認識地震預警

北京市地震局 胡平

認識地震預警

Brief introduction to early warning for earthquakes

北京市地震局 胡平

地震預警的概念

地震預警是在地震發(fā)生后，根據(jù)觀測到的初期到達地震波，快速估算地震參數(shù)并預測本次地震影響范圍，搶在具有破壞性的地震波到達之前發(fā)出預警信號和預警信息，據(jù)此對不同對象及時采取相應的應急處置措施，以減輕地震造成的人員傷亡和災害損失。

地震預警系統(tǒng)是指實現(xiàn)地震預警功能的技術設施體系。

地震預警概念中對下幾點應該有明確認識。

地震預警系統(tǒng)及工作原理

地震預警系統(tǒng)由布設合理的地震觀測臺網(wǎng)（監(jiān)測地震活動）、在設定精度要求下快速穩(wěn)定的分析處理單元（確定即將到來的破壞性地震信息）、決策體系（預警發(fā)布許可）和具有高效處置能力的預警目標響應端四大部分組成。從目前階段有關地震預警工作看，很有必要對其建設地震預警評價系統(tǒng)，對每一次地震預警響應都進行評價，總結積累經(jīng)驗，優(yōu)化完善系統(tǒng)。

地震發(fā)生后，當?shù)卣痤A警系統(tǒng)的地震觀測臺網(wǎng)觀測到初期達到的地震波時，就開始分析處理陸續(xù)達到的地震波以確定這次地震的位置、震級等參數(shù)信息。獲取到信息的可靠性與分析處理的觀測到的地震波序列長度密切相關，分析處理較長的地震觀測記錄肯定會比較短的記錄獲取信息的可靠性更高，但用時會更長。為了爭取預警時間，盡快獲得滿足設定精度的地震預警信息，目前分析處理的初期達到地震波的優(yōu)化時間長度約為幾秒（如3～4 s）。當獲取到的信息表明地震達到應當進行預警處置的強度時，在地震預警系統(tǒng)決策體系許可條件下，地震預警系統(tǒng)即發(fā)布地震預警信號（信息）啟動預警目標的減災處置響應動作。

地震預警是針對破壞性地震而言的

對不造成破壞的地震進行地震預警是沒有減災意義的工作失誤。對沒有造成破壞的地震，地震預警系統(tǒng)在設置的門限值上會成功響應，但不會啟動地震預警目標處置系統(tǒng)。因此對非破壞性地震發(fā)布地震預警信息、啟動應急處置措施，那是預警失誤而不是成功預警，這種無減災實效的失誤甚至可能對社會造成嚴重的后果和巨大的損失。比如，對一次5級左右地震向百公里以外的地方發(fā)出預警信息，顯然不是“成功預警”而是“失誤”，本地都沒有破壞發(fā)生，更沒有必要讓那么遠的人們盲動。這種失誤涉及面越廣可能造成的后果就越大。

地震預警不是地震預測、預報，也不是地震速報

地震預警工作是強震發(fā)生過程中就對破壞性地震做出快速響應并進行減災應急處置，不是地震發(fā)生前的地震預測、預報工作，也不是地震發(fā)生后進行的地震信息速報。

對地震預警的背景認識

地震預警的概念已經(jīng)提出了100多年，但技術上真正實現(xiàn)只是開始于20世紀60年代，現(xiàn)在仍在技術發(fā)展過程中。綜合考慮地區(qū)的地震活動性、地震預警工作的社會減災價值以及地震預警系統(tǒng)運行人力、物力的耗費等因素，顯然地震預警服務對具有頻繁、高強度地震活動背景的地區(qū)有更大的意義。比如，日本、臺灣不但是強地震頻發(fā)的地區(qū)，而且區(qū)域范圍小，同時防御區(qū)域經(jīng)濟相對發(fā)達，高科技產(chǎn)業(yè)密集，人口密度大，長期預警的經(jīng)濟社會價值可觀，地震預警價值高。美國的地震預警系統(tǒng)主要也是針對強震頻繁的舊金山周邊區(qū)域等地。從趨勢看，地震預警工作正在不斷發(fā)展著。

