信息技术如何在地震预警中发挥作用？

 ‐ 1 ‐  2010年第2期（总第2期）信息技术如何在地震预警中发挥作用？汶川、玉树地震造成惨重的人员伤亡，大量家庭破散，无数人员伤残，惨烈的场景给全国人民留下挥之不去的心痛。痛定思痛，还应理性思考：为什么地震灾害的伤亡率如此之高？在科技高度发达的今天，有没有办法减少地震伤亡？在信息化快速发展的当今时代，如何使信息技术在地震预警中发挥作用？究竟是技术失灵，还是我们没有用现代信息技术来减轻地震灾害？内部资料内部资料赛迪专报赛迪研究中心2010年5月15日 ‐ 2 ‐  一、地震预警缺失是我国地震伤亡率高的一个重要原因世界上地震频发的国家很多，环太平洋地震带与欧亚地震带上有很多国家都长期遭受地震灾害的严重困扰。比较世界各国地震统计数字可以发现，中国是地震发生最频繁的国家之一，也是地震伤亡人数最多的国家。1966年河北邢台地震，7.2级，死亡人数约8万人；1976年河北唐山地震，7.6级，死亡24.2万人；2008年四川汶川地震，8.0级，死亡6.9万人，失踪1.8万人，受伤3.7万人。2010年，青海玉树地震，7.1级，死亡2039人，失踪195人，受伤1.2万人。再看近些年发生严重地震的其他国家的情况：1989年美国旧金山大地震，6.9级，死亡270人；1994年（1月17日凌晨）美国洛杉矶地震，6.6级，死亡62人；2009年印度尼西亚苏门答腊地震，7.8级，死亡人数1100人；1960年智利发生有记录以来全球最高震级的地震，9.5级，死亡5700人；1985年智利又发生8.5级地震，死亡170人；2010年3月17日凌晨智利发生8.8级地震，死亡507人；2010年1月16日凌晨海地地震，7.0级，伤亡人数 ‐ 3 ‐  无法统计，估计死亡人数在10万以上。2010年3月9日土耳其地震，6.0级，死亡57人。2010年4月7日印尼地震，7.8级，无人员伤亡。再看近邻日本：1946年南海道冲地震，8.4级，死亡约1000人；1964年新泻地震，7.4级，死亡26人；1995年神户地震，7.2级，死亡500人；2004年新泻地震，6.8级，死亡31人。以上可见，同样的震级，我国和海地的人员伤亡最严重,而其他国家人员伤亡数量明显要小很多。相近震级的地震，造成相差甚远的死亡人数，显然不能完全归咎于天灾。差别在哪儿？震源深度、地理位置及建筑质量是一方面原因，还有一个不可忽视的原因就是我国没有地震灾害预警机制，人们在地震发生时毫无防备，造成严重的人员伤亡。而在很多地震频发的国家，地震预警已有近50年的实践经验。尤其是近年来，不少国家已经利用信息技术的先进成果，建立了有效的地震预警系统，在地震刚刚发生时迅速发出警报，让灾区的人们及时应对、躲避和逃生，同时在震后及时组织抢救受灾人员，最大限度减少死亡人 ‐ 4 ‐  数。但在我国，尽管在地震监测网的部署上已经取得了重大突破，但在地震预警方面无论从理论还是实践上都基本上是一片空白。例如，汶川和玉树地震发生后，国家地震监测部门在5分钟内确定了地震位置及强度，十几分钟后上报了地震信息。但此时地震直接灾害已经形成，灾区很多居民已经埋身废墟之中了。二、应充分重视信息技术在地震预警中的关键作用20世纪90年代以来，计算机技术、数字通信技术和数字化地震监测技术日趋成熟，日本、墨西哥等国家开始把信息技术应用于地震监测和预警，研究和建立了地震预警系统。在一些国家，地震预警系统已经在实践中发挥了作用。首先澄清，地震预警不同于地震预报。地震预报是指在地震发生前的预测报告，而地震预警是指震源刚刚发生地震后向周边地区发出的警报。地震预警能够让地震波尚未到达的地区的人们抓紧时间逃生。如果说地震预报是一个世界性的技术难题，那么地震预警则不存在太大的技术瓶颈。现代信息技术已经提供了许多灾害预警的解决方 ‐ 5 ‐  案，火灾、水灾、海啸都有较为成熟的预警系统，从而在灾害发生时提高了应急反应速度，有效减少了灾害损害程度和人员伤亡数量。