全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)平臺芻議

蘇日娜 王東明 陳敬一 曹 暢

1）中國呼和浩特010010 內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局

2）中國北京100029 中國地震災(zāi)害防御中心

3）中國沈陽110034 遼寧省地震局

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，過去20 年全球自然災(zāi)害造成人類死亡逾123 萬，超過39 億人次受到影響（受傷、失去家園或者需要緊急援助）。同時，災(zāi)難導(dǎo)致約2.97 萬億美元的經(jīng)濟損失（Mizutori et al，2020；ADREM et al，2021）。在諸多自然災(zāi)害中，地震災(zāi)害發(fā)生頻次占比約7.8%，但人員死亡和經(jīng)濟損失占比卻達到約56%和23%，可見地震災(zāi)害具有發(fā)生頻次低、災(zāi)害死亡率高和經(jīng)濟損失大等特征。

強烈地震可能會造成一系列對生命、財產(chǎn)產(chǎn)生威脅的次生災(zāi)害，給自然環(huán)境和社會帶來多方面破壞和損失。具體而言，在山地、丘陵等地區(qū)發(fā)生地震，一般會伴隨不同程度的崩塌、滑坡和泥石流；受地震影響，電器發(fā)生短路會引發(fā)火災(zāi)（引燃煤氣、汽油等）；水庫大壩、江河堤岸倒塌或震裂會引起水災(zāi)；地震所引發(fā)的海嘯、核泄漏、有毒物質(zhì)泄漏、蔓延、衛(wèi)生環(huán)境惡化等，更可能帶來國際風(fēng)險。這些地震引發(fā)的災(zāi)害鏈甚至比地震本身造成的破壞更嚴重。

地震巨災(zāi)給人類社會帶來嚴重威脅，其對重大工程設(shè)施的高破壞力，甚至對全球產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生深遠影響。而當(dāng)前對于全球地震事件的速報主要關(guān)注地震事件本身（如震級、位置），災(zāi)情信息獲取則相對滯后，且缺乏對震災(zāi)影響的全方位分析。本文通過統(tǒng)計分析全球自然災(zāi)害損失，明確了地震巨災(zāi)造成的重要全球性影響，由此提出建設(shè)全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)平臺的設(shè)計構(gòu)想，初步確定平臺的建設(shè)目標(biāo)、技術(shù)路線和建設(shè)內(nèi)容，并提出在平臺中發(fā)展全球地震災(zāi)情預(yù)評估業(yè)務(wù)。建設(shè)該平臺，有助于實現(xiàn)全球地震事件的快速跟蹤響應(yīng)，為國際地震災(zāi)害應(yīng)急決策提供技術(shù)支撐，為逐步構(gòu)建服務(wù)全球的地震災(zāi)害綜合信息業(yè)務(wù)奠定基礎(chǔ)。

1 全球自然災(zāi)害損失統(tǒng)計

根據(jù)災(zāi)害流行病學(xué)研究中心（Centre for Research on the Epidemiology of Disasters，CRED）、紅十字會與紅新月會國際聯(lián)合會（International Federation of Red Cross and Red Crescent Societies，IFRC）全球自然災(zāi)害統(tǒng)計結(jié)果，在2001—2020 年，全球受災(zāi)國共報告7 281 次自然災(zāi)害，因災(zāi)死亡人數(shù)達123.6萬，受災(zāi)人數(shù)累計39.3 億，直接經(jīng)濟損失高達29 701 億美元。其中，地震災(zāi)害539 次，造成人類死亡72.4 萬，受災(zāi)人數(shù)累計1.19 億，直接經(jīng)濟損失達5 566 億美元。據(jù)Hoyois 等（2007）、Scheuren 等（2008）、Rodrigue（2009，2010）、Guha-Sapir 等（2011，2012，2013，2014，2015，2016，2017）、Mizutori 等（2018，2020）的報告，繪制2001—2020 年間全球各類自然災(zāi)害統(tǒng)計及地震災(zāi)害年度人員傷亡和經(jīng)濟損失占比結(jié)果，見圖1、圖2。可見，20 年中占比僅7%的地震災(zāi)害造成了59.3%的人員傷亡和18.9%的經(jīng)濟損失。