由地震監(jiān)測（臺站密度及布設由預警要求確定）、分析處理、決策體系和預警目標處置等四大部分構成的地震預警系統(tǒng)，由于需要穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)對地震快速響應，在設定精度要求下的系統(tǒng)高整合度建設、不間斷的長期穩(wěn)定運行、長時期無破壞性地震發(fā)生條件下的運行維護等等方面，都會對人力、物力、財力等多方面形成昂貴的耗費，甚至可能形成為一項長期的耗費壓力（包括社會認識壓力）。特別是在長期無破壞性地震發(fā)生的地區(qū)，長時期建設、運行、維護、更新、發(fā)展地震預警系統(tǒng)并不是一件簡單的事情。對此人們應該有充分的認識。

地震預警有效減災地域范圍問題

對地震預警的有效減災范圍認識

地震預警存在盲區(qū)，而且該盲區(qū)是震中周邊地震破壞最大的地區(qū)。遠離震中區(qū)地震波逐漸衰減直至不會再造成破壞，不再需要進行地震預警。所以，對破壞性地震只有在既有破壞又有提前處置時間的震源距范圍內(nèi)，才是進行地震預警處置最有減災實效的地域范圍。

根據(jù)我國東部地震烈度衰減關系：

長軸 Ia=6.046+1.48M-2.081 ln（R+25），σ=0.49

短軸 Ib=2.617+1.435M-1.441 ln（R+7），σ=0.59，和我國西部地震烈度衰減關系：

長軸 Ia=5.643+1.538M-2.109 ln（R+25)，σ=0.64

短軸 Ib=2.941+1.363M-1.494 ln（R+7），σ=0.61。對應不同震級的Ⅵ度和Ⅶ度烈度區(qū)外邊界線震中距R分別由表1和表2給出。

表1 不同震級的Ⅵ度烈度區(qū)外邊界線震中距（km）

地震預警存在盲區(qū)

地震預警的技術原理本身就決定了地震預警有存在盲區(qū)的先天問題。由于地震波從震源傳播到地震臺站、再處理估算形成地震預警信息是需要時間的，當?shù)卣痤A警信息形成時，具有破壞性的地震波就已經(jīng)達到了的區(qū)域顯然已經(jīng)沒有了對地震破壞的預警處置時間，這個區(qū)域就是地震預警盲區(qū)。目前看一般情況下，最理想條件下理論估算盲區(qū)的半徑約25～30 km。應該注意到這個盲區(qū)卻是地震破壞最嚴重的區(qū)域。

表2 不同震級的Ⅶ度烈度區(qū)外邊界線震中距（km）

地震預警系統(tǒng)示意圖

從以上分析可見，如果要對Ⅶ度烈度破壞進行預警的話，M=6級地震并沒有對Ⅶ度烈度破壞進行預警的有效減災范圍。從這個角度看，地震預警要取得有實效的成績，理論條件就已經(jīng)很受限了。

2013年4月20日四川蘆山7.0級地震Ⅸ度區(qū)：長半軸為11.5千米，短半軸為5.5千米；Ⅷ度區(qū)：長半軸為29千米，短半軸為17.5千米；Ⅶ度區(qū)：長半軸為56千米，短半軸為33千米；Ⅵ度區(qū)：長半軸為95千米，短半軸為64千米?？梢妼嶋H震例也表明，對于我國7級地震的Ⅶ度區(qū)才有能取得減災實效的預警有效減災范圍。

但討論地震預警的有效減災范圍還應該注意到，地震預警盲區(qū)只是理論估算范圍，并非是決定有效減災的范圍界限。一方面要認識到在地震預警盲區(qū)內(nèi)地震預警并非一定就沒有減災作用。比如對于生命線設施的預警處置即使在地震預警盲區(qū)，得到地震預警信號時地震波已經(jīng)到達或經(jīng)過，但是對于水、電、氣、鐵路等等這樣的生命線設施的緊急處置，避免進一步產(chǎn)生次生災害還是有作用的。又如對于海嘯、地基液化等次生災害會滯后地震波達到以后一段時間發(fā)生，因此地震預警對于這些災害的緊急避險還是有相當?shù)臏p災作用的，即使是在地震預警盲區(qū)內(nèi)，應該也會發(fā)揮一定的作用。另一方面要認識到地震預警盲區(qū)這個理論界限并不一定就那么確定，還要看預警對象、處置方式方法、災種以及其它多方面因素。比如還會受到通訊、網(wǎng)絡等等諸多條件的影響，在將地震預警信息通過媒體、網(wǎng)絡、手機短信（未必能保證及時接收到）、微博、微信等等發(fā)布給公眾，公眾在閱讀反應后再自行應對的情況下，處置時間難保證以秒計，那么“理論地震預警盲區(qū)”范圍將大打折扣而增大許多。因此，在地震預警的有效減災范圍問題上除了考慮地震預警盲區(qū)外還要注意地震預警對象、災種、處置方法等等因素和處置條件等等具體問題。