对地震，同样可以利用先进的信息技术来实现预警防范和应急管理，从而最大限度减少地震灾害中的伤亡。地震预警系统是根据地震发生机理，利用现代信息技术而设计的预警减灾系统。我们知道，地震是地壳快速释放能量过程中造成的震动。由于地球不停地运动，在地壳上产生巨大的应力作用。当地应力超过地壳岩石本身能承受的强度时便会使岩层断裂错动，突然释放巨大的能量，产生一种弹性波即地震波，并迅速向四周传播。地震波主要包含纵波（P波，primarywave）和横波（S波，secondarywave）。纵波引起地面上下颠簸振动，横波引起地面的水平晃动。对地面建筑而言，横波的波长大、振幅强，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波先到达地表，而破坏力更大的横波总是稍落后一步。这样，发生较大的近震时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒到几十秒后才感到有很 ‐ 6 ‐  强的水平晃动，继而引起建筑物的倒塌。这个时间差给地震预警留下了一显身手的空间。地震预警系统正是利用这一地震发生机理而设计的。地震预警系统包括地震监测台网、地震参数快速判测系统、警报信息快速发布系统和预警信息接受终端。地震预警系统首先及时探测到地震发生最初时发射出来的纵波，立即传给计算机并计算出震级、震源，抢在横波到达地面前通过广播电视、通信网络发出地震警报。由于电磁波比地震波传播速度要快得多，人们很快接到警报并迅速采取逃生措施。目前地震预警系统研发的重点方向有两个：一是尽早感知和监测到地震的发生，并计算和判断出地震三要素（时间、地点、震级），这主要依靠传感技术和计算技术的进步。传感器数量越多、分布越广，对地震的计算和判断也越准确，有效预警也越早；二是以最快的速度把预警信息大范围发布出去，这主要依靠先进信息网络和信息终端的普及。因此，可以说地震预警系统的核心是先进、普及的信息技术。地震信息的感知获取、分析判断和飞速传 ‐ 7 ‐  播是至关重要的三个环节。因为地震预警系统其实就是在和地震波赛跑，多跑赢一秒，就能多获得一秒的应对时间，用分秒必争来形容是非常恰当的。地震波纵波的传播速度约每秒6公里，横波约每秒3-4公里。而光纤和无线电的传播速度是每秒30万公里。可见，地震预警尽管在时间上肯定是有上限的，但还是有很大的挖潜空间。随着传感技术的不断突破，借助无所不在的宽带信息网络，地震预警系统也必然会越来越实用和完善。三、国外地震预警系统的经验值得借鉴目前，美国、日本、墨西哥、土耳其、罗马尼亚、哥斯达黎加等国家以及我国台湾省都已建立了地震预警系统。其中，一些系统已经过地震考验，积累了一定的预警经验。美国地震局2007年在旧金山建立了ElarmS地震预警试验系统，经过最近几年对墨西哥南部太平洋沿海地震活动的跟踪，预警成功率在90%以上，对大多数地震能够提供的有效预警时间在10-30秒之间。目前，正在实施中的美国国家地震监测台网系统ANSS（AdvancedNational ‐ 8 ‐  SeismicSystem），就包含了地震预警系统。根据近年来ElarmS的试验，加州大学伯克利分校地学系教授理查德·艾伦（RichardAllen）认为，预警系统在大地震到来前提前发出警报的时间，完全可以超过20秒。不要小看这短短20秒时间。这是紧急关头大量民众逃生的宝贵时间。在建筑工地、办公室等场所，几秒钟的预警足以让很多人救命。比如，让工人抱住房梁或将吊车停在安全位置；室内的人藏身钢筋水泥柱旁或桌子下面；路边的人逃离摇摇欲坠的建筑物，等等。2000年中国学者夏玉胜等人论证，地震预警越及时越能大量减少人员伤亡：如果预警时间为3秒，可使人员伤亡减少14％；如果为10秒，人员伤亡减少39％；如果预警时间达到60s，则可使人员伤亡减少95％。而且，在横波来临之前，还可通过自动装置暂停煤气、电、水、核电站、化工厂等的运行，避免大规模次生灾害发生。