地震來(lái)了，預(yù)警管用嗎？

向由

2011年3月11日，日本東北部宮城縣發(fā)生8.8級(jí)大地震，地震引發(fā)的海嘯淹沒(méi)大量房屋

10、9、8、7……1，長(zhǎng)寧地震之初，成都高新區(qū)響起了從大喇叭發(fā)出的倒計(jì)報(bào)時(shí)聲。在它結(jié)束的一剎那，人們準(zhǔn)時(shí)感受到了大地的晃動(dòng)。

在由地震帶來(lái)的陰影揮之不去的四川，地震預(yù)報(bào)在某種程度上實(shí)現(xiàn)了！

地震預(yù)警技術(shù)在這一天，驚艷了成都乃至全國(guó)。然而，不是所有聽(tīng)見(jiàn)倒計(jì)時(shí)的人，都經(jīng)歷了激動(dòng)人心的時(shí)刻。還有很多成都高新區(qū)的居民，在這60秒內(nèi)充滿了疑惑。

這就引發(fā)了地震預(yù)警的第一個(gè)爭(zhēng)議：沒(méi)能科普及通知到位的警報(bào)聲，在災(zāi)難真正到來(lái)時(shí)，能夠保護(hù)生命嗎？

回答顯然是否定的，令人疑惑的預(yù)警倒計(jì)時(shí)并無(wú)意義。

但是，這在地震預(yù)警技術(shù)的發(fā)展早期，完全是不可避免的。對(duì)于大多數(shù)國(guó)人來(lái)說(shuō)，地震預(yù)警是個(gè)新鮮事物。盡管有人在汶川地震后了解到，日本有完備的在地震到來(lái)時(shí)提醒民眾避險(xiǎn)的技術(shù)，也往往知其然而不知其所以然。

包括中國(guó)大陸在內(nèi)的8個(gè)國(guó)家和地區(qū)，建成了地震預(yù)警系統(tǒng)。

在民眾中科普預(yù)警的方式和作用，這項(xiàng)工作勢(shì)在必行。但在地震預(yù)警的工作中，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是最關(guān)鍵的。

理論超前

是誰(shuí)研究出地震預(yù)警技術(shù)的？答案也許出乎意料，它是科學(xué)家?guī)扃暧?868年提出來(lái)的。

原理很簡(jiǎn)單，地震往往發(fā)生在地層深處。由“因式分解法”，可以把地震看作是兩種運(yùn)動(dòng)：大地上下運(yùn)動(dòng)、大地左右運(yùn)動(dòng)。它們分別被命名為縱波、橫波。

縱波的速度更快。也就是說(shuō)，當(dāng)一個(gè)人站在震區(qū)，那么他會(huì)先感覺(jué)到地面的起伏，接著才是左右晃動(dòng)、大地破裂、房屋倒塌。根據(jù)力學(xué)原理，上下運(yùn)動(dòng)的損害小，左右運(yùn)動(dòng)的損害大。在地震中想防災(zāi)減災(zāi)，主要是針對(duì)橫波。

庫(kù)珀認(rèn)為，電波的速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過(guò)縱波與橫波的速度，那么，在感應(yīng)到地震時(shí)，電波能夠?qū)⒌卣鸬南⒏嬖V遠(yuǎn)方的民眾，提醒他們保護(hù)自己。

理論模型提出時(shí)，電話通訊還沒(méi)能實(shí)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)這是一個(gè)毫無(wú)可操作性的理論。直到20世紀(jì)80年代，日本率先建成了世界上第一個(gè)實(shí)用性的地震預(yù)警系統(tǒng)。這并不令人感到意外，日本是發(fā)達(dá)國(guó)家，同時(shí)也是地震多發(fā)國(guó)家。據(jù)了解，日本每年發(fā)生1000多次有感地震，同時(shí)有270座火山，它對(duì)于地殼運(yùn)動(dòng)有必要也有實(shí)力關(guān)注。

