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“学校广播(地震)警报10秒后,我们研究室所在的12楼剧烈震动。”日本宫城县仙台市东北大学建筑系学生刘述照回忆2011年“3?11”大地震时说。
短短10秒,居民可就近躲避,新干线上飞奔的列车可戛然而止。
借由一套遍及全国的地震预警系统,日本气象厅可直接将地震信息发送至各个核电站、铁路等国家级设施的传感器——震后10秒之内,日本东部所有运行中的火车、地铁、电梯、扶梯等自动设备均可进入停止状态,避免地震波造成火车、地铁脱轨等事故;而钢铁、焦化等工厂的生产设备也在10秒内停止,避免火灾和其他事故的发生(相关报道见《财经》2011年第7期“日本浩劫沉思”)。
这套地震预警系统被誉为“生命的防线”,在日本已经运行多年。
地震预警原理并不复杂。按传播方式,地震波主要有纵波、横波两种类型。当传输最快的纵波触发了地震预警系统后,无线电波或光纤信号传播预警信号,其速度快于地震波,利用这个速度差在破坏性地震波到达之前发出警告,就可以警醒民众采取应对措施。
“(如果建设一套)有效的地震预警,可使 ‘5?12’ 汶川大地震至少减少死亡2万-3万人。”一位地震专家对《财经》记者说。
2012年7月11日,成都宣布将建设城市地震预警系统,这是中国首个城市实施的地震预警应用。一周后,位于郯庐地震断裂带上的安徽滁州市,也宣布该市地震预警系统项目建设正式启动。
国家减灾委专家委副主任、国务院应急管理专家组组长闪淳昌曾呼吁,中国要抓紧建立国家地震速报预警系统,健全突发事件预警体系。
以空间换时间
2011年12月6日晚10点03分,汶川县发生3.8级地震。
就像赛跑场上的枪声响起,纵波以每秒5.5公里-7公里的速度奔跑,也触发了汶川余震区域内布设的地震报警器,经过信号分析,预警信息产生。
光纤传输的预警信号以每秒30万公里的速度向接收终端奔去。同时,破坏力最强的横波,则以约每秒3公里-4公里的速度从汶川赶往江油市——距离汶川县约140公里外,江油市双河初中设有一个信号接收终端。
如同闪电和打雷,本是同时发生,但光速比声速传播的更快,闪电总是先到,光纤信号亦同样将横波抛在身后,140公里的空间距离给了双河初中36秒的预警时间(横波抵达双河初中约需39秒)。
当报警信号抵达,地震的震源、震级等信息就立即出现在广播室的电脑桌面上,广播系统自动显示36秒倒计时。
随后,校园响起连续急促的警报声。
双河初中学生就寝时间为21时30分,此时大部分学生已在一栋四层楼的宿舍中入睡。当广播地震倒计数时,部分师生听见后开始叫喊,其他师生快速行动起来。1276名学生全部撤离到了操场。
该校政教处主任郭天茂接受《财经》记者采访时表示,当天,“我们撤退完毕接近一分钟”。但他认为,“(预警)30秒是来得及撤退的。”
相继宣布建立城市预警系统的成都和滁州,其预警技术均由成都一家减灾研究所提供。该所并非官方研究机构,而是一支由海归博士王暾领衔的民间研究力量。目前,这家研究所已在汶川地震震区四川的北川中学、成都龙王庙小学、汉旺中学和江油双河初中以及甘肃、陕西的三所中小学校安装了预警接收终端。
上述减灾研究所负责人王暾分析,如果汶川地震时建有预警系统,青川县居民可获得长达50秒的预警时间,考虑到人员反应时间和房屋倒塌时间,青川人尚有超过40秒的避险时间。青川楼层多低于五层,因此青川人一般情况下可以跑出去。
一位历经汶川地震的都江堰防震减灾局工作人员感慨,“在地震现场,如果有几秒钟提前预警,是多么宝贵。”
