01

什么是地震預(yù)警？

地震發(fā)生時(shí)，地球內(nèi)部產(chǎn)生兩種體波，一種是P波（壓縮波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和傳播方向一致），其到來(lái)時(shí)人的感覺(jué)接近于上下晃動(dòng)：

另一種是S波（剪切波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和傳播方向垂直），其到來(lái)時(shí)人的感覺(jué)接近于水平晃動(dòng)：

P波跑得快，每秒傳播約6千米，S波跑得慢，每秒傳播約3.5千米。S波振動(dòng)幅值更大，攜帶的能量是P波的幾倍到幾十倍，其水平向剪切作用是造成結(jié)構(gòu)破壞的重要因素。

某5.8級(jí)地震強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)記錄到的南北向地震動(dòng)記錄

（震中距60千米，震源深度10千米，P波傳到約10秒，S波傳到約17.5秒，S波和P波到時(shí)差為7.5秒。其S波幅值約為P波的5倍，能量約為P波的25倍）

如果我們能在地震發(fā)生后，搶在攜帶更多能量的S波到達(dá)前，甚至P波到達(dá)前若干秒，以警報(bào)的形式告知地震動(dòng)的可能大小或潛在破壞，則公眾可獲取緊急逃生避險(xiǎn)時(shí)間，而高鐵、危化企業(yè)、醫(yī)院手術(shù)室等則可提早采取地震應(yīng)急處置措施，進(jìn)而減少人員傷亡和社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失——這就是我們所說(shuō)的地震預(yù)警。

02

地震預(yù)警≠地震預(yù)報(bào)

地震預(yù)警并不是地震預(yù)報(bào)！地震預(yù)警是指在地震發(fā)生后，依托嚴(yán)密地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)在破壞性地震動(dòng)到達(dá)前向指定區(qū)域發(fā)出警報(bào)，爭(zhēng)取應(yīng)急避險(xiǎn)時(shí)間。而地震預(yù)報(bào)是指對(duì)尚未發(fā)生、但可能發(fā)生的地震活動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，***由此向社會(huì)發(fā)布地震預(yù)報(bào)，讓公眾躲避可能發(fā)生的地震。目前，地震預(yù)警已經(jīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而地震預(yù)報(bào)仍是一項(xiàng)世界難題。

03

地震預(yù)警的技術(shù)難點(diǎn)

地震預(yù)警的核心技術(shù)是利用最接近震源處的少量臺(tái)站的地震初期震動(dòng)信息快速判定地震并測(cè)定地震參數(shù)，進(jìn)而預(yù)測(cè)尚未傳播開(kāi)來(lái)的地震動(dòng)大小、烈度分布、影響范圍和影響程度。其技術(shù)環(huán)節(jié)包括從地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的噪聲和干擾中準(zhǔn)確判別地震信號(hào)，實(shí)時(shí)估計(jì)地震發(fā)生的位置和大小，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)地震波的傳播和地震烈度場(chǎng)的分布，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)可能的災(zāi)害。其理論和技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

所用信息極其有限

為達(dá)到地震預(yù)警的高時(shí)效要求，在進(jìn)行地震預(yù)警處理時(shí)，僅能用到近震源有限數(shù)量臺(tái)站的極其有限的記錄波形信息來(lái)判別地震、測(cè)定發(fā)生位置并估計(jì)地震大小，進(jìn)而預(yù)測(cè)地震波尚未傳開(kāi)處的可能地震動(dòng)大小。一般在三個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)站地震P波到達(dá)并觸發(fā)后開(kāi)始估計(jì)地震基本參數(shù)，此時(shí)，觸發(fā)臺(tái)站數(shù)量、獲取的波形信息的不完備導(dǎo)致出錯(cuò)的幾率增加，結(jié)果的準(zhǔn)確性降低。

