地震來了，預警管用嗎？

向由

2011年3月11日，日本東北部宮城縣發(fā)生8.8級大地震，地震引發(fā)的海嘯淹沒大量房屋

10、9、8、7……1，長寧地震之初，成都高新區(qū)響起了從大喇叭發(fā)出的倒計報時聲。在它結(jié)束的一剎那，人們準時感受到了大地的晃動。

在由地震帶來的陰影揮之不去的四川，地震預報在某種程度上實現(xiàn)了！

地震預警技術(shù)在這一天，驚艷了成都乃至全國。然而，不是所有聽見倒計時的人，都經(jīng)歷了激動人心的時刻。還有很多成都高新區(qū)的居民，在這60秒內(nèi)充滿了疑惑。

這就引發(fā)了地震預警的第一個爭議：沒能科普及通知到位的警報聲，在災難真正到來時，能夠保護生命嗎？

回答顯然是否定的，令人疑惑的預警倒計時并無意義。

但是，這在地震預警技術(shù)的發(fā)展早期，完全是不可避免的。對于大多數(shù)國人來說，地震預警是個新鮮事物。盡管有人在汶川地震后了解到，日本有完備的在地震到來時提醒民眾避險的技術(shù)，也往往知其然而不知其所以然。

包括中國大陸在內(nèi)的8個國家和地區(qū)，建成了地震預警系統(tǒng)。

在民眾中科普預警的方式和作用，這項工作勢在必行。但在地震預警的工作中，它遠遠不是最關鍵的。

理論超前

是誰研究出地震預警技術(shù)的？答案也許出乎意料，它是科學家?guī)扃暧?868年提出來的。

原理很簡單，地震往往發(fā)生在地層深處。由“因式分解法”，可以把地震看作是兩種運動：大地上下運動、大地左右運動。它們分別被命名為縱波、橫波。

縱波的速度更快。也就是說，當一個人站在震區(qū)，那么他會先感覺到地面的起伏，接著才是左右晃動、大地破裂、房屋倒塌。根據(jù)力學原理，上下運動的損害小，左右運動的損害大。在地震中想防災減災，主要是針對橫波。

庫珀認為，電波的速度，遠遠大過縱波與橫波的速度，那么，在感應到地震時，電波能夠?qū)⒌卣鸬南⒏嬖V遠方的民眾，提醒他們保護自己。

理論模型提出時，電話通訊還沒能實現(xiàn)，在當時這是一個毫無可操作性的理論。直到20世紀80年代，日本率先建成了世界上第一個實用性的地震預警系統(tǒng)。這并不令人感到意外，日本是發(fā)達國家，同時也是地震多發(fā)國家。據(jù)了解，日本每年發(fā)生1000多次有感地震，同時有270座火山，它對于地殼運動有必要也有實力關注。

實現(xiàn)庫珀的理論，離不開運算技術(shù)的發(fā)展。

真正建成第一個地震預警系統(tǒng)前，日本研究這項技術(shù)的時間已經(jīng)很久。在20世紀六七十年代，日本最先采取的辦法，是通過鐵路系統(tǒng)，在鐵路沿線安裝地震傳感器，當烈度超過一定的分值后，自動關閉列車上的電源。

此舉主要是為列車乘客和財產(chǎn)的安全著想，但它只能感受到傳感器所在的區(qū)域發(fā)生的地震。每個傳感器負責自己的區(qū)域，無法感知得更遠。與其說它是預警，不如說是基本的“感知-反應”自動控制系統(tǒng)。

實現(xiàn)預警的難點在于算法。傳感器能夠感應到地殼運動，并產(chǎn)生一系列的數(shù)據(jù)。判斷地震發(fā)生處的具體狀況，需要很多傳感器搜集到的數(shù)據(jù)。而分析這些數(shù)據(jù)，作出正確的判斷，顯然要等到計算機時代。

80年代末，日本第一次實現(xiàn)預警，運算中心這樣的“軟件”終于具備了。1995年阪神大地震后，日本建立了全國范圍的高敏感度地震觀測網(wǎng)，“硬件”的部分也日臻完善。

