2019 年 08 月 10 日
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新京報:探訪“官方版”地震預警系統,我們離全面預警還有多遠?


發布時間:2019/07/10


“根據計劃,2023年將在全國范圍形成地震預警能力,但技術和規范問題仍待解決?!?/span>



“四川長寧6·17地震”發生后不到一天,成都高新減災研究所的“地震預警”火了。但鮮為人知的是,福建省作為“國家地震烈度速報與預警工程”的先行示范區,已逐漸形成官方推廣樣本的“福建經驗”,并自2018年起,正式對外發布預警信息。

今年4月18日,臺灣花蓮縣海域發生6.7級地震,福建省地震預警系統在震后26秒發布地震預警第一報,為福建各地贏得45至96秒不等的預警時間。

目前,我國已建立具有自主知識產權的地震預警技術系統,并陸續在京津冀、福建、蘭州和川滇交界地區建成預警示范系統上線運行。但僅福建地區初步建起覆蓋全省、具有明確規范的地震預警信息服務體系,并向社會實際提供服務。

一個廣受關注的問題是,地震預警服務何時能覆蓋全國?距離全面的地震預警能力,我們還有多少路要走?



福建省晉江市地震預警信息發布分中心,技術人員模擬演示終端機發出預警信息的情景。新京報記者 周依 攝



“令人安心”的警報聲


臺灣花蓮6.7級地震發生時,福建省晉江市新僑中學的初一學生柯靖怡正趴在教室課桌上午睡。這是期中考的第二天,大家像往常一樣午休,為下午的考試做準備。

突然,教學樓的4個高音喇叭同時響起一陣急促的警報聲,伴隨著“請注意避震”的語音提示。聲音來自安裝在校門口和教學樓入口處的定制化地震預警信息發布終端。此刻,終端機頂部的警報燈亮起,屏幕彈出破壞性地震波達到此地的倒計時,下方注有發震時間、地點、震級、本地烈度、震中距等信息。老師立即組織學生避震和疏散。

由于學校常年組織避震疏散演練,大家對這套流程“已經很熟練”:根據應急預案,一樓師生直接疏散,柯靖怡所在的二層及更高樓層的人則留在教室,躲進課桌邊上的“三角區”,用書包頂在頭上,待喇叭發出“警報解除”的聲響,再疏散到操場上。

震感來襲。在這座抗震設防烈度為7度的教學樓內,二樓的感受并不明顯,四樓的學生感到些許搖晃?!暗筆庇幸壞閂?,但是不會慌?!笨戮糕?,收到預警信息后,比較安心。

她回憶,在學校安裝預警終端前,因為不知道何時有地震、震級多大,大家只能“憑感覺”。有一次樓上搬桌子,有同學以為發生了地震,立刻躲到桌子底下。

“地震預警信息發布終端內置有智能芯片,與福建地震臺網的大數據庫連接,預警觸發后就自動發出警報?!備彌斬松璞傅目?、維護商,廈門帝嘉科技有限公司副總經理黃基礎介紹,終端機頂部共有紅、橙、黃、藍四個預警燈,對應本地預估烈度的四個警報級別。預警時機器會同步播放語音,通過外接擴音設備和學校廣播系統等可擴大傳播效果。

福建省地震局震害防御處處長危福泉介紹,福建省建立的這套地震預警信息服務體系,可利用基于PC的地震預警軟件、智能手機APP以及專用接收終端等渠道,向全省單位和個人提供包括地震預警信息、地震速報信息、地震烈度速報信息在內的地震預警服務。截至今年5月31日,福建已建成地震預警信息發布終端8976處,累計移動客戶端下載用戶36000個。

根據計劃,到2020年,福建共將在全省18400個學校、社區(村)建設地震預警信息專用接收終端。同時,該終端將作為全省預警信息發布“一張網”的重要組成部分,為其他災害預警信息的快速發布提供服務。