圖1 2001—2020 年間各類自然災(zāi)害頻次與占比Fig.1 Frequency and proportion of various natural disasters from 2001 to 2020

圖2 2001—2020 年全球地震災(zāi)害年度死亡人數(shù)和經(jīng)濟損失占比Fig.2 Annual death toll ratio and economic loss ratio of global earthquake disaster from 2001 to 2020

據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，單次地震傷亡萬人以上的7 次地震，共造成67.6 萬人死亡，占比93.4%，經(jīng)濟損失3 205 億美元，占比57.6%（表1）。可見，在自然災(zāi)害中地震災(zāi)害具有發(fā)生頻次低、災(zāi)害死亡率高和經(jīng)濟損失大等特征。

表1 2001—2020 年間死亡萬人以上地震災(zāi)害統(tǒng)計Table 1 Statistics of earthquakes with more than 10000 deaths from 2001 to 2020

基于地震災(zāi)害的發(fā)生頻次、死亡人數(shù)、受影響人數(shù)和經(jīng)濟損失，分析2001—2020年全球各大洲（亞洲、歐洲、美洲、非洲、大洋洲）地震災(zāi)情，見圖3，可見亞洲和美洲地區(qū)震災(zāi)人員傷亡占比高達99%，受影響人數(shù)達98%，經(jīng)濟損失88%，而地震發(fā)生頻次則有81%。結(jié)合表1 可知，2004 年印度洋地震及海嘯、2010 年海地、2008 年汶川等7 次特大地震均發(fā)生在亞洲和美洲，且受災(zāi)國多屬發(fā)展中國家，建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)偏低、監(jiān)管不嚴是導(dǎo)致人員傷亡嚴重的主要原因。

圖3 2001—2020 年全球地震災(zāi)情統(tǒng)計Fig.3 Statistics of global earthquake disasters from 2001 to 2020

據(jù)調(diào)查，2010 年智利8.8 級地震造成562 人死亡，經(jīng)濟損失300 億美元，同年發(fā)生的海地7.0 級地震造成逾22 萬人死亡，經(jīng)濟損失80 億美元，相當(dāng)于海地國內(nèi)生產(chǎn)總值的123.5%。可見，在經(jīng)濟全球化、產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)絡(luò)化的時代，地震災(zāi)害對發(fā)展中國家的不利影響更為深遠和廣泛。

在全球經(jīng)濟一體化進程中，地震巨災(zāi)的國際影響更為顯著。2011 年東日本9.0 級大地震引發(fā)的海嘯對當(dāng)?shù)睾穗娬驹O(shè)施造成破壞，改變了核工業(yè)進程，甚至對全球能源發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。同時，由于日本在全球產(chǎn)業(yè)鏈中的特殊地位，震區(qū)內(nèi)能源、汽車和電子等產(chǎn)業(yè)受地震影響被迫停產(chǎn)，造成合作國家相關(guān)企業(yè)受到不同程度的影響。據(jù)孟永昌等（2015）對此次地震對全球經(jīng)濟影響的評估，發(fā)現(xiàn)對中國的經(jīng)濟影響量達到近35 億美元。因此，必須重視地震巨災(zāi)影響的全球性問題，并開展全球尺度上的巨災(zāi)風(fēng)險評估管理，以保障我國國際投資穩(wěn)定發(fā)展，盡可能降低全球地震巨災(zāi)對我國的影響，減少災(zāi)害損失。

