需要改進的地方

僅利用現(xiàn)有的技術，預報人員就可以提高預警質量。關鍵是，快速海嘯預警系統(tǒng)需要有短距離、高質量的數(shù)據(jù)可用，還需要有一套可以確定震級和斷層機制的方法。后者需要利用短周期地震波信息，對于大地震而言，還需要利用長周期地震波信息。JMA擁有高質量的數(shù)據(jù)，但迄今仍沒有一套最佳方法可以實施：其目前的系統(tǒng)僅利用短周期信息，這直接導致了最初東日本大地震震級的低估。自2008年以來，該機構就在測試一個更好的離線系統(tǒng)，但仍未付諸實踐。相比之下，NEIC有一套很好的方法，但卻無法得到當?shù)氐耐暾膶崟r數(shù)據(jù)。雖然日本遍布著可用于海嘯預警的數(shù)百臺寬頻帶地震儀，但NEIC只能獲得其很小的一部分實時數(shù)據(jù)。全世界向NEIC傳送實時數(shù)據(jù)的臺站數(shù)量已經從2004年的350個增加到2011年的1183個（據(jù)文獻［1］）。這一趨勢有望得以繼續(xù)。

最理想的是，NEIC和JMA都對各自存在不足之處的系統(tǒng)進行改進，這樣一來，我們就可以擁有適當?shù)暮髠湎到y(tǒng)，用來核實正在發(fā)生的地震影響力將會有多大。這一點非常重要，尤其是當一個國家的運行中心因正在遭受一場自然災害而無法正常工作時。

除了地震數(shù)據(jù)外，現(xiàn)在還有高速率GPS數(shù)據(jù)可用，這些數(shù)據(jù)能夠顯示大的地面運動的尺度。一些研究小組正在研發(fā)將GPS實時數(shù)據(jù)用于快速預警的新方法。有了這些方法，我們除了可以估算震級以外，還可以估算斷層規(guī)模，并由此提供更好的海嘯預警。例如在日本，這套方法僅需幾分鐘的時間就可以提供精確的預警。

因此，國際間地震數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)的實時交流對于更加迅速、可靠、穩(wěn)健的預警而言至關重要。

日本還有一個全國性的地震預警（日本稱“緊急地震速報”——譯者注）系統(tǒng)，通過探測晃動的第一波信號，該系統(tǒng)可給出1～30秒的預警時間（而海嘯的預警時間為5～30分鐘）。它是在東日本大地震期間成功布設的，但由于當時的破裂過程極其復雜，再加上還有許多余震，所以系統(tǒng)陷入混亂，并被迫暫時關閉。

此類預警在實際中最有效的應用就是將其與工程系統(tǒng)配合起來使用，例如與日本的高速火車聯(lián)系起來，由此，在強烈晃動事件發(fā)生時，這些系統(tǒng)就會自動關閉。當東日本大地震發(fā)生時，約有24列火車正在受地震影響區(qū)域運行，一些列車的時速甚至超過200km。這些列車幾秒鐘之內就采取了緊急制動，所有的列車都停了下來，沒有一列脫軌或遭受嚴重損害，也沒有人員重傷或死亡。這種自動系統(tǒng)目前一些私營公司正在使用。

地震學家應該與工程師密切合作，使這些系統(tǒng)及類似系統(tǒng)發(fā)揮出最大效能，這一點十分必要。地震學家提出了許多學術理論和方法，其價值對于實業(yè)而言可能并不是那么顯而易見，而且使這些理論方法更好地應用于實際之中的經濟激勵措施也很少。相比之下，在材料和生物醫(yī)學方面，學術界研發(fā)的好產品更容易得到實業(yè)界的青睞，因為它們可以被開發(fā)成盈利產品。所以說，重要的是地震學家和地球物理學家應發(fā)揮更加積極的作用，促進學科與學科之間以及學科與實業(yè)之間的互動與合作。

同樣，培養(yǎng)優(yōu)秀的人力資源也非常重要。從東日本大地震中吸取的一個教訓是，大自然的行為方式有時與我們的假想相悖。因此，我們要培養(yǎng)出能夠挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點（例如在大地震發(fā)生的地點問題上）、頭腦靈活、具有創(chuàng)新精神的理科學生，不要讓他們等到一場災難發(fā)生之后再被迫反思。隨著許多科研項目越來越大，年輕的科學家往往被高深的技術問題所困。我們要鼓勵他們后退一步，放大視野，不要年紀輕輕的就過分專一或固守傳統(tǒng)的思維方式。

譯自：Nature，8March 2012，Vol.483：147-148

原題：Putting seismic research to most effective use

（中國地震局地球物理研究所 左玉玲 譯）

（譯者電子信箱，左玉玲：yulingzuo＠yahoo.com.cn）

［1］Gavin P H，Paul S E，Harley M B，et al.88hours：The U.S.Geological Survey National Earthquake Information Center response to the 11March 2011 MW9.0Tohoku earthquake.Seismol.Res.Lett.，2011，82：481-493

［2］Heki K.A tale of two earthquakes.Science，2011，332：1390-1391

P315；

D；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.04.001

2012-03-21。