“福建地震預警”手機APP示意圖。福建省地震局供圖



“從實驗室走出來”的技術系統


信息服務是地震預警系統到達公眾的“最后一公里”。一次預警的完成,需要地震監測網絡、地震數據處理系統、信息發布系統等一系列環節組成的技術系統作為前端支撐。

長寧6·17地震發生后,“地震預警”引發前所未有的關注。公眾因此了解到地震預警的原理:地震發生后,利用電波比地震波快的原理,在監測到傳播速度快、破壞性小的地震縱波(P波)后,趕在較慢但破壞性大的橫波(S波)到達之前發出警報,為目標區域贏得幾秒到幾十秒的應急時間。

在福建地震監測預警中心,福建省地震局監測中心總設計師韋永祥站在一塊由波形圖、地圖和各類圖表組成的大屏幕前,讓技術人員在電腦中輸入模擬一次臺灣海峽地震的信息參數,來演示地震發生時,系統監測并生成預警信息、在終端上發布的過程。

演示開始后,大屏幕上的參數和圖像急劇變化。在一旁的六塊小屏幕上,實時顯示著全省各臺站的監控界面、預警發布界面等畫面。

韋永祥介紹了系統運行的流程:地震發生時,地震臺站的探測儀器會檢測到P波,將信號發送給計算機;計算機計算出震級、烈度、震源、震中位等,并將結果反饋給預警系統;最后,預警系統搶在S波到達前,向預警信息接收終端發出預警?!罷齬淌僑遠誦??!?

這一系統于2012年9月在福建上線運行。此前,中國地震局從理論研究到實踐,進行了長期的探索和準備。

我國關于地震預警系統的研究工作,早自2001年就已開始?!骯業卣鵒葉人儔ㄓ朐ぞこ獺畢钅扛弊萇杓剖?、副總工程師,中國地震局工程力學研究所副所長李山有回憶,研究初期主要是進行地震預警相關技術的探索性工作,例如地震預警的可行性研究,震級、震中位置、預測烈度等地震預警參數的實時快速估算研究,“主要集中在理論、方法層面”。

“2008年四川汶川地震后,中國地震局意識到我國在減災手段方面還不夠豐富,尤其是災情獲取時效性偏弱?!崩釕接薪檣?,中國地震局隨后組織實施了國家科技支撐計劃《地震預警與烈度速報系統的研究與示范應用》項目,最早在福建省開展技術研究和示范運行。

項目于2010年3月在福建啟動,2012年9月依托福建省地震監測臺網開始試運行,于2013年2月通過中國地震局組織的測試。

李山有說,通過這個項目,中國地震局掌握了地震預警系統的關鍵技術。在充分借鑒國外地震預警參數算法和墨西哥、日本系統建設經驗的基礎上,中國研發出了具有自主知識產權的地震預警技術系統。

系統隨后在中國地震臺網中心、工程力學研究所的強震動臺網中心、地球物理研究所、甘肅、河北、北京、天津、上海、四川、云南、廣西和重慶等10余家地震臺網中心推廣應用,陸續在京津冀、蘭州和川滇交界地區建成預警示范系統進入試運行。

“走在前面”的福建省,則在經歷了晉江預警信息發布試點、擴大試點范圍和全省范圍全面鋪開三個階段后,于2018年終于面向全省公眾正式提供地震預警信息服務。


福建省地震局監測中心總設計師韋永祥展示地震預警技術系統運行生成的信息。中國地震局供圖



速度和準確度的“博弈”


在地震預警系統研發的同時,“國家地震烈度速報和預警工程”項目孕育誕生。2015年6月,項目獲得國家發改委批準,并于2018年6月完成初步設計,進入實施階段。

根據“國家地震烈度速報和預警工程”項目計劃,到2023年,將在全國范圍形成地震預警能力。但要形成完善的地震預警能力,還有很多難點待解決。

“對預警來說,速度和準確度永遠是矛盾的統一?!崩釕接薪饈?,地震預警系統要在數秒內,利用少量臺站和地震初期觀測數據來估算地震參數和影響場,技術難度極大,強調速度就會使處理結果存在較大誤差,強調準確度就會使處理時間加長。