墨西哥迅速追上了日本搭建預警系統(tǒng)的步伐。原因也是地震。1985年，墨西哥城發(fā)生一起持續(xù)了數(shù)分鐘的大地震，造成的生命財產(chǎn)損失在墨史無前例。這促使墨西哥的科學界在1986年提出建立一個地震預警系統(tǒng)。

21世紀后，相對成熟的技術(shù)，讓地震預警系統(tǒng)開始在全球推廣。截至目前，有包括中國大陸在內(nèi)的8個國家和地區(qū)，建成了地震預警系統(tǒng)。

標準誰定？

再回顧一下地震預警系統(tǒng)的技術(shù)原理：首先是傳感器，它能瞬間感知到發(fā)生的地震，假設這個傳感器剛好在地震源頭的上方，那么，它的數(shù)據(jù)會經(jīng)過一段時間的分析—這段時間叫響應時間。接著，運算結(jié)論出具，系統(tǒng)將通知遠方的民眾。

僅僅在理論上，就能看出它固有的弊端：因為它發(fā)揮作用是在地震發(fā)生之后，加上分析數(shù)據(jù)需要一定的時間，所以，橫波往往在響應時間內(nèi)，已經(jīng)傳播了一段距離。這叫預警盲區(qū)。

可惜的是，預警盲區(qū)往往是震中附近的一圈不規(guī)則圓形，此處也是地震破壞力最大的區(qū)域。那么，最需要在地震時防護自己的震中的民眾，反而無法收到預警。

在實際應用中，這一弊端是無法規(guī)避的。現(xiàn)在各國采用的應對方法，只能是減少響應時間，盡可能地縮小預警盲區(qū)的面積。所以，地震預警系統(tǒng)是個全自動的秒級響應機器，沒有人工，是為了減少響應時間。

既然已經(jīng)在機器的自動化上爭分奪秒，那么，將預警信息通報給公眾的速度，理應強調(diào)快速。這就是地震預警業(yè)內(nèi)提出的“最后一公里”。

然而，現(xiàn)實因素是，精確發(fā)現(xiàn)震中地址并準確感應到地震的規(guī)模，需要在地面布置大量的傳感器。其次，將預警信息廣泛發(fā)布，需要占用極大的通訊信道。算下來，地震預警的耗費成本大，固有弊端明顯，而減災效果有限。

是否應當全面推廣預警系統(tǒng)？受制于上述原因，業(yè)內(nèi)并沒有統(tǒng)一結(jié)論。

墨西哥搶先一步，它是最早實現(xiàn)了向公眾發(fā)布預警信息的國家。日本雖然提前擁有這個系統(tǒng)，但考慮到成本因素，通報對象在很長時間內(nèi)，都是重要的建筑和工程，如鐵路系統(tǒng)和核電站。

原因是墨西哥政府率先“放權(quán)”。當?shù)氐念A警系統(tǒng)，是由一個非營利性組織開發(fā)的，叫CIRES。地震的監(jiān)測臺站，以及對外公布信息的資質(zhì)和執(zhí)行權(quán)，由它掌握。

長寧地震中，預警信息的發(fā)布者是四川高新減災研究所，這在后來引起了相當大的爭議。質(zhì)疑者說，它這樣一個民營機構(gòu)，不應該具有向公眾預警的權(quán)力。不過，至少從墨西哥經(jīng)驗來看，這不足為奇。

墨西哥預警系統(tǒng)在發(fā)布預警信息時的標準是，地震級別應在5～6級之間，此時信息發(fā)布到預警終端，當?shù)卣鸺墑e大于6級時，才能向公眾預警。而在日本，公眾預警信息的確認條件是，至少2個地震臺站監(jiān)測到大于或等于4度的地震烈度。

在中國，向公眾發(fā)布預警信息的標準也有爭議，這已經(jīng)在此次長寧地震中暴露出來。官方機構(gòu)的多名專家稱，標準應在5級以上。減災所方面提出，地震預警有安定人心的作用，建議標準為3級以上。