日本气象厅2007年建成地震预警系统，该预警系统在探测到地震最初的微震时，会自动向铁路、建筑、电力、 ‐ 9 ‐  医疗等部门即时发出警报，提醒相关部门在地震波到达前采取紧急防御措施，如关闭发电站、停运新干线等，并同时通过媒体（包括电视和因特网）向大众发布地震警报。在墨西哥，1995年9月14日，格雷罗州科帕拉发生7.3级地震，在地震波到达墨西哥市前72秒，其地震预警系统发布了警报，86台接收机中除12台外都收到了警报，及时采取了防震措施。据估计，在这次地震期间约有439万人收到了警报。四、建立我国地震预警系统的几点建议一个国家应对自然灾害的能力，既反映其综合国力，也反映其防患意识。对自然灾害中挽救生命的高度重视，也是“以人为本”的科学发展观的基本要求。近年来，世界上地震频发，我国很多城市位于地震带上，人口又密集，建筑设施的抗震能力又差，提高防范意识、加快地震预警系统的研发和部署，已经是摆在面前刻不容缓的一项重大任务。为此，建议采取以下措施：第一，在完善地震监测台网基础上，部署地震预警系统。把部署地震预警系统纳入国家“十二五”规划。在地 ‐ 10 ‐  震带加大地震监测台网密度，每隔一定距离广泛部署智能地震传感器，把单点地震监测和网络化地震预警结合起来，形成覆盖全国的地震监测预警网络。日本的地震台网非常密，总共有1200多个地震台，相当于每隔7到10公里就有一个地震台，具有很好的实施地震预警条件。为此，我国应当加大部门间、台网间的业务与资源的整合，实行网格化区域协作。同时，加强地震监测机构与电信运营商、广播电视台的应急联动，最大限度把各类信息终端纳入预警系统的信息发布接收范围，建立地震预警合作机制。第二，针对重大危险设施，部署专用地震预警自动化处理装置。我国大亚湾核电站在承建时，曾建立了一个由地震监测网络和人工决策相结合的地震预警系统。在信息技术高度发达的今天，应在所有的核电站、高危化工厂、地铁、火车等设施上部署具有针对性的地震预警装置，在地震发生时能自动关闭危险场所，防止次生灾害。近期，可考虑选择若干城市燃气供气、供电和城市快速轨道交通系统、城际高速铁路等，实施具有专业地震监测的地震紧急自动处置系统示范工作，在积累经验基础上逐步推广。 ‐ 11 ‐  同时，制定有关重点基础设施和生命线工程地震紧急自动处置法规和标准，填补我国法规和标准方面的空白。第三，发挥我国信息技术和信息产业上的优势，加大地震预警系统的研究开发力度。我国从上世纪末开始开展地震预警技术研究，目前已在测震台网和强震动台网观测数据实时处理、地震事件的实时检测、基于有限台站记录的实时地震定位、基于地震动初期信息的震级测定以及和地震动场实时预测等方面都取得了一些成果。近年来，我国电子信息产业发展很快，信息网络覆盖率较高，在信息技术很多领域都积累了一定研发创新基础，产品与服务价格低廉，传感器产业正在快速增长，各类信息终端普及率不断提高，这是我国开发部署地震信息系统的优势。应加强地震监测机构与信息产业的合作，加快地震监测部门的信息化建设，依托信息技术和信息产业领域的优势，组织力量加大对地震预警系统的集中攻关，尽快形成成熟的产品。国家要加大政府采购力度，支持地震预警系统的研发和应用，不断积累经验、完善系统，逐步形成覆盖全国的地震预警网络。 ‐ 12 ‐  第四，做好社会动员，提高全民防范意识。部署地震预警系统，是一个整体的社会工程，需要综合动员科技因素、经济因素和社会因素。要充分发挥预警系统的功效，还需要与之配套的社会工程和应急培训。要推进防震宣传教育的常态化，健全防震减灾宣传教育网络，并将防震减灾教育作为必修课纳入学校教育内容，提高全社会防震减灾知识。配合地震预警系统的实施，还要广泛散发宣传手册，进行防灾培训和应急演练，教会居民如何正确识别警报以及在警报发生后如何进行反应。否则，在某些误报情况下居民惊慌失措甚至会带来负面的效果。当前，在全球地震频发的形势下，公众对地震预警需求更加强烈。同时，我国也具备了建设地震预警系统的经济实力和技术能力。如果把建立地震预警系统列入国家重大专项，有可能在一两年内就取得阶段性成果。但愿到那时，地震不再成为夺走