2 全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)平臺設(shè)計

隨著“一帶一路”倡議的推進，我國在境外投資逐年增加，因此盡可能準(zhǔn)確評估投資區(qū)域的地震災(zāi)害風(fēng)險以及大震巨災(zāi)可能帶來的影響，是國家安全發(fā)展對全球地震災(zāi)情服務(wù)的客觀需求。由此提出建設(shè)全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)平臺的設(shè)計構(gòu)想，建立全球災(zāi)害性地震震例與災(zāi)情信息數(shù)據(jù)庫，研制基于GIS 的全球歷史地震災(zāi)害事件信息查詢與分析系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)和AI 算法，實現(xiàn)全球地震災(zāi)情大數(shù)據(jù)的采集與整理，開展全球大震巨災(zāi)災(zāi)情與影響預(yù)評估，搭建國際合作平臺并提供全球化服務(wù)。針對功能需求和建設(shè)目標(biāo)，擬從6 個方面進行平臺設(shè)計。

（1）全球歷史地震災(zāi)害事件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)：基于通用數(shù)據(jù)庫平臺，完成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計。編制數(shù)據(jù)收集標(biāo)準(zhǔn)，收集整理全球歷史地震災(zāi)害事件相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，包括破壞性地震目錄、死亡人數(shù)、受災(zāi)人數(shù)、災(zāi)區(qū)范圍、經(jīng)濟損失、次生災(zāi)害情況、震區(qū)基本的地理環(huán)境信息、人口信息、民族特征、房屋特征，等等，并按照格式要求進行數(shù)據(jù)處理和入庫。

（2）全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)系統(tǒng)：基于GIS，實現(xiàn)全球歷史地震災(zāi)害事件信息的空間展布與快速查詢檢索、可視化統(tǒng)計分析；基于網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)，實現(xiàn)對世界主要網(wǎng)站，如USGS、聯(lián)合國減災(zāi)署、主要地震國家官方新聞門戶網(wǎng)站等平臺地震災(zāi)害信息的智能抓取（圖4）；實現(xiàn)英漢信息的自動翻譯和關(guān)鍵信息提取；實現(xiàn)災(zāi)情快報（根據(jù)抓取的信息，震后每隔幾小時更新一次）、災(zāi)情周報（每周匯總?cè)虻卣馂?zāi)情信息）和災(zāi)情月報（每月匯總?cè)虻卣馂?zāi)情信息）的半自動化生成；實現(xiàn)對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)可視化模板、災(zāi)情報告模板的編輯和管理。

圖4 全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)平臺建設(shè)的設(shè)計構(gòu)想Fig.4 Design conception of global earthquake disaster information integrated service platform

（3）全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)平臺集成及部署：建設(shè)平臺運行基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境（數(shù)據(jù)庫平臺、GIS 平臺、硬件設(shè)施）；建立全球地震災(zāi)害信息服務(wù)業(yè)務(wù)工作的技術(shù)流程和產(chǎn)品清單，形成常態(tài)化業(yè)務(wù)工作，不斷開展數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)的更新和運維。

（4）全球歷史地震災(zāi)害事件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫升級：對信息自動獲取和分析功能進行升級，重點基于AI 算法，實現(xiàn)更高效、精準(zhǔn)的信息提取；逐步增加災(zāi)情信息分析、防災(zāi)減災(zāi)輔助決策等功能模塊。

（5）全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)系統(tǒng)擴展：對全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)系統(tǒng)進行擴展，逐步增加對日語、法語、意大利語、波斯語、西班牙語、葡萄牙語等地震災(zāi)情信息的抓取、識別和翻譯功能，實現(xiàn)對全球主要地震帶語種的全覆蓋。

（6）全球地震災(zāi)害信息服務(wù)業(yè)務(wù)體系深化和完善：對全球地震災(zāi)害信息服務(wù)業(yè)務(wù)體系進行深化和完善，建立日常運維、管理體系和業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化體系。

可以預(yù)期，建設(shè)全球地震災(zāi)害信息管理系統(tǒng)，將在提升我國參與全球地震災(zāi)害風(fēng)險管理與治理能力，進一步深化“一帶一路”地震減災(zāi)合作方面發(fā)揮作用，實現(xiàn)對全球地震事件的快速響應(yīng)、災(zāi)情研判及信息管理，為管理全球地震災(zāi)害風(fēng)險和地震災(zāi)害影響評估提供支持，以實現(xiàn)減輕地震災(zāi)害損失、保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和地震安全的目標(biāo)。