大震的破裂尚未完成

地震時(shí)地下巖石的破裂不是瞬間完成的，而是以一定的破裂速度進(jìn)行，一般情況下低于S波波速。以2008年汶川特大地震為例，實(shí)際上其地下破裂面長(zhǎng)達(dá)300多千米、寬約40千米，破裂自汶川開(kāi)始，往東北方向擴(kuò)展，破裂的持續(xù)時(shí)間約為90秒。對(duì)地震預(yù)警來(lái)說(shuō)，我們?cè)谡鸷?0秒估計(jì)地震大小時(shí)，其破裂長(zhǎng)度僅為30千米左右，不足最終破裂的十分之一，根據(jù)其傳出的地震波信息，估計(jì)到的地震震級(jí)大約6.5級(jí)左右，這會(huì)造成預(yù)警信息發(fā)布的范圍較實(shí)際破壞范圍小。但需要說(shuō)明的是，地震預(yù)警的處理是持續(xù)進(jìn)行的，隨著時(shí)間進(jìn)展和觸發(fā)臺(tái)站數(shù)量及記錄長(zhǎng)度的增加，其結(jié)果也會(huì)越來(lái)越接近真實(shí)值。

實(shí)時(shí)確定地震破裂方式和破裂方向困難

依據(jù)現(xiàn)有理論和技術(shù)發(fā)展，目前利用少量臺(tái)站的有限波形信息實(shí)時(shí)可靠地確定大地震的破裂是單側(cè)還是雙側(cè)、破裂具體朝哪個(gè)方向發(fā)展仍然困難，這也會(huì)造成預(yù)測(cè)烈度場(chǎng)與實(shí)際存在偏差。

涉及監(jiān)測(cè)、傳輸、處理和發(fā)布的全自動(dòng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)

地震預(yù)警系統(tǒng)是一整套涉及多個(gè)環(huán)節(jié)的復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)，需要監(jiān)測(cè)、傳輸、處理、發(fā)布、接收等各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)、可靠運(yùn)行，系統(tǒng)的復(fù)雜性也決定了其實(shí)現(xiàn)的難度。

04

地震預(yù)警技術(shù)的局限性

存在預(yù)警盲區(qū)

地震發(fā)生后，至少需要3-5秒完成對(duì)距離震中最近的地震臺(tái)站記錄到的信息進(jìn)行處理，再發(fā)出預(yù)警信息，導(dǎo)致震中20至30公里范圍內(nèi)無(wú)法預(yù)警，恰恰這樣的區(qū)域是地面運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)烈的區(qū)域，因此地震預(yù)警對(duì)破壞最嚴(yán)重的極震區(qū)基本是無(wú)效的。

地震預(yù)警技術(shù)的局限性

預(yù)警結(jié)果可能會(huì)有偏差

地震預(yù)警核心原理在于利用震中附近少量地震臺(tái)站初期記錄到的少量信號(hào)去估計(jì)地震參數(shù)，由于使用信號(hào)的不完整，對(duì)于測(cè)定地震大小影響較大，特別是地震震級(jí)越大，初期預(yù)警結(jié)果越偏小。另外震后余震密集發(fā)生時(shí)信號(hào)疊加容易導(dǎo)致預(yù)警結(jié)果偏大。

可能會(huì)發(fā)生誤報(bào)和漏報(bào)

距離較近的多個(gè)地震臺(tái)站同時(shí)受到非地震信號(hào)之外的干擾信號(hào)時(shí)，容易引起系統(tǒng)誤觸發(fā)，導(dǎo)致對(duì)外發(fā)布錯(cuò)誤預(yù)警信息。此外，數(shù)據(jù)通訊傳輸故障以及技術(shù)系統(tǒng)異常也可能導(dǎo)致震時(shí)無(wú)法及時(shí)產(chǎn)出地震預(yù)警信息導(dǎo)致漏報(bào)。

參考資料：

1.《地震預(yù)警，如何實(shí)現(xiàn)？》作者：馬強(qiáng)、李山有、金星、陳曉非

2.《什么是地震預(yù)警？地震發(fā)生后應(yīng)該怎么做？》中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)微信公眾號(hào)

3.《地震預(yù)警知識(shí)小貼士|什么是地震預(yù)警？》濟(jì)震微訊微信公眾號(hào)

來(lái)源：中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)