地震預警的兩個重要減災途徑及其減災意義

目前，地震預警工作主要通過兩個途徑達到減災目的。一是地震預警系統(tǒng)獲取到地震預警信息后，搶在具有破壞性的地震波達到之前將地震預警信號發(fā)送給預先設定的預警目標，自動觸發(fā)其應急處置動作來實現(xiàn)減災的目的。二是地震預警系統(tǒng)獲取到地震預警信息后，搶在具有破壞性的地震波達到之前廣泛發(fā)布預警信息給不同對象，讓其根據(jù)預警信息自行采取相應的應對措施，希望以此也能減輕地震造成的人員傷亡和災害損失。

預先設定的自動化地震預警處置

地震預警最有實效期望的減災途徑是搶在具有破壞性的地震波達到之前通過發(fā)出的預警信號自動觸發(fā)不同預警目標預先設定的應急處置動作，來實現(xiàn)減輕地震人員傷亡和災害損失的?？梢?，這類地震預警系統(tǒng)要有明確針對的預警目標。目前看對具備一定自動化條件下的設備、設施類的減災目標，進行地震預警處置會更有效。比如行進速度快的列車在鐵軌發(fā)生震動時極易出軌造成嚴重災害，鐵路系統(tǒng)的自動化控制程度高，便于實施地震應急處置，加之鐵路運行線路長，若發(fā)生強震進行地震預警處置對在地震預警有效震源距范圍內(nèi)鐵路段上的列車減災意義極大。目前，已經(jīng)較成熟的地震預警處置目標還只局限于鐵路（自動停車）、核電站（自動停堆）和啟動結構控制系統(tǒng)等等。日本的新干線建設有地震預警系統(tǒng)，已經(jīng)有過多次成功的地震應急處置，迅速停車避免了高速列車出軌。但據(jù)了解其誤觸發(fā)也經(jīng)歷過由建設初期的年幾十上百次進步到年十數(shù)次再到進一步逐步減少的過程。由此從涉及到的公眾對誤報的承受力也可以看到不可避免出現(xiàn)誤報和漏報的地震預警系統(tǒng)工作還將面對更復雜的社會問題。

這里有必要提到對燃氣管網(wǎng)建設地震預警系統(tǒng)的考慮。在破壞性地震發(fā)生時及時關閉總閘門，避免遭破壞的燃氣管網(wǎng)不斷外泄燃氣造成火災，誰都會認為這是個當然的減災好想法。但有燃氣業(yè)內(nèi)人士認為存在的問題并不那么簡單。燃氣如果與空氣混合形成混合燃氣后若遇火種就會爆炸，后果嚴重。目前在我國要想大面積實施燃氣管網(wǎng)的地震預警處置，從燃氣安全專業(yè)技術角度、社會認可承受力方面還需要更為慎重的研究。

上述分析可見，地震預警的減災功效并不像想象的那么簡單、容易。目前地震預警系統(tǒng)真正有實效的預警目標還很有限，并不能隨意夸大其減災作用。而且對不同的地震預警目標的有關特性也必須從技術特性到社會承受、認知屬性進行多方面研究、實踐，逐漸進步。這也可以讓人們看到地震預警系統(tǒng)首先要保證是達到嚴謹技術要求的設施體系，沒有嚴格的技術控制、精密的精度要求就不能保證有效減災。

廣泛發(fā)布地震預警信息的減災意義

這類地震預警的減災途徑是當發(fā)生破壞性地震時，搶在具有破壞性的地震波達到之前發(fā)布預警信息，讓不同對象根據(jù)預警信息自行采取相應的減災措施，希望由此也能減輕地震人員傷亡和災害損失。

