2013年禁核試核查科學與技術大會＊

唐 偉 王 燕 劉哲函 王曉明

（禁核試北京國家數據中心，北京100085）

會議信息與會議概況

2013年禁核試核查科學與技術大會＊

唐 偉 王 燕 劉哲函 王曉明

（禁核試北京國家數據中心，北京100085）

1 會議概況

全面禁止核試驗條約組織（Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization，CTBTO）是聯合國常設機構之一，是保證《全面禁止核試驗條約》執行的機構，條約組織由締約國大會、執行理事會、技術秘書處組成，所有締約國都是該組織的成員。在《全面禁止核試驗條約》生效前，設立禁核試條約組織籌委會，其常設機構為臨時技術秘書處（Provisional Technical Secretariat，PTS），現任執秘是來自西非布基納法索的拉西納·澤博博士。

禁核試核查科學與技術大會起源于CTBTO在2006年組織的科學協作論壇及2009年舉辦的國際科學研究，首屆禁核試核查科學與技術大會（Science and Technology Conference，SnT）舉辦于2011年，2013年的科學與技術大會于6月17日至21日，在奧地利首都維也納霍夫宮舉辦。

本屆禁核試核查科學與技術大會共有來自CTBTO、國際原子能委員會（International Atomic Energy Agency，IAEA）等國際組織，各國地震、地球物理研究機構、國家數據中心、科研院校，核查設備供應商等100余個國家和地區的750余名專家參會。中國地震局、禁核試北京國家數據中心等單位參加了此次大會。本次大會共收到論文330篇，其中大會報告80篇，張貼海報250余幅。

2 會議宗旨與議題

2013年禁核試核查科學與技術大會的宗旨是通過CTBTO與科學界的互動，加強核查監測研究并促進其發展，具體來說包含4個方面：①實現科技創新成果在CTBT核查中的應用；②促進核查數據在科學研究方面的推廣應用；③加強CTBTO與科學界在經驗及創新構思方面的交流；④擴大科學界參與禁核試核查監測。

本次大會共分為3個議題：復雜地球系統，事件及其特征，傳感器技術、臺網技術、數據處理技術的進展。

復雜地球系統議題著重于地球的動態與靜態特征，這些特征可以通過分析地震、水聲、次聲數據、現場測量的地球物理數據或其他監測數據獲取。地理特性的研究進而也會促進監測數據的處理與判讀。具體研討內容包括：巖石圈、水圈及大氣的全尺度結構以及相互作用；地震與聲數據、放射性核素擴散軌跡數據的科學應用；區域地震波走時模型與次聲波聲速模型；放射性核素傳輸的大氣與地表模型；利用高分辨率地球物理技術研究地殼結構特征地質變化的預測模型及數據；日本東北大地震與福島核電站事故再分析等。

地震、爆炸、放射性核素泄露產生的信號可被當地、區域或全球監測臺網觀測到，這些事件的發生時間、地理位置、事件特征可從監測數據中獲取。事件及其特征議題包括：根據逼真地球模型進行地震事件定位；利用逼真大氣模型進行次聲定位；根據多點放射性核素探測結果確定源區域；利用當地、區域以及全球臺網評估源的特性；核事故的觀測與評估；人工事件及觀測結果與現場視察的關聯；事件特征描述與現場視察程序在民用領域的應用等。

全面禁止核試驗條約規定可以對1 000km2范圍內的可疑區域進行現場視察。因此，傳感器、臺網、數據處理技術進展議題著重于傳感器、臺網及監測數據處理技術與解讀方面所取得的進展。這些進展可能來自已經在其他領域獲得應用的技術，如衛星影像；或對其他技術加以改進使之適用于CTBT。具體研討內容包括：監測網絡的設計；全球、區域事件與現場視察系統的比較及融合；不同監測數據的融合處理；與CTBT現場視察相關的商業和科學應用；提高系統的可維護性、可靠性及運行效率；適合處理大量數據的機器學習方法及其數據結構；將科技創新融入到運行數據處理上的技術途徑；傳感器、監測臺網、全球臺網的數據傳輸與處理、現場視察等方面的技術展望；教育、能力建設及知識轉讓等。

3 會議內容

會議首先由PTS執秘澤博博士對本次會議的情況進行了簡要介紹，聯合國秘書長潘基文專門為本次大會錄制了致辭視頻。本次會議采用3種交流方式：特邀專家專題報告、專家技術報告以及海報交流。

大會特邀專家包括英國皇家國際事務研究所的帕特麗夏路易斯等IAEA前負責人漢斯·布利克斯做了“安全需要科學和批判性思維”、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室前主任西格弗里德·赫克做了“批準《全面禁止核試驗條約》的風險與效益分析”、美國前國務卿埃倫·陶舍爾做了“推進布拉格降低核風險決議”、法國國防部戰略研究部主任米歇爾·米雷耶做了“科技：驗證可持續性的關鍵”等報告。

