地震来了,预警管用吗?
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地震来了,预警管用吗?

2021-08-09 20:03:14 投稿作者: 点击:

2011年3月11日,日本东北部宫城县发生8.8级大地震,地震引发的海啸淹没大量房屋

10、9、8、7……1,长宁地震之初,成都高新区响起了从大喇叭发出的倒计报时声。在它结束的一刹那,人们准时感受到了大地的晃动。

在由地震带来的阴影挥之不去的四川,地震预报在某种程度上实现了!

地震预警技术在这一天,惊艳了成都乃至全国。然而,不是所有听见倒计时的人,都经历了激动人心的时刻。还有很多成都高新区的居民,在这60秒内充满了疑惑。

这就引发了地震预警的第一个争议:没能科普及通知到位的警报声,在灾难真正到来时,能够保护生命吗?

回答显然是否定的,令人疑惑的预警倒计时并无意义。

但是,这在地震预警技术的发展早期,完全是不可避免的。对于大多数国人来说,地震预警是个新鲜事物。尽管有人在汶川地震后了解到,日本有完备的在地震到来时提醒民众避险的技术,也往往知其然而不知其所以然。

包括中国大陆在内的8个国家和地区,建成了地震预警系统。

在民众中科普预警的方式和作用,这项工作势在必行。但在地震预警的工作中,它远远不是最关键的。

理论超前

是谁研究出地震预警技术的?答案也许出乎意料,它是科学家库珀于1868年提出来的。

原理很简单,地震往往发生在地层深处。由“因式分解法”,可以把地震看作是两种运动:大地上下运动、大地左右运动。它们分别被命名为纵波、横波。

纵波的速度更快。也就是说,当一个人站在震区,那么他会先感觉到地面的起伏,接著才是左右晃动、大地破裂、房屋倒塌。根据力学原理,上下运动的损害小,左右运动的损害大。在地震中想防灾减灾,主要是针对横波。

库珀认为,电波的速度,远远大过纵波与横波的速度,那么,在感应到地震时,电波能够将地震的消息告诉远方的民众,提醒他们保护自己。

理论模型提出时,电话通讯还没能实现,在当时这是一个毫无可操作性的理论。直到20世纪80年代,日本率先建成了世界上第一个实用性的地震预警系统。这并不令人感到意外,日本是发达国家,同时也是地震多发国家。据了解,日本每年发生1000多次有感地震,同时有270座火山,它对于地壳运动有必要也有实力关注。

实现库珀的理论,离不开运算技术的发展。

真正建成第一个地震预警系统前,日本研究这项技术的时间已经很久。在20世纪六七十年代,日本最先采取的办法,是通过铁路系统,在铁路沿线安装地震传感器,当烈度超过一定的分值后,自动关闭列车上的电源。

此举主要是为列车乘客和财产的安全着想,但它只能感受到传感器所在的区域发生的地震。每个传感器负责自己的区域,无法感知得更远。与其说它是预警,不如说是基本的“感知-反应”自动控制系统。

实现预警的难点在于算法。传感器能够感应到地壳运动,并产生一系列的数据。判断地震发生处的具体状况,需要很多传感器搜集到的数据。而分析这些数据,作出正确的判断,显然要等到计算机时代。

80年代末,日本第一次实现预警,运算中心这样的“软件”终于具备了。1995年阪神大地震后,日本建立了全国范围的高敏感度地震观测网,“硬件”的部分也日臻完善。

墨西哥迅速追上了日本搭建预警系统的步伐。原因也是地震。1985年,墨西哥城发生一起持续了数分钟的大地震,造成的生命财产损失在墨史无前例。这促使墨西哥的科学界在1986年提出建立一个地震预警系统。

21世纪后,相对成熟的技术,让地震预警系统开始在全球推广。截至目前,有包括中国大陆在内的8个国家和地区,建成了地震预警系统。

标准谁定?

再回顾一下地震预警系统的技术原理:首先是传感器,它能瞬间感知到发生的地震,假设这个传感器刚好在地震源头的上方,那么,它的数据会经过一段时间的分析—这段时间叫响应时间。接着,运算结论出具,系统将通知远方的民众。

仅仅在理论上,就能看出它固有的弊端:因为它发挥作用是在地震发生之后,加上分析数据需要一定的时间,所以,横波往往在响应时间内,已经传播了一段距离。这叫预警盲区。

可惜的是,预警盲区往往是震中附近的一圈不规则圆形,此处也是地震破坏力最大的区域。那么,最需要在地震时防护自己的震中的民众,反而无法收到预警。

在实际应用中,这一弊端是无法规避的。现在各国采用的应对方法,只能是减少响应时间,尽可能地缩小预警盲区的面积。所以,地震预警系统是个全自动的秒级响应机器,没有人工,是为了减少响应时间。

