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地震預警實質上是一種地震發生后與破壞性地震波賽跑的超快地震速報,搶在破壞性地震波到達目標地之前發布警報信息。地震預警系統一般由地震監測系統、通信網絡系統、數據處理系統、信息發布與接收系統組成。
數據處理系統是中樞和核心。負責實時匯集、分發、處理和存儲所有臺站的實時波形數據和信息,連續產出地震位置、震級和預測地震動影響場等信息。除進行地震預警處理外,還會處理地震基本參數、震源參數、破裂過程和地震烈度分布等數據產品。
地震預警核心技術
地震預警的核心技術是快速可靠地確定地震位置、大小并估計其影響范圍。
地震定位通常是利用地震波到達臺站的時間來反推的,在地震預警中,為了搶時間,只能利用震中附近首先觸發的幾個臺站到時信息來定位,如果幾個臺站的到時信息都準確定位結果就好,但也有可能存在個別臺站的到時確定不準導致定位偏差。
地震震級的原始定義是基于地震地面運動峰值。在地震預警中,我們不能等待地震波已經覆蓋很大區域且所有臺站都出現最大峰值,只能利用震中附近臺站記錄的地震動初期信息來估算地震震級,地震動初期信息和地震震級之間只是統計關系,此時地震破裂可能尚未結束,雖有一定的相關性但離散很大,利用的臺站數量越多估算的震級偏差就可能越小。
破壞性地震波到來前預估目標區的可能影響是預警信息發布的準則,屬于地震動預測的范疇,也是地震預警技術的核心之一。
日本、美國、意大利、墨西哥等國家的地震預警系統都是依托專業地震臺網和利用震中附近幾個臺站的P波到時信息和振動信息來估算地震位置和震級,面臨的共性技術問題是如何提高震級估算精度和避免誤報。
為了提高地震震級的估算精度,美國和我國正在考慮利用實時地面形變數據來輔助確定大震震級,但尚未進入實用化。為了提高地震定位和震級估算精度,也可以采取加密地震臺網的方法。如果臺站布設得非常密集(間距小于10千米),震后相同時間內可以利用的臺站數量就會多,據此確定震中位置和震級的精度可能會有所提高,但建設密集地震臺網會帶來系統建設成本的大幅度增加。
技術方案因地制宜
目前國際上地震預警系統的技術路線大同小異,所不同的是地震定位和震級估算的具體算法。國際專業地震預警系統的建設特點是:首先,是以專業地震臺網為主;其次,觀測數據或信息實時傳輸到處理中心,處理中心融合處理觀測數據和產出預警信息。
此外,觀測數據不僅可以用于地震預警,而且可以用于地震學研究。在我國也出現了以準專業地震臺站(較低振動背景臺址、不一定是獨立觀測室、使用低成本地震儀、地震儀可固定在建筑物承重墻上)為依托的地方地震預警系統,其優點是成本低、建設速度快,不足是數據質量不高(背景噪聲大、包含建筑物反應的信息等)擴展應用價值低、誤觸發可能性大。
以日本和美國等地震預警系統的研究、建設和運行經驗來看,國家臺網是實現地震預警的基礎,地震預警屬于破壞性地震發生后可能地震動大小預測的范疇,其信息雖具有明顯減災效果,但仍有技術本身的局限性。
我國地域廣闊,不同地區的地質構造條件也具有很大差異,針對不同的地震、不同區域的地震預警技術方案也可以不同。第一,地震預警對大震減災效果顯著,目標城市周邊強震發生可能性大的地區可優先建設地震預警系統;第二,作為國家和省級地震預警系統的骨干地震監測臺站應以專業地震臺站為主;第三,骨干臺站密度偏低時,在地震發生可能性大、震級高的活斷層附近可以布設適當的準專業地震臺站作為加密補充;第四,臺站密度應根據地震活動區距離預警服務對象的遠近來確定,如距離較近,為了提高預警時效性,臺站密度要大;第五,市縣級地震預警系統,為節省投資,可以考慮以準專業地震臺站為主;第六,在省級地震預警系統建成后,為了提高預警信息的準確性,企業可以建設以專業地震臺站或準專業地震臺站為基礎的輔助地震預警系統。
制度標準亟待建立
地震預警信息具有高度的社會敏感性,如果處理不當,極有可能影響到社會的穩定,甚至造成不必要的人員傷亡和經濟損失。
因此,必須通過建立相關的法律制度和技術標準,從正確應用地震預警信息,維護社會穩定,最大限度發揮減災效益的角度出發,對地震預警信息的發布主體、觸發條件以及預警信息內容、發布對象、社會協同、法律責任等問題,制定出規范,保障地震預警信息發布的科學合理、有序有效。
但是現行的《中華人民共和國防震減災法》對地震預警這一新興事物并沒有作出明確規定。
《中華人民共和國突發事件應對法》對可預警的自然災害的預警進行了原則性的規定,其第四十三條規定:“可以預警的自然災害、事故災難或者公共衛生事件即將發生或者發生的可能性增大時,縣級以上地方各級人民政府應當根據有關法律、行政法規和國務院規定的權限和程序,發布相應級別的警報,決定并宣布有關地區進入預警期。”此條款為地震預警信息發布提供了初步法律基礎,但配套法規尚須完善,相關的技術標準有待建立。
為服務我國地震預警系統建設,自2010年以來,中國地震局已組織相關法制預研究工作,著手《防震減災法》修訂研究,目前正在對地震預警法律制度的研究和頂層設計,在不斷總結實踐經驗,借鑒國外地震預警法律制度建設與實施以及我國氣象、地質災害預警實踐經驗的基礎上,推進相關技術標準和法律制度的研究制定。
應急避險重在教育
信息發布與接收系統是地震預警產生減災實效的“最后一公里”,通過多種發布與接收平臺,實時向公眾、企事業單位、重大工程、中小學等用戶提供預警信息服務,以便用戶及時采取合適的減災措施。
而地震預警減災效果最終體現在公眾、企業等對信息的合理應用。公眾的防震減災知識普及至關重要,公眾如果處理不當或信息利用不當,可能會發生跳樓、擁擠踩踏等事件,造成不必要的人員傷亡和經濟損失,嚴重的甚至可能影響到社會的穩定。
目前如福建省已經制作了地震預警宣傳片及各種宣傳材料,在地震預警信息正式發布前將對民眾進行廣泛宣傳。
對于地震預警的宣傳不應過于片面,既要讓公眾了解預警的減災意義,也要讓公眾了解預警的技術局限性和真實效果,千萬不能把地震預警“神化”或者“萬能化”了。
此外,地震預警只是防震減災系統中的一個手段,防震減災還是要走綜合防御的道路,構建包括地震監測預報、震害防御、應急救援以及恢復重建在內的國家綜合防震減災體系,并著力提升建筑抗震能力。