3.1 地震監測

國際數據中心（International Data Centre，IDC）工作人員介紹了IDC事件定義準則。在目前定義準則下，IDC的事件公報中漏檢了較多小震級區域事件，若適當放寬事件定義標準，則能解決上述問題，但可能導致IDC公報中事件數大幅度增加。另外，還介紹了利用波形相關檢測技術進行全球重復地震事件檢測的設想，通過設定波形模板，將實時監測波形數據與模板信號進行互相關，通過相關檢測實現重復事件的檢測。挪威地震研究中心（NORSAR）介紹了一種經驗匹配場技術（empirical matched field processing，EMFP），通過匹配臺站記錄的不同頻帶信號與模板信號具有相同的波前特征，從而實現對大地震余震的檢測，該方法解決了因震源時間函數差異導致的波形相關檢測失效問題。

大會多篇報告介紹了區域地震信號走時模型（regional seismic travel time，RSTT）反演的研究成果，目前美國已經完成了北美和歐亞部分地區的區域地震信號走時模擬反演。相關內容包括：RSTT基本原理、初始模型、在地震事件定位中的應用、利用真實事件對RSTT進行驗證、性能評估等。利用國際監測系統（international monitoring system，IMS）臺站觀測的數據，在使用不同信號走時模型和關聯信號數據量的情況下，對真實事件進行定位分析。結果表明，使用RSTT模型可以顯著提高IMS地震事件的定位精度

集成地震分析結果的臺網處理技術（NETwork processing Vertically Integrated Seismic Analysis，NET-VISA）是近年來研究的一種有別于傳統格點搜索法的地震事件關聯方法，通過利用真實地震事件及信號的統計特征，建立相應的概率模型。在保證相同誤檢率的情況下，可以使得IDC大量減少漏檢事件，從而改善大事件余震的定位精度、提高處理速度，NET-VISA關聯的先決條件是分析地區有歷史事件分布。下一步研究計劃包括添加水聲臺站進行關聯、集成實時背景噪聲水平等。

大會還有多篇報告介紹了IMS臺站監測能力，檢測信號與事件的量化評估方法；印度技術研究中心對喜馬拉雅及周邊地區的地震事件進行了再分析，總結了5.5級以上事件的發生規律。哈薩克斯坦地球物理研究機構對爆炸P波初動現象進行了研究，分析了前蘇聯1968—1983年在里海核試驗場進行的19次核試驗的爆炸機理；哈薩克斯坦地震臺網每年記錄超過5 000個爆炸事件，通常情況下，爆炸產生的地震波初動向上（＋），大約有0.2%的爆炸事件地震波初動向下（-）。

3.2 次聲監測

次聲技術是本次科技大會的重要內容之一，在6月17日下午與6月20日下午安排了兩個次聲專場報告。議題分別為大氣結構與次聲、次聲傳感器與數據分析，每個議題由5篇大會報告組成。另外20余篇海報交流了與次聲相關的研究成果。

美國夏威夷大學對海洋表面波非線性共振產生的次聲波進行了研究，該次聲信號的頻率在0.2Hz左右，利用氣候預報再分析系統提供的全球風場數據，通過WAVEWATCH 3波譜模型對2010—2012年的微氣壓場進行了預測。CTBTO與法國科研機構等共同開展了大氣表面壓力擾動與2008年8月1日太陽耀斑活動規律性的研究并與臨時布設的微氣壓計及IMS次聲臺網的監測結果進行了比較。利用線性數值譜模型對全部微氣壓計進行了預測，結果表明，臭氧層和對流層溫度的降低都會在地表產生可監測的氣壓擾動，而對流層溫度的降低更可能是導致地表氣壓變化的主要因素。IDC介紹了IMS次聲數據參與火山監測的相關情況，歐洲大氣分層動力學研究（ARISE）計劃旨在研究大氣層的動力學問題，該計劃獲得了CTBTO、法國圖盧茲火山灰觀測中心等40余家科研機構參加，CTBTO為該項目提供了大量次聲數據。俄羅斯大氣物理研究所分析了1981—2011年俄羅斯不同季節多次10kg～70t地面爆炸，發現不同季節在中層大氣層（20～120km）內均存在一個很好的大氣分層結構，總體上，中層大氣層中溫度和風的垂向分布不均勻性是該分層結構的主要特征。目前，IMS與各國研究機構建立的次聲臺站普遍采用MB2000和MB2005次聲傳感器。在本次大會期間，來自法國原子能委員會（French Alternative Energies and A-tomic Energy Commission，CEA）的技術人員介紹了最新研制的MB3000系列次聲傳感器，該傳感器最顯著的優勢是具有自適應校正能力。