既然已经在机器的自动化上争分夺秒,那么,将预警信息通报给公众的速度,理应强调快速。这就是地震预警业内提出的“最后一公里”。

然而,现实因素是,精确发现震中地址并准确感应到地震的规模,需要在地面布置大量的传感器。其次,将预警信息广泛发布,需要占用极大的通讯信道。算下来,地震预警的耗费成本大,固有弊端明显,而减灾效果有限。

是否应当全面推广预警系统?受制于上述原因,业内并没有统一结论。

墨西哥抢先一步,它是最早实现了向公众发布预警信息的国家。日本虽然提前拥有这个系统,但考虑到成本因素,通报对象在很长时间内,都是重要的建筑和工程,如铁路系统和核电站。

原因是墨西哥政府率先“放权”。当地的预警系统,是由一个非营利性组织开发的,叫CIRES。地震的监测台站,以及对外公布信息的资质和执行权,由它掌握。

长宁地震中,预警信息的发布者是四川高新减灾研究所,这在后来引起了相当大的争议。质疑者说,它这样一个民营机构,不应该具有向公众预警的权力。不过,至少从墨西哥经验来看,这不足为奇。

墨西哥预警系统在发布预警信息时的标准是,地震级别应在5~6级之间,此时信息发布到预警终端,当地震级别大于6级时,才能向公众预警。而在日本,公众预警信息的确认条件是,至少2个地震台站监测到大于或等于4度的地震烈度。

在中国,向公众发布预警信息的标准也有争议,这已经在此次长宁地震中暴露出来。官方机构的多名专家称,标准应在5级以上。减灾所方面提出,地震预警有安定人心的作用,建议标准为3级以上。

细节成败

为什么地震预警的标准会有这么多差异?

首先,仍要回到地震预警技术的弊端。由于系统是全自动的一套秒级响应系统,在地震发生时,它往往在纵波抵达地面时的一秒之内,分析出地震的各项指标。它反应虽快,却不够精确。

在地震中想防灾减灾,主要是针对横波

有部分研究发现,地震预警系统倾向于将地震判断为中型地震。也就是說,当地震为小型地震时,预警出的指标偏高。大型地震时,指标偏低。所以,对于地震来时的第一次预警信息,有的国家倾向于取高不取低。

小学生头顶枕头参加应急演练

其次,发布地震预警,还关系到社会稳定。“地震”的消息容易造成民众恐慌。有业内人士认为,不能造成破坏性力量的地震,就没有必要对外公布。他们顾虑,民众经历多次地震预警,却发现地震并没有破坏性时,会透支预警系统的可信度,相当于“狼来了”。

多种考量,涉及不同国家及地区公权力的治理思路,而对科研人员来说,他们面对的问题是,如何将地震预警信息的内容做到尽可能精确。

遗憾的是,速度和精确度似乎是永远的矛盾统一体。

现有的办法是,尽可能多地布置传感器,增加传感器的类型,以及传感器的性能。日本的地震预警硬件就历经过多次迭代。1998年,他们改进后的硬件简化版UrEDAS,仅仅使用纵波抵达地面时的一秒之内的信息,就能够快速预警。现在他们大量采用了便携式FREQL系统,可以进一步减少响应时间。

地震预警的耗费成本大,固有弊端明显,而减灾效果有限。

四川高新减灾研究所早在几年前宣称,他们打造的大陆地震预警网络,已经在面积和数量上,超过了研究多年的日本。不过,减灾所宣传它覆盖面积220万平方公里,相应的传感器却只有5600个。一个传感器能够覆盖的最大面积,接近400平方公里。

不难看出,减灾所的传感器,实际间距近似于20公里。相比之下,中国官方机构即将铺完的预警网络,包括在全国建设15391个台站,重点区内台站之间的平均间距仅为12.5公里,后者的效果无疑要好得多。

另外,在传感器单个硬件上,减灾所承认,他们建设的地震预警监测点,主要利用的是基于MEMS传感器技术的烈度仪,而且就性能而言,“可能不符合相关的标准,但是够用”。这也成为专业人士口中的槽点。

在传感器数量、类型、性能都落后于日本的情况下,减灾所几年前宣称“超越”是否合理?业内人士认为,这大有值得商榷之处。而官方地震预警网络中,传感器有三类:基准站(安装宽频带测震仪和强震仪)、基本站(安装强震仪)和一般站(安装烈度仪),它们所能发挥的功效值得期待。

再看地震预警的误报率,很多专业人士担忧,预警系统只要发生一次误报漏报事件,那就是加强版的“狼来了”。据此,他们认为发布预警信息的权力,应该仅仅掌握在官方机构手中。

事实上,专业人士或许太执着于技术伦理,他们可能不了解,墨西哥非官方研究出的地震预警系统就发生过误报事件。1993年11月,墨西哥城在预警过后并没有发生地震。另外,墨西哥预警系统也多次在地震等级不够时,向公众发布了预警信息。

但是,墨西哥民众的反应,并不是抱怨“狼来了”,而是普遍表示了支持和理解。在地震来时的避难减灾问题上,宁可错过不可放过,这样保守而谨慎的心态,是放之四海而皆准的。

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