国际地震科学界的共识是,地震预警比地震预报更实际、更可靠。四川省地震局原局长龚兆和表示,目前任何国家均不能准确进行临震预报,而与难度巨大的地震事先预报不同,地震预警已经在日本等国收到可见的效果,值得提倡。
成都试验
在“5?12”汶川地震一年后,成都市就开展了地震烈度速报一期工程,部署了67个烈度速报监测台站,但此工程只能在地震发生后进行快速、定量估计地震烈度,为地震应急反应提供科学依据,并不能起到在地震发生过程中的预警作用。
成都市的设想是,在破坏性地震波来临之际,离震中100公里的地方将提前20秒收到全市预警。智能手机用户、电视台、商场、学校等都将在第一时间得到预警。成都市也希望像日本一样,未来的地震预警系统中能够通过自动控制系统,使地铁、高铁等轨道交通提前停止行驶。
2012年5月15日,汶川县防震减灾工作实现了通过电视向公众发布地震预警信息。
据地震预警试验台网测定,在5月14日12时0分,青川县发生预警震级1.3级地震。地震发生第6秒时,预警系统发出预警,并在第9秒时由汶川县电视台通过电视向观众发布了地震预警信息:“温馨提示:青川县正在发生轻微地震,汶川无震感。”
不过,整体而言,建立一个覆盖整个城市的地震预警系统,需经精密周全的论证方可实施。
地震预警系统建设和运作需要大量资源来支撑。目前,已经展开的地震烈度速报二期工程已被纳入这一系统,二期工程建设57个新台站,计划今年完工。而此前布局的67个监测台站,也利用新技术进行了加密建设,以提高精度。按照计划,成都将实现平均每100平方公里就有一个监测站台。
由于每个区域的地质构造不同,处于龙门山断裂带的都江堰、彭州、崇州等,将是重点监控区域,台站的分布会比较密集。
成都市防震减灾局应急管理处处长徐水森向《财经》记者表示,在地震系统接收信息试验成熟后,将向一些重点企业和工程推广,但其中大量细节目前尚无法规划。“今年先推进技术完善,在下一步推进过程中,将在防震减灾局系统内部做试验。”
在成都市的规划中,该工程要通过系列项目的验证,让地震预警技术更加成熟,以免发生预警误报。此后,预警系统将逐步在城市的重要行业进行试点,并推动配套法规的制定。第三步才可向公众推广。因此,规划尚无明确时间表。 全国台网顾虑重重
中国在一些特殊的场所也设有近似地震预警系统的装置。比如,所有的核电站都建有地震紧急处置系统,即在核电厂周边布设一系列地震传感器,当地震发生时,核电站会监测核反应堆的震动情况,根据地震数据来人工决策是否停堆。
由于给予了人工决策时间,这一系统实际上是一种监控,而非预警。
在京沪、京津、哈大、京石武等几条线路上,铁道部也采用了一套较为简单的阈值触发预警系统,即当沿铁路线布设的监测仪,探测到线路上某一点的地面运动加速度超过安全限值时,就发出报警信号,附近行驶中的高铁列车将紧急刹车。
这几条铁道线路的地震预警设备并非地震部门实施的,一般是通过招标形式,由中标公司来建设,中标公司则聘请地震部门作为技术支持。
闪淳昌曾提出,应该抓紧建立国家地震速报预警系统,完善核设施、高速铁路、输油(气)管线、城市煤(天然)气管网等重大工程和生命线设施的地震紧急自动处置系统,探索社会安全领域的预警。
中国地震局亦有在“十二五”期间建成全国地震预警网的雄心。2009年12月,经国家发改委批准,中国地震局的国家地震社会服务工程项目立项。该项目选择北京(首都圈)和兰州两地,建设示范预警台网,包括强震数据传输等系统。其中,首都圈地震预警示范系统,新建了80个强震动台站。
一般来说,地震发生3秒以后,单个台站监测到纵波信息,可初步确定时间、地点、震级等地震信息,不过,确定震级和定位是持续的过程,随着多处台站监测到信号,可以更为准确地判断地震信息。但已经启动的这个地震预警示范系统,终非真正意义上的地震预警系统,而是试验系统。