3.3 核素監測

勞倫斯利弗摩爾國家實驗室、拉斯阿拉莫斯實驗室、羅斯朗自然實驗室等機構的技術人員介紹了使用示蹤氣體注入原地下爆炸腔體進行試驗研究的最新進展，英國和意大利的研究機構報告了爆后放射性同位素泄露過程的模擬計算。瑞典國防研究機構（FOI）介紹了現場視察（on-site inspection，OSI）新型惰性氣體監測系統（SAUNA-OSI）的研發進展，通過加快流程速度提高了可獲取樣品的數量、優化了鉛屏蔽體設計，正在進行原理樣機的試驗。法國CEA和美國西北太平洋國家實驗室（Pacific Northwest NationalLaboratoryPNNL等機構正在研發以Si-PIN作為β探測器的新型β-γ符合測量系統，并考慮將其納入已有的氙監測系統。伊朗報告了使用外校準源對β-γ系統進行校準的研究、英國核素實驗室介紹了反宇宙射線γ譜儀的研發情況。多篇報告介紹了放射性氙本底的監測情況和變化的規律性等。

3.4 水聲監測

IDC介紹了水聲監測技術研究的相關情況，目前，IMS水聲監測網絡包括5個T相臺站、6個H相臺站；介紹了一種三維拋物線水聲信號傳播模型，通過實例與二維模型進行理論模型及實測結果比較。荷蘭、英國、奧地利等國的科研機構利用兩個位于印度洋的IMS水聲臺站，開展了監測南極冰山的研究，識別出了由冰山破裂、相互撞擊、分解產生的水聲信號。利用臺陣信號方位角，對兩個較大的冰山（C20，B17B）進行了信號源定位，將定位的時空結果與衛星觀測結果進行對比，發現這些冰山就是所觀測水聲信號的觸發源，且在冰山破碎時產生的水聲信號最為集中。以C20冰山為例，隨著冰山的不斷破裂，探測事件在主冰山東南方向集中分布，這一觀測結果表明，水聲觀測可以記錄衛星無法識別的冰山破裂過程。

3.5 特殊事件分析

本次科技大會安排專題對朝鮮第3次核試驗和2013年2月15日俄羅斯隕石爆炸進行交流。

IDC對朝鮮第3次核試驗的監測情況進行了總結，IMS地震臺網監測到了來自朝鮮前兩次核試驗場附近的清晰信號，IDC計算的事件震級為4.9，共有96個IMS臺站監測到了信號，包括I30JP與I45RU次聲臺站；針對可能出現的放射性核素泄露，利用大氣輸運模型對核素擴散進行了模擬，在“2 ·12”核試驗后，周邊核素臺站沒有立即監測到放射性異常。55天后，即4月7日，在JPX38臺站監測到了明顯的Xe-133，通過ATM反演認為監測到的異常核素來自朝鮮核試驗場，日本、韓國等也給出了類似結論。NORSAR介紹了利用波形相關進行定位的結果，定位結果位于2009年試驗點西南450m，誤差100m。

韓國地球物理與礦產研究所（Korea Institute of Geoscience and Mineral Resource，KIGAM）的分析結果認為，第3次核試驗地點位于2009年爆炸位置以南400m，利用事件震級和P波譜比值，KIGAM給出的當量范圍為6～7kt（±3kt）。日本原子能研究院也利用大氣模擬等技術對4月7日Xe-133異常進行了分析，認為朝鮮第3次核試驗是成功的，爆炸當量相當于10kt，核燃料可能為Pu-139。

IDC、美國艾莫斯實驗室、法國CEA等機構介紹了2013年2月15日流星爆炸事件的分析結果。IMS次聲臺網中20個次聲臺站監測到了此次事件，其中最遠的次聲臺站距離爆炸點達45 000km。次聲信號的持續時間為10min～3h，多個次聲臺站監測到了大氣層不同反射層反射的次聲信號。監測次聲信號的平均周期為39s，根據周期與當量關系，推測此次流星爆炸當量為450kt，與美國NASA公布的結果較為接近。

3.6 多種監測技術融合

IDC介紹了一種利用大氣輸運反演，實現了地震、次聲、水聲與放射性核素的融合。當放射性核素臺站測到異常核素時，利用大氣輸運進行反演，結合由大氣輸運反演計算的核素敏感區域，從審核公報中搜索出敏感區域內可能與核素監測結果匹配的事件，并標記為融合事件。

德國國家數據中心（National Data Centre，NDC）與瑞典NDC在大會報告中介紹了2012年國家數據中心實戰演練（NDC Preparedness Exercise 2012，NPE2012）的相關情況。NPE2012由德國NDC負責組織，我國NDC參加了包括此次演練在內的歷次NPE演練德國NDC介紹了NPE2012演練的相關情況，并對演練事件推演過程進行了說明，與瑞典NDC分析過程基本相似，包括利用同位素活度比確定觸發事件的發生時間范圍，利用大氣輸運反演確定觸發事件的區域，并依此確定觸發事件。

本次大會的詳細內容可在全面禁止核試驗條約組織網站查詢（http：∥www.ctbto.org／the-organization／science-and-technology-the-conference-series／）。

（作者電子信箱，唐偉：tang.wei＠ndc.org.cn）

TL91；

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10.3969／j.issn.0235-4975.2014.05.007

2014-03-07。