細節(jié)成敗

為什么地震預警的標準會有這么多差異？

首先，仍要回到地震預警技術(shù)的弊端。由于系統(tǒng)是全自動的一套秒級響應系統(tǒng)，在地震發(fā)生時，它往往在縱波抵達地面時的一秒之內(nèi)，分析出地震的各項指標。它反應雖快，卻不夠精確。

在地震中想防災減災，主要是針對橫波

有部分研究發(fā)現(xiàn)，地震預警系統(tǒng)傾向于將地震判斷為中型地震。也就是說，當?shù)卣馂樾⌒偷卣饡r，預警出的指標偏高。大型地震時，指標偏低。所以，對于地震來時的第一次預警信息，有的國家傾向于取高不取低。

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其次，發(fā)布地震預警，還關系到社會穩(wěn)定。“地震”的消息容易造成民眾恐慌。有業(yè)內(nèi)人士認為，不能造成破壞性力量的地震，就沒有必要對外公布。他們顧慮，民眾經(jīng)歷多次地震預警，卻發(fā)現(xiàn)地震并沒有破壞性時，會透支預警系統(tǒng)的可信度，相當于“狼來了”。

多種考量，涉及不同國家及地區(qū)公權(quán)力的治理思路，而對科研人員來說，他們面對的問題是，如何將地震預警信息的內(nèi)容做到盡可能精確。

遺憾的是，速度和精確度似乎是永遠的矛盾統(tǒng)一體。

現(xiàn)有的辦法是，盡可能多地布置傳感器，增加傳感器的類型，以及傳感器的性能。日本的地震預警硬件就歷經(jīng)過多次迭代。1998年，他們改進后的硬件簡化版UrEDAS，僅僅使用縱波抵達地面時的一秒之內(nèi)的信息，就能夠快速預警。現(xiàn)在他們大量采用了便攜式FREQL系統(tǒng)，可以進一步減少響應時間。

地震預警的耗費成本大，固有弊端明顯，而減災效果有限。

四川高新減災研究所早在幾年前宣稱，他們打造的大陸地震預警網(wǎng)絡，已經(jīng)在面積和數(shù)量上，超過了研究多年的日本。不過，減災所宣傳它覆蓋面積220萬平方公里，相應的傳感器卻只有5600個。一個傳感器能夠覆蓋的最大面積，接近400平方公里。

不難看出，減災所的傳感器，實際間距近似于20公里。相比之下，中國官方機構(gòu)即將鋪完的預警網(wǎng)絡，包括在全國建設15391個臺站，重點區(qū)內(nèi)臺站之間的平均間距僅為12.5公里，后者的效果無疑要好得多。

另外，在傳感器單個硬件上，減災所承認，他們建設的地震預警監(jiān)測點，主要利用的是基于MEMS傳感器技術(shù)的烈度儀，而且就性能而言，“可能不符合相關的標準，但是夠用”。這也成為專業(yè)人士口中的槽點。

在傳感器數(shù)量、類型、性能都落后于日本的情況下，減災所幾年前宣稱“超越”是否合理？業(yè)內(nèi)人士認為，這大有值得商榷之處。而官方地震預警網(wǎng)絡中，傳感器有三類：基準站（安裝寬頻帶測震儀和強震儀）、基本站（安裝強震儀）和一般站（安裝烈度儀），它們所能發(fā)揮的功效值得期待。

再看地震預警的誤報率，很多專業(yè)人士擔憂，預警系統(tǒng)只要發(fā)生一次誤報漏報事件，那就是加強版的“狼來了”。據(jù)此，他們認為發(fā)布預警信息的權(quán)力，應該僅僅掌握在官方機構(gòu)手中。

事實上，專業(yè)人士或許太執(zhí)著于技術(shù)倫理，他們可能不了解，墨西哥非官方研究出的地震預警系統(tǒng)就發(fā)生過誤報事件。1993年11月，墨西哥城在預警過后并沒有發(fā)生地震。另外，墨西哥預警系統(tǒng)也多次在地震等級不夠時，向公眾發(fā)布了預警信息。

但是，墨西哥民眾的反應，并不是抱怨“狼來了”，而是普遍表示了支持和理解。在地震來時的避難減災問題上，寧可錯過不可放過，這樣保守而謹慎的心態(tài)，是放之四海而皆準的。