實(shí)現(xiàn)庫(kù)珀的理論，離不開(kāi)運(yùn)算技術(shù)的發(fā)展。

真正建成第一個(gè)地震預(yù)警系統(tǒng)前，日本研究這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)間已經(jīng)很久。在20世紀(jì)六七十年代，日本最先采取的辦法，是通過(guò)鐵路系統(tǒng)，在鐵路沿線安裝地震傳感器，當(dāng)烈度超過(guò)一定的分值后，自動(dòng)關(guān)閉列車(chē)上的電源。

此舉主要是為列車(chē)乘客和財(cái)產(chǎn)的安全著想，但它只能感受到傳感器所在的區(qū)域發(fā)生的地震。每個(gè)傳感器負(fù)責(zé)自己的區(qū)域，無(wú)法感知得更遠(yuǎn)。與其說(shuō)它是預(yù)警，不如說(shuō)是基本的“感知-反應(yīng)”自動(dòng)控制系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)預(yù)警的難點(diǎn)在于算法。傳感器能夠感應(yīng)到地殼運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生一系列的數(shù)據(jù)。判斷地震發(fā)生處的具體狀況，需要很多傳感器搜集到的數(shù)據(jù)。而分析這些數(shù)據(jù)，作出正確的判斷，顯然要等到計(jì)算機(jī)時(shí)代。

80年代末，日本第一次實(shí)現(xiàn)預(yù)警，運(yùn)算中心這樣的“軟件”終于具備了。1995年阪神大地震后，日本建立了全國(guó)范圍的高敏感度地震觀測(cè)網(wǎng)，“硬件”的部分也日臻完善。

墨西哥迅速追上了日本搭建預(yù)警系統(tǒng)的步伐。原因也是地震。1985年，墨西哥城發(fā)生一起持續(xù)了數(shù)分鐘的大地震，造成的生命財(cái)產(chǎn)損失在墨史無(wú)前例。這促使墨西哥的科學(xué)界在1986年提出建立一個(gè)地震預(yù)警系統(tǒng)。

21世紀(jì)后，相對(duì)成熟的技術(shù)，讓地震預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)始在全球推廣。截至目前，有包括中國(guó)大陸在內(nèi)的8個(gè)國(guó)家和地區(qū)，建成了地震預(yù)警系統(tǒng)。

標(biāo)準(zhǔn)誰(shuí)定？

再回顧一下地震預(yù)警系統(tǒng)的技術(shù)原理：首先是傳感器，它能瞬間感知到發(fā)生的地震，假設(shè)這個(gè)傳感器剛好在地震源頭的上方，那么，它的數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的分析—這段時(shí)間叫響應(yīng)時(shí)間。接著，運(yùn)算結(jié)論出具，系統(tǒng)將通知遠(yuǎn)方的民眾。

僅僅在理論上，就能看出它固有的弊端：因?yàn)樗l(fā)揮作用是在地震發(fā)生之后，加上分析數(shù)據(jù)需要一定的時(shí)間，所以，橫波往往在響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，已經(jīng)傳播了一段距離。這叫預(yù)警盲區(qū)。

可惜的是，預(yù)警盲區(qū)往往是震中附近的一圈不規(guī)則圓形，此處也是地震破壞力最大的區(qū)域。那么，最需要在地震時(shí)防護(hù)自己的震中的民眾，反而無(wú)法收到預(yù)警。

在實(shí)際應(yīng)用中，這一弊端是無(wú)法規(guī)避的?，F(xiàn)在各國(guó)采用的應(yīng)對(duì)方法，只能是減少響應(yīng)時(shí)間，盡可能地縮小預(yù)警盲區(qū)的面積。所以，地震預(yù)警系統(tǒng)是個(gè)全自動(dòng)的秒級(jí)響應(yīng)機(jī)器，沒(méi)有人工，是為了減少響應(yīng)時(shí)間。

既然已經(jīng)在機(jī)器的自動(dòng)化上爭(zhēng)分奪秒，那么，將預(yù)警信息通報(bào)給公眾的速度，理應(yīng)強(qiáng)調(diào)快速。這就是地震預(yù)警業(yè)內(nèi)提出的“最后一公里”。