李山有介紹,目前地震震中位置比較可靠的測定,需要縱波到達并觸發3個以上臺站,震級估算則通常需要至少1個臺站3秒以上的縱波波形數據。根據我國大量數據試驗的結果,僅用縱波3秒的數據發出的第一報往往不準確,小地震往往估計地震震級偏大,中等強度地震基本接近實際震級,而對于大地震往往估計的震級偏小。

“即使在實時、持續的數據處理中,觸發的臺站和記錄的信息也是有限的,且對大震來說,這個時候地震的破裂還沒有停止,這都是技術上需要進一步解決的難題?!崩釕接興?。

同時他指出,第一報處理結果在首個臺站觸發后至少4秒才能發出,在此時橫波已經從震中向外傳播了20多公里。所以,預警警報發出時,地震破壞性橫波已經覆蓋了一片區域,就是地震預警的盲區?!熬」芪頤竊諗×克醵淌荽淼氖奔?,但是震中及附近地震破壞最強的區域恰好就處于地震預警盲區之內,減災效果有限?!?

解決速度和準確度之間矛盾的一個重要手段,就是加大臺網密度。記者了解到,福建省地震局計劃在“十三五”期間,通過新建、改造和升級臺站等方式,建設120個基準站、85個基本站和1100個一般站,將臺網密度縮小至10公里左右。

根據“國家地震烈度速報與預警工程”計劃,全國將在五年(2018-2023)內建設15391個臺站,重點區內臺站之間的平均間距縮短為約12.5公里。

“地震預警系統是個龐大復雜的全自動化系統,保證全系統百分之百正常率是十分困難的,任何的環節和細節出了問題,都會導致系統出現誤報或漏報的可能?!崩釕接興?。

“國家地震烈度速報與預警工程”實施負責人、中國地震臺網中心項目管理部主任王松介紹,后期系統建設將進一步加大包括軟件平臺、信息網絡建設在內的大數據處理和發布中心建設力度。



推進中的信息發布立法


相對于技術來說,更難突破的,是如何讓地震預警真正在社會上發揮作用。

“地震預警從原理上具有技術本身的局限性,具有引起社會問題的風險,地震預警技術和軟硬件問題目前已經初步解決,其減災實效的發揮不再單純是技術問題,而成為了一項社會問題?!崩釕接興?。

向社會發布地震預警信息,不僅僅是“發”的問題,更需要解決的是發布主體法律授權和社會協作等諸多問題,要完善配套規章和標準體系,要對信息受體進行宣傳和培訓。

在預警信息發布的主體權方面,中國地震局認為,地震預警信息發布適用于《防震減災法》第二十九條的規定,即“國家對地震預報意見實行統一發布制度……任何單位和個人不得向社會散布地震預測意見。任何單位和個人不得向社會散布地震預報意見及其評審結果”。

“地震預警的最終目的是減輕人員傷亡和財產損失。近期,有社會公司利用自建簡易臺網,對外無限制、無規則發布所謂的‘預警信息’,把‘誤報’詭辯為‘演習’,把對不具有破壞性區域的提醒變為‘預警’,這些都是與地震預警的概念和目的相背離的,而對民眾本身,也只能起到‘狼來了’的效果?!崩釕接兄賦?,地震預警信息是公益性的,其信息的發布主體、發布內容等需要進一步規范。

發布范圍也是需要考慮的因素?!按蟮卣鴟⑸?,如果不加區別地向全國海量用戶發布預警信息,一方面技術上難以實現秒級發布,另一方面容易造成社會恐慌等問題?!崩釕接興?,因此,地震預警系統在監測到地震后會估算出可能遭受破壞的區域,然后精準地率先向這些區域的用戶發布預警信息。當然,為了穩定距離震中較遠但震感強烈而無破壞可能區域的人心,可以在震后1-2分鐘發布比地震預警結果更準確的自動地震速報結果。

王松介紹,目前地震預警信息發布相關的立法工作正在推進中,各省在陸續推進地方法規且已有五省予以發布,中國地震局也正從全國層面推動相關立法,“《防震減災法》應該是這項立法的依據,會在此基礎上進一步作規范?!?

