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地震预报那些事儿︱什么是地震预警

时间:2020-08-25 17:15:38来源:

2008年6月14日早上8点43分,日本东北部的岩手县和宫城县发生里氏7.2级地震,日本的紧急地震速报系统检测到了震源地的纵波,提前10秒钟,在部分地区实现了由电视等媒体发布的地震预警。例如,古川第三小学就因为安装了速报预报装置,在地震前10秒钟,校内就响起了地震预报广播,正在上课的学生们在老师的指导下,马上跑到了附近的安全地带。这个事例告诉我们,在地震预报不过关的情况下,面对地震灾害不断发生,一些多地震的国家利用高科技手段,积极开展地震预警系统建设,为人类减轻地震灾害带来了一缕曙光。

那么什么是地震预警?

地震预警的概念

地震预警是指在地震发生后,根据地震波传播速度小于电磁波传播速度的特点,利用电子信号抢在地震波传播到之前,和地震波“赛跑”,来赢取提前预警的时间,向地震发生地提前几秒乃至数十秒发出警报,让人们迅速撤离。原理简单来说就如同打雷闪电,我们一般是先看见闪电,几秒后听见打雷。其实,打雷和闪电是同时发生的,只不过光速比声速快而已。

“预警”与“预报”的区别

从上面的定义可以看出,地震预警不是通常所说的地震预报,二者的根本区别是:地震预报是对尚未发生、但有可能发生的地震事件先发出通告,而地震预警是破坏性地震已经发生,而对即将到来的灾害抢先发出警告并紧急采取行动,从而防止或减少地震带来的灾害。

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地震预警的原理

目前,实现地震预警有三种基本技术途经:一是利用地震波和电磁波传播的速度差异;二是利用地震波本身在近处传播时纵波(P波)与横波(S波)传播速度的差异;三是利用致灾地震动强度阈值。

▲我们知道,电磁波的传播速度是每秒30万公里,而地震波最快的传播速度约是每秒6000多米,显然地震波的传播速度要慢得多。当强震发生后,在震中附近的地震监测台首先收到了地震波,这时立刻用电子信号向远处地区发出报警,于是在地震波还没有到达,远处地区就知道发生了地震,可立即拉响警笛或采取切断电源、关闭气阀等措施,减轻人员伤亡和财产损失。

▲纵波与横波都是地震波,为什么要利用它们的传播速度差异进行预警呢?这是因为横波造成的地震灾害要比纵波大得多,而传播速度又比纵波慢,从而可以利用它们之间的时间差发出警报信息。但是,纵波与横波传播速度的差异较小,纵波约每秒6公里,横波约每秒3.3公里,而且距离震中越近,时间差就越小,发出预警信息就更难。

▲如何利用致灾地震动强度阈值来实现预警呢?核电站通常采用这种方法,通过建立地震动监测系统,当地震动幅度超过给定的阈值时,监控器报警并采取紧急措施,安全停堆,从而防止核泄漏。墨西哥、日本、罗马尼亚等国家的一些重大工程,如水坝、核电站等都已建立了地震预警及处置系统。

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总体来说,建立地震预警系统的地区有以下三个特点:一是地震发生频繁。如日本、台湾、墨西哥和美国加州都位于太平洋地震带上,地震活动比较频繁;二是有较强的经济实力。地震预警系统对地震台网有严格要求,而且需要与相关行业和部门合作开发,如电视台、铁道部门、工厂、医院等等,都需要装备相应的警报终端,才能发挥预警系统的功效,因此预警系统的部署成本很高;三是设防区域小,预警价值高。日本、台湾面积偏小,美国的地震预警系统主要在旧金山周边区域。而且,这些防御区域经济相对发达,高科技产业密集,人口密度也大。

地震预警的局限性

尽管地震预警为人类减轻地震灾难带来了一束曙光,但就地震预警的原理而言,又有其必然的缺陷,具体有以下两点:一是受预警范围和时间的限制。预警系统的原理决定了其提供的应急时间是有限的,一般在10秒左右。在这段时间内,我们可以停止高速列车、从电梯撤离、终止或保护关键仪器和设备、将人员撤离到安全地带等,但也仅限于此,不能把预警的作用一味夸大。越是接近震中,能提供预警的时间就越短,甚至预警与强地震波几乎同时出现;离震中越远,提供的预警时间越长,但意义也随之削弱;二是迟报、不报或误报。目前,这种系统还处于发展阶段,地震预警因为求“快”,对地震大小、震源等信息的判断不一定完全准确,存在很多迟报或不报等情况。但是,由于地震预测、预报尚处于科学探索阶段,特别是短期与临震预报的水平与社会需求仍相距甚远。相比之下,地震预警的时间虽短,但其准确率却相对较高。

现在,地震预警系统大体上仍处于摇篮阶段,但发展中的这种系统还是十分有效的。例如,墨西哥城于1991年8月建立了向公众发布地震警报的地震预警系统。1995年,格雷罗地区发生7.3级地震,地震预警系统在地震波到达墨西哥城前72秒发出地震警报,为地震紧急处置赢得宝贵时间,大大减少了墨西哥城的人员伤亡和经济损失。而日本则早在20世纪50年代,开始建立铁路系统紧急地震监测和预警系统,是世界上最早建立实时地震预警系统的国家。日本的国家地震预警系统也于2004年试运行,当年10月,日本新澙发生7.0级地震,地震预警系统即有效运行,从而减少了人员伤亡和财产损失。

我国是作为墨西哥、日本之后第三个具有公众地震预警技术能力的国家。我国于2010年开始地震预警系统的技术攻关,2011年建成福建省地震预警示范系统,2015年6月批准启动《国家地震烈度速报与预警工程》,2018年6月批准项目初步设计方案,目前项目正在建设中。计划于2022年底完成全部工程建设和试运行。

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