然而，現(xiàn)實(shí)因素是，精確發(fā)現(xiàn)震中地址并準(zhǔn)確感應(yīng)到地震的規(guī)模，需要在地面布置大量的傳感器。其次，將預(yù)警信息廣泛發(fā)布，需要占用極大的通訊信道。算下來(lái)，地震預(yù)警的耗費(fèi)成本大，固有弊端明顯，而減災(zāi)效果有限。

是否應(yīng)當(dāng)全面推廣預(yù)警系統(tǒng)？受制于上述原因，業(yè)內(nèi)并沒(méi)有統(tǒng)一結(jié)論。

墨西哥搶先一步，它是最早實(shí)現(xiàn)了向公眾發(fā)布預(yù)警信息的國(guó)家。日本雖然提前擁有這個(gè)系統(tǒng)，但考慮到成本因素，通報(bào)對(duì)象在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，都是重要的建筑和工程，如鐵路系統(tǒng)和核電站。

原因是墨西哥政府率先“放權(quán)”。當(dāng)?shù)氐念A(yù)警系統(tǒng)，是由一個(gè)非營(yíng)利性組織開(kāi)發(fā)的，叫CIRES。地震的監(jiān)測(cè)臺(tái)站，以及對(duì)外公布信息的資質(zhì)和執(zhí)行權(quán)，由它掌握。

長(zhǎng)寧地震中，預(yù)警信息的發(fā)布者是四川高新減災(zāi)研究所，這在后來(lái)引起了相當(dāng)大的爭(zhēng)議。質(zhì)疑者說(shuō)，它這樣一個(gè)民營(yíng)機(jī)構(gòu)，不應(yīng)該具有向公眾預(yù)警的權(quán)力。不過(guò)，至少?gòu)哪鞲缃?jīng)驗(yàn)來(lái)看，這不足為奇。

墨西哥預(yù)警系統(tǒng)在發(fā)布預(yù)警信息時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是，地震級(jí)別應(yīng)在5～6級(jí)之間，此時(shí)信息發(fā)布到預(yù)警終端，當(dāng)?shù)卣鸺?jí)別大于6級(jí)時(shí)，才能向公眾預(yù)警。而在日本，公眾預(yù)警信息的確認(rèn)條件是，至少2個(gè)地震臺(tái)站監(jiān)測(cè)到大于或等于4度的地震烈度。

在中國(guó)，向公眾發(fā)布預(yù)警信息的標(biāo)準(zhǔn)也有爭(zhēng)議，這已經(jīng)在此次長(zhǎng)寧地震中暴露出來(lái)。官方機(jī)構(gòu)的多名專家稱，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在5級(jí)以上。減災(zāi)所方面提出，地震預(yù)警有安定人心的作用，建議標(biāo)準(zhǔn)為3級(jí)以上。

細(xì)節(jié)成敗

為什么地震預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有這么多差異？

首先，仍要回到地震預(yù)警技術(shù)的弊端。由于系統(tǒng)是全自動(dòng)的一套秒級(jí)響應(yīng)系統(tǒng)，在地震發(fā)生時(shí)，它往往在縱波抵達(dá)地面時(shí)的一秒之內(nèi)，分析出地震的各項(xiàng)指標(biāo)。它反應(yīng)雖快，卻不夠精確。

在地震中想防災(zāi)減災(zāi)，主要是針對(duì)橫波

有部分研究發(fā)現(xiàn)，地震預(yù)警系統(tǒng)傾向于將地震判斷為中型地震。也就是說(shuō)，當(dāng)?shù)卣馂樾⌒偷卣饡r(shí)，預(yù)警出的指標(biāo)偏高。大型地震時(shí)，指標(biāo)偏低。所以，對(duì)于地震來(lái)時(shí)的第一次預(yù)警信息，有的國(guó)家傾向于取高不取低。

小學(xué)生頭頂枕頭參加應(yīng)急演練

其次，發(fā)布地震預(yù)警，還關(guān)系到社會(huì)穩(wěn)定?！暗卣稹钡南⑷菀自斐擅癖娍只?。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，不能造成破壞性力量的地震，就沒(méi)有必要對(duì)外公布。他們顧慮，民眾經(jīng)歷多次地震預(yù)警，卻發(fā)現(xiàn)地震并沒(méi)有破壞性時(shí)，會(huì)透支預(yù)警系統(tǒng)的可信度，相當(dāng)于“狼來(lái)了”。

