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地震预警简史:150年前的敲钟设想,如今实现得怎样了?

建立地震早期预警系统的构想,最先由美国医生J·D·库珀在1868年提出。如今,比起“跑得快”,如何“跑得早”是更大的难题。

图片来源:视觉中国

记者 | 潘金花

6月17日22时55分,四川宜宾市长宁县发生6.0级地震,震源深度16千米。在震波即将抵达之际,四川成都高新区的民众首先听到的是响亮的倒计时警报。

利用电波比地震波快的原理,地震监测预警网络可在震中发生地震时,对地震还未波及的区域提前几秒到几十秒发出警报。当晚,成都提前61秒收到预警,覆盖180间学校与110个社区,发出警报的成都高新减灾研究所为民众避险赢得了宝贵时间。

在2008年汶川大地震发生后,该所所长王暾便回到家乡成立研究所,着手开发地震预警系统。在18日的新闻发布会上,王暾说,研究表明,预警时间3秒,可减少人员伤亡14%,预警时间10秒,可减少人员伤亡39%;汶川地震时,若有预警,给映秀10秒预警时间,北川31秒预警时间,青川55秒预警时间,可减少死亡2至3万人,即可以减少30%人员死亡。

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地震预警原理示意图。图片来源:USGS

据美国地质调查局(USGS)估算,每年全球平均会发生50万次可探测到的地震,其中有10万次能被感觉到,100次能造成破坏。

早在150多年前,人类与地震波的赛跑就已经开始。1868年,美国医生J·D·库珀(J.D. Cooper)最先提出了建立地震早期预警系统的构想,他设想在当时地震活动强烈、距离旧金山约100公里的霍利斯特布设地震探测装置,在地震发生后生成电磁信号,在地震波到达之前敲响旧金山市政大楼上的大钟。

不过,有关地震预警系统的构想直到100年后才真正成为了现实。

1960年代,日本国有铁道开始在新干线沿线布设地震监测仪,1980年代,日本国有铁道研发出紧急地震检测和警报系统(UrEDAS),同一时段,加州理工学院地球物理学家托马斯·希顿(Thomas Heaton)也提出了基于现代化计算机技术的地震预警模型(SCAN)。

两者均为现代地震预警系统的雏形。UrEDAS的原理是检测初期微震,在判断震源位置和规模后及时发出警报,主要起到在地震发生时减缓列车加速度、降低受害程度的作用;SCAN则扩大了预警范围,将计算机系统、电力、天然气及铁路网络均纳入其中。

随着计算机、数字通信和数字化强震观测技术日趋成熟,1991年,全球首个面向公众的地震预警系统(SAS)开始在墨西哥投入使用,最初用以监测格雷罗间隙(Guerrero Gap)地震带的活动是否会对墨西哥城造成影响,这是现今在多个城市使用的墨西哥地震预警系统(SASMEX)的原型。

1985年,墨西哥城曾遭遇过一次8.1级强震,尽管距离震中有300多公里,但由于高水分地质增强了地震波,墨西哥城最终有近万人丧生,上千栋建筑受损,好在这样的距离能给SASMEX争取1分钟的预警时间。

日本气象厅(JMA)构建的地震早期预警系统(EEW)则于2007年上线并推广到日本全境,利用日本境内密集分布的地震测站,由计算机迅速计算出地震发生的地点与震波的传播方向,以及时发布预警。

作为较成熟地震预警系统的代表,墨西哥SASMEX与日本EEW均通过多个通信渠道向公众发布预警,如户外扩音喇叭、电视、广播网络、手机广播等。日本在建筑物顶层、大街及官方的公务用车上都安装了扩音系统,日本放送协会(NHK)等广播机构也会以5种语言对外发布预警信息。

在智能手机时代到来后,应用程序也成为了一种新的预警发布方式。如墨西哥的SafeLiveAlert便已拥有30万用户,依托SASMEX技术,在部分地区可实现提前140秒发布预警,而且可以在断网情况下进行紧急通讯。

SafeLiveAlert

在日本较为常用的则有“小鲶鱼” Yurekuru Call(ゆれくるコール)和Yahoo!防灾速报(Yahoo!防災速報),两款应用程序分别拥有500万与1500万用户,其中Yurekuru Call会直接发布日本气象厅的地震与海啸警报,用户可以在程序内输入姓名与电话号码,登记自己是否安全,让亲友们放心,而Yahoo!防灾速报除了发布地震和海啸预警,还会通知暴雨、大雪、洪水等极端天气灾害。

Yurekuru Call,标志为卡通鲶鱼,日本古时曾有“鲶鱼翻身地震动”的说法

同处环太平洋地震带的智利、中国台湾与美国加州也在完善和开发自己的地震预警系统。

智利拥有覆盖全国的地震监测网络和全面升级的海啸预警系统,其国家应急办公室还推出了“准备好了的智利(Chile Preparado)”计划,邀请民众和学校参加定期举行的地震海啸演习。

台湾则在2016年将地震信息加入了灾防告警系统(PWS),通过手机提供地震速报消息。加州洛杉矶则在今年1月上线了美国首个开放下载的地震预警应用程序ShakeAlertLA,其中的ShakeAlert指的正是美国地质调查局正在研发的地震预警系统。

ShakeAlertLA

加州还计划于6月27日在沿海城市圣迭戈进行地震预警系统测试,届时处于圣迭戈服务区的所有手机预计都将收到响铃与信息提醒。

如今,土耳其、罗马尼亚、意大利等国也都拥有运行中的地震预警系统。

不过,地震预警并非是地震预报,无法提前预测,只是利用了电波与地震波的时间差,距离震中越近的地区越需要预警,但距离震中越远的地区才越有时间避险。2017年9月19日,墨西哥中部莫雷洛斯州曾发生7.1级地震,但由于震源深度浅且位于内陆,地震预警与地震波几乎为同时抵达,只留下了几秒钟的避险时间。

此外,尽管地震预警具有防灾减灾价值,但它也会出差错。2018年1月5日,日本地震预警系统就曾误报茨城县沿海发生强震,将同一海域发生的4.4级与3.9级地震识别为6.4级地震。

目前,各国除了使用地面台站观测地震,也正在利用卫星等空间技术手段来观测地球板块之间的相互作用,通过监测地表热红外辐射和电磁场的异常变化,推进地震预测的研究。为了跑赢地震波,我们更需要的或许不是跑得更快,而是跑得更早。

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