3 全球地震災(zāi)情預(yù)評估

為了滿足對全球地震災(zāi)情快速響應(yīng)和準(zhǔn)確評估的需求，避免災(zāi)情信息間接獲取導(dǎo)致的災(zāi)情評估滯后，考慮在全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)平臺建設(shè)中加強對預(yù)評估技術(shù)的應(yīng)用。預(yù)評估是一種針對地震情景的評估手段，通過對設(shè)定的大震巨災(zāi)情景下可能的人員傷亡、經(jīng)濟損失和后續(xù)影響的事前估計，完成對全球大震巨災(zāi)災(zāi)情的事前評價。通過預(yù)評估和災(zāi)情信息校正，實現(xiàn)對全球地震災(zāi)情的快速、準(zhǔn)確獲取，對于全面深化“一帶一路”建設(shè)，共同構(gòu)建人類命運共同體具有現(xiàn)實意義。

由于全球防震減災(zāi)科技與事業(yè)發(fā)展的不均衡，在全球災(zāi)情預(yù)評估中，可考慮因地制宜地采用易損性方法或簡易方法（圖5）。

圖5 全球地震災(zāi)情預(yù)評估中的損失分析方法(a)易損性分析；(b)簡易分析Fig.5 Loss analysis method in global earthquake disaster pre-assessment

（1）易損性分析。易損性方法適用于基礎(chǔ)資料豐富地區(qū)，利用較為詳實的社會財富分類系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)資料庫，通過評估設(shè)定地震影響下各類建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)施的預(yù)期損失，并將分類損失疊加獲得，公式如下

式中，Lj[A=xj]是在地震動參數(shù)A=xj作用下j類結(jié)構(gòu)的損失值；Pj[DSi|A=xi]是在地震動參數(shù)A=xi作用下j類結(jié)構(gòu)出于破壞狀態(tài)DSi的概率；Rj[DSi]是j類結(jié)構(gòu)在破壞狀態(tài)DSi的損失比；ESWj是j類結(jié)構(gòu)的暴露存量財富值（Exposure of stock wealth）。

（2）簡易分析。對于資料不易獲取地區(qū)，陳棋福等（1999）、劉杰等（1999）提出一種評估地震災(zāi)害損失的簡易方法。該方法被借鑒并修改為利用震級—烈度衰減關(guān)系，通過歷史地震災(zāi)情資料回歸獲得的烈度、宏觀指標(biāo)（如經(jīng)濟指標(biāo)、抗震能力指數(shù)等）與地震損失率之間的經(jīng)驗關(guān)系，對目標(biāo)地區(qū)展開評估，公式如下

式中，S表示可能受到地震損壞的社會財富；F(I,MI,S)表示社會財富受地震破壞的程度，由地震烈度I和宏觀指標(biāo)MI（Macro Indicators）決定，其中宏觀指標(biāo)MI 與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展情況和建筑抗震能力情況相關(guān)。

4 結(jié)束語

通過對近20 年全球自然災(zāi)害損失分析得出，地震災(zāi)害尤其是大震巨災(zāi)具有高致死性、高破壞性和廣泛國際影響等特點。隨著我國境外投資的逐年增加，有必要通過技術(shù)平臺建設(shè)，加強對全球地震災(zāi)害風(fēng)險的管理能力，最大程度地保障國際投資安全。文中提出了建設(shè)全球地震災(zāi)害信息綜合服務(wù)平臺的設(shè)計構(gòu)想，給出了平臺的建設(shè)目標(biāo)、技術(shù)路線和建設(shè)內(nèi)容，提出在平臺中實現(xiàn)全球地震災(zāi)情預(yù)評估業(yè)務(wù)，并探討了預(yù)評估工作可采用的技術(shù)方法。建設(shè)該平臺，有助于實現(xiàn)全球地震事件的快速跟蹤響應(yīng)，為國際地震災(zāi)害應(yīng)急決策提供技術(shù)支撐，為逐步構(gòu)建服務(wù)全球的地震災(zāi)害綜合信息業(yè)務(wù)奠定基礎(chǔ)。