阪神地震

然而，對于日常生活毫無思想準備、處身各異的人們，要在這么短的時間內(nèi)通過收到并根據(jù)地震預警信息成功避險顯然是極大的奢望。有人認為很有必要給醫(yī)院發(fā)布地震預警信息，但認真想想在幾秒到幾十秒這么短的時間又能讓醫(yī)院做出什么有效的減災響應呢，是手術能停下來還是醫(yī)患人員相攜撤離避難？顯然，目前地震預警對醫(yī)院的防震減災工作還看不到那么具體的實際減災應用，做好醫(yī)院建筑物的抗震，建設好醫(yī)院地震應急預案體系等防震減災基礎工作才是根本。

雖然，人們都說搶在破壞性的地震波達到之前發(fā)布預警信息，讓人們能夠提前避震以減輕傷亡。如果認真地考慮一下，即使網(wǎng)絡沒有出現(xiàn)拖延滯后現(xiàn)象，人們及時接受到了地震預警信息，爭取到的那幾秒——幾十秒時間內(nèi)人們接受信息并確認再采取措施，又能做出什么真正有減災實效的行動呢？對于待在低層的不具備抗震能力的建筑物里的人們，盡快逃出避震確實有利于減少傷亡。但對于身處已經(jīng)達到抗震要求的建筑物里的人們而言，從技術層面來講接收到地震預警信息對其避震減災沒有那么夸大的實效意義。我們查閱了日本地震預警信息發(fā)布對公眾的宣教材料，教導日本人在接到地震預警信息后立即躲避到桌子底下，防備墜落物、傾倒物造成傷亡。如果平時注意安置好居室內(nèi)因震動可能墜落、傾倒的物體，震時沒有物體墜落、傾倒問題，顯然地震預警信息發(fā)布給這部分公眾對于減災就沒有多大實效意義了。據(jù)了解日本目前進行的地震預警信息發(fā)布還有另一個原因，那就是1995年阪神地震后專家們提出的建議被采納，日本投資在全國建設了強震觀測系統(tǒng)，當然最后要為國民服務，最直接的就是讓該系統(tǒng)向公眾發(fā)布地震預警信息。

當前我國對沒有達到抗震設防要求的重點民用建筑物正在通過校舍改造、危舊房改造、棚戶區(qū)改造、農(nóng)居安居工程等途徑使其盡快達到抗震要求，不久的將來我們面對的將幾乎都是已經(jīng)達到抗震要求的建筑物。那么給廣大公眾提供地震預警信息的最大意義在于將發(fā)生破壞性地震的信息第一時間告知公眾，降低恐懼感，增加政府信任度，穩(wěn)定社會。特別是在平時就讓公眾能方便的了解自己所處建筑物的抗震能力并且平時就將室內(nèi)易墜、易倒物安置妥當?shù)那闆r下，地震預警信息的發(fā)布對震時的社會穩(wěn)定將起到極大的積極意義。

綜上所述，在嚴格的技術控制、精密的精度要求下建設、運行的地震預警系統(tǒng)是減輕地震災害的又一種技術設施和手段。地震預警系統(tǒng)雖然存在“盲區(qū)”但并非對盲區(qū)就沒有減災作用，其有效減災地域范圍與地震預警對象、災種、處置方法等和處置條件等因素有關。對于設定地震預警目標的自動處置系統(tǒng)減災實效明確，但目前技術成熟的預警目標還很有限，能開發(fā)更多的預警目標才能提高地震預警系統(tǒng)建設運行性價比，提高其減災實效。通過向公眾廣泛發(fā)布地震預警信息讓其自行應對來減災的做法，在一些建筑物尚不能達到抗震設防要求的情況下是積極的。但隨著社會的發(fā)展，建筑物抗震能力的提高，公眾防震減災平時準備更加充分，向公眾廣泛發(fā)布地震預警信息對震時的社會穩(wěn)定將有重大意義。

地震預警系統(tǒng)發(fā)布的預警信息（信號）顯然將會對社會造成極大的影響，因此地震預警系統(tǒng)產(chǎn)出預警信息（信號）的發(fā)布必須有通過認可的機構（決策體系）許可。顯然，建立地震預警法規(guī)和技術標準是必要的。另外，做好廣泛的社會宣傳，是使用好地震預警系統(tǒng)成果，取得減災實效最大化的保證。