未来真正做全国性的地震区域预警,需要几十亿元的投入,地震台网系统要有理想的设备条件。高密度台网的平均间距应该在10公里-30公里,这一点目前首都圈的地震预警示范系统也达不到。
中国地震局工程力学研究所副所长李山有对《财经》记者表示,中国地震局没有较大把握的话,不会轻易推出地震预警系统。
业内主要担心的是,城市地震预警误报可能造成负面影响,包括经济损失和公众对预警信任度的削弱,以及地震预警误报可能造成停产误工及重启设备的损失。
实际上,王暾在汶川等地开展试验时,对预警试验志愿者也说明预警系统可能有不足。在其制作的《参与公众体验地震预警的志愿者申请表》中提到,志愿者需了解地震预警技术的不足,地震预警存在漏报、误报、迟报、错报的可能。
地震预警中最有可能造成问题的是误报和漏报。即使在地震预警技术较为成熟的日本,其在地震发生初始,预警发送的信息也不是完全准确的。
2008年6月14日,岩手和宫城地区发生7.2级地震,预警系统在检测到第一个地震波4.5秒后就向公众发出警报,由于实际震级比估计值要大,其在22.4秒后又发出修正预警。
震级的快速确认是利用地震发生前几秒的信息,这一数据会存在较大的误差。传统方法是依据横波的最大值(即峰值),这样能够较为准确地确定震级;而地震预警系统为了抢时间差,不会等到横波最大值出现,而是利用最先到达的纵波来推测峰值,因此,准确度相对较低。
不过,通过大量的实际地震试验和检验可以解决对地震预警误报和漏报的担忧。
徐水森则担心公众对地震预警的认识程度,因为一旦误报或漏报引发民间纠纷,将是棘手问题。一位业内人士透露,目前,中国地震局系统正在进行对非特定对象发送地震预警信息的研究, 即像成都市一样向更广泛的人群传播信息。
这也非易事。比如通过手机短信平台发布预警信息,但现在的运营商发布短信存在延迟现象,“7?21”北京暴雨的气象预警糟糕的短信提示就多被诟病。按现有的短信预警发布平台,信息从发出到被接收,可能要经过几十秒的时间,这将浪费掉辛苦“赛跑”中赢得的时间差。
而通过电视和网络发布信息更及时,这在日本已很成熟,但国内对各类灾难播报尚未形成一个有效的信息发布机制。
四川省地震局应急救援处副处长龚宇也认为,与日本开展预警工作较早、社会对误报容忍度高不同,中国地域广阔,人口众多,防灾意识多寡不一。2010年3月21日,太原市市民听信地震谣言,万人到街头、广场躲地震,“地震谣言”引发社会恐慌情绪。“我们承担风险的能力尚不够,万一报错了怎么办?”
但是,四川省地震局原局长龚兆和认为,“宁可听到百姓的骂声,不可听到百姓的哭声,”地震业务部门要尽其职责,积极推进预警技术研究及其应用的研发。
短短10秒,居民可就近躲避,新干线上飞奔的列车可戛然而止。
借由一套遍及全国的地震预警系统,日本气象厅可直接将地震信息发送至各个核电站、铁路等国家级设施的传感器——震后10秒之内,日本东部所有运行中的火车、地铁、电梯、扶梯等自动设备均可进入停止状态,避免地震波造成火车、地铁脱轨等事故;而钢铁、焦化等工厂的生产设备也在10秒内停止,避免火灾和其他事故的发生(相关报道见《财经》2011年第7期“日本浩劫沉思”)。
这套地震预警系统被誉为“生命的防线”,在日本已经运行多年。
地震预警原理并不复杂。按传播方式,地震波主要有纵波、横波两种类型。当传输最快的纵波触发了地震预警系统后,无线电波或光纤信号传播预警信号,其速度快于地震波,利用这个速度差在破坏性地震波到达之前发出警告,就可以警醒民众采取应对措施。
“(如果建设一套)有效的地震预警,可使 ‘5?12’ 汶川大地震至少减少死亡2万-3万人。”一位地震专家对《财经》记者说。