從2015年開始,福建、甘肅、云南、陜西、遼寧五省陸續出臺省級地震預警管理辦法,均明確規定地震預警信息由省政府通過全省地震預警系統統一發布。

地震預警信息由省級地震部門統一發布的重要原因是,破壞性地震的影響范圍往往涉及多個地市級甚至省級行政區域。

李山有解釋,強震影響區域可能包括臨近行政區域,但本地預警系統只有在地震波到達轄區臺站時才能開始處理,會耽誤時間使預警效果打折。同時,本地臺網處理網外地震,定位和震級估算的誤差都相對較大,與臨近地區臺網確定的參數可能不同。如果多地臺網確定了不同的預警參數同時向社會發布,不僅會讓民眾感到迷茫,也給政府應急救援處置帶來影響。

基于此,“國家地震烈度速報與預警工程”建設了省級預警平臺及全國性預警平臺,采取兩級處理(國家級、省級兩級數據處理平臺)、三級發布(國家級、省級、重點預警區地市級發布平臺)的形式來處理發布地震預警信息,以確保預警信息的唯一性。


福建省晉江市新僑中學校長陳良平介紹學校安裝的地震預警信息服務終端的情況。中國地震局供圖



我們與“地震預警服務”的距離


記者梳理公開報道發現,國內已有多個省正推進“國家地震烈度速報與預警工程”省級子項目,開展地震預警系統建設工作。

據報道,四川作為“國家地震烈度速報與預警工程”的先行先試區,預計今年底基本實現地震預警服務能力。遼寧省、浙江省分別將于2020年、2021年試運行地震預警系統。甘肅、山西、山東、江西、湖北等省的子項目正在建設中,計劃于2022年完成建設。湖南將于2022年實現地震預警臺站全省覆蓋。安徽子項目將新建一個省級地震烈度速報與預警中心,安裝10個緊急地震信息服務終端,目前已完成項目招標并確認終端安裝地址。同時,安徽省地震局正會同省司法廳開展地震預警立法調研。

王松介紹,按照“國家地震烈度速報與預警工程”計劃,國內設立了5個地震重點預警區,分別為華北地區、南北地震帶、東南沿海地區、新疆天山中段和拉薩周邊地區?!俺陸焐街卸?、拉薩周邊地區兩處重點預警區全部劃在其所在省內外,其余均為跨省?!?

這意味著,重點預警區內各省需“協同作戰”。王松說,如南北地震帶從川滇、陜甘直到內蒙古的一部分,跨度較大。這一片由于比較特殊的地質構造,歷史上大的破壞性地震較多,就需要統籌考慮。此外,華北地區也不僅僅是“首都圈”,東南沿海地區除了福建以外,還包括部分廣東和海南的地區。

項目完成后,這些地震重點預警區將達到“秒級預警”能力,即震中區域發生地震后幾秒到十幾秒之間,就能夠向目標區域發布預警。其他地區將實現分鐘級的遠場大震預警能力。

王松介紹,目前,項目建設處于第一階段。從正式實施到現在一年左右的時間內,主要的精力放在臺站建設工作上,包括征租地、土建招標等。目前約一萬個臺站的設備已經完成招標。

“建設完成后,地震預警要真正地發揮作用,還需要提升公眾意識?!蓖跛傷?,這包括收到預警后知道采取何種應急措施,還包括對預警作用的正確認知,“既要避免‘無用論’,也不能將它神化”。

未來,在實際應用中,地震預警服務對象的范圍還將擴大。王松說,地震預警服務的潛在用戶非常廣泛:政府可以根據這些信息指揮救援力量、物資往哪投入;高科技企業因生產環節對穩定性要求非常高,預警可以減少損失;醫療方面,提前幾秒收到預警,一些手術或許可以停一停,等晃動結束再繼續。這些在以往人們的認識中是較少的,將來地震預警服務的覆蓋面非常廣泛。


新京報記者 周依 編輯 陳思

校對 李世輝