多種考量，涉及不同國(guó)家及地區(qū)公權(quán)力的治理思路，而對(duì)科研人員來(lái)說(shuō)，他們面對(duì)的問(wèn)題是，如何將地震預(yù)警信息的內(nèi)容做到盡可能精確。

遺憾的是，速度和精確度似乎是永遠(yuǎn)的矛盾統(tǒng)一體。

現(xiàn)有的辦法是，盡可能多地布置傳感器，增加傳感器的類型，以及傳感器的性能。日本的地震預(yù)警硬件就歷經(jīng)過(guò)多次迭代。1998年，他們改進(jìn)后的硬件簡(jiǎn)化版UrEDAS，僅僅使用縱波抵達(dá)地面時(shí)的一秒之內(nèi)的信息，就能夠快速預(yù)警?，F(xiàn)在他們大量采用了便攜式FREQL系統(tǒng)，可以進(jìn)一步減少響應(yīng)時(shí)間。

地震預(yù)警的耗費(fèi)成本大，固有弊端明顯，而減災(zāi)效果有限。

四川高新減災(zāi)研究所早在幾年前宣稱，他們打造的大陸地震預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在面積和數(shù)量上，超過(guò)了研究多年的日本。不過(guò)，減災(zāi)所宣傳它覆蓋面積220萬(wàn)平方公里，相應(yīng)的傳感器卻只有5600個(gè)。一個(gè)傳感器能夠覆蓋的最大面積，接近400平方公里。

不難看出，減災(zāi)所的傳感器，實(shí)際間距近似于20公里。相比之下，中國(guó)官方機(jī)構(gòu)即將鋪完的預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，包括在全國(guó)建設(shè)15391個(gè)臺(tái)站，重點(diǎn)區(qū)內(nèi)臺(tái)站之間的平均間距僅為12.5公里，后者的效果無(wú)疑要好得多。

另外，在傳感器單個(gè)硬件上，減災(zāi)所承認(rèn)，他們建設(shè)的地震預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要利用的是基于MEMS傳感器技術(shù)的烈度儀，而且就性能而言，“可能不符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，但是夠用”。這也成為專業(yè)人士口中的槽點(diǎn)。

在傳感器數(shù)量、類型、性能都落后于日本的情況下，減災(zāi)所幾年前宣稱“超越”是否合理？業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這大有值得商榷之處。而官方地震預(yù)警網(wǎng)絡(luò)中，傳感器有三類：基準(zhǔn)站（安裝寬頻帶測(cè)震儀和強(qiáng)震儀）、基本站（安裝強(qiáng)震儀）和一般站（安裝烈度儀），它們所能發(fā)揮的功效值得期待。

再看地震預(yù)警的誤報(bào)率，很多專業(yè)人士擔(dān)憂，預(yù)警系統(tǒng)只要發(fā)生一次誤報(bào)漏報(bào)事件，那就是加強(qiáng)版的“狼來(lái)了”。據(jù)此，他們認(rèn)為發(fā)布預(yù)警信息的權(quán)力，應(yīng)該僅僅掌握在官方機(jī)構(gòu)手中。

事實(shí)上，專業(yè)人士或許太執(zhí)著于技術(shù)倫理，他們可能不了解，墨西哥非官方研究出的地震預(yù)警系統(tǒng)就發(fā)生過(guò)誤報(bào)事件。1993年11月，墨西哥城在預(yù)警過(guò)后并沒(méi)有發(fā)生地震。另外，墨西哥預(yù)警系統(tǒng)也多次在地震等級(jí)不夠時(shí)，向公眾發(fā)布了預(yù)警信息。

但是，墨西哥民眾的反應(yīng)，并不是抱怨“狼來(lái)了”，而是普遍表示了支持和理解。在地震來(lái)時(shí)的避難減災(zāi)問(wèn)題上，寧可錯(cuò)過(guò)不可放過(guò)，這樣保守而謹(jǐn)慎的心態(tài)，是放之四海而皆準(zhǔn)的。