2012年7月11日,成都宣布将建设城市地震预警系统,这是中国首个城市实施的地震预警应用。一周后,位于郯庐地震断裂带上的安徽滁州市,也宣布该市地震预警系统项目建设正式启动。
国家减灾委专家委副主任、国务院应急管理专家组组长闪淳昌曾呼吁,中国要抓紧建立国家地震速报预警系统,健全突发事件预警体系。
以空间换时间
2011年12月6日晚10点03分,汶川县发生3.8级地震。
就像赛跑场上的枪声响起,纵波以每秒5.5公里-7公里的速度奔跑,也触发了汶川余震区域内布设的地震报警器,经过信号分析,预警信息产生。
光纤传输的预警信号以每秒30万公里的速度向接收终端奔去。同时,破坏力最强的横波,则以约每秒3公里-4公里的速度从汶川赶往江油市——距离汶川县约140公里外,江油市双河初中设有一个信号接收终端。
如同闪电和打雷,本是同时发生,但光速比声速传播的更快,闪电总是先到,光纤信号亦同样将横波抛在身后,140公里的空间距离给了双河初中36秒的预警时间(横波抵达双河初中约需39秒)。
当报警信号抵达,地震的震源、震级等信息就立即出现在广播室的电脑桌面上,广播系统自动显示36秒倒计时。
随后,校园响起连续急促的警报声。
双河初中学生就寝时间为21时30分,此时大部分学生已在一栋四层楼的宿舍中入睡。当广播地震倒计数时,部分师生听见后开始叫喊,其他师生快速行动起来。1276名学生全部撤离到了操场。
该校政教处主任郭天茂接受《财经》记者采访时表示,当天,“我们撤退完毕接近一分钟”。但他认为,“(预警)30秒是来得及撤退的。”
相继宣布建立城市预警系统的成都和滁州,其预警技术均由成都一家减灾研究所提供。该所并非官方研究机构,而是一支由海归博士王暾领衔的民间研究力量。目前,这家研究所已在汶川地震震区四川的北川中学、成都龙王庙小学、汉旺中学和江油双河初中以及甘肃、陕西的三所中小学校安装了预警接收终端。
上述减灾研究所负责人王暾分析,如果汶川地震时建有预警系统,青川县居民可获得长达50秒的预警时间,考虑到人员反应时间和房屋倒塌时间,青川人尚有超过40秒的避险时间。青川楼层多低于五层,因此青川人一般情况下可以跑出去。
一位历经汶川地震的都江堰防震减灾局工作人员感慨,“在地震现场,如果有几秒钟提前预警,是多么宝贵。”
国际地震科学界的共识是,地震预警比地震预报更实际、更可靠。四川省地震局原局长龚兆和表示,目前任何国家均不能准确进行临震预报,而与难度巨大的地震事先预报不同,地震预警已经在日本等国收到可见的效果,值得提倡。
成都试验
在“5?12”汶川地震一年后,成都市就开展了地震烈度速报一期工程,部署了67个烈度速报监测台站,但此工程只能在地震发生后进行快速、定量估计地震烈度,为地震应急反应提供科学依据,并不能起到在地震发生过程中的预警作用。
成都市的设想是,在破坏性地震波来临之际,离震中100公里的地方将提前20秒收到全市预警。智能手机用户、电视台、商场、学校等都将在第一时间得到预警。成都市也希望像日本一样,未来的地震预警系统中能够通过自动控制系统,使地铁、高铁等轨道交通提前停止行驶。
2012年5月15日,汶川县防震减灾工作实现了通过电视向公众发布地震预警信息。
据地震预警试验台网测定,在5月14日12时0分,青川县发生预警震级1.3级地震。地震发生第6秒时,预警系统发出预警,并在第9秒时由汶川县电视台通过电视向观众发布了地震预警信息:“温馨提示:青川县正在发生轻微地震,汶川无震感。”
不过,整体而言,建立一个覆盖整个城市的地震预警系统,需经精密周全的论证方可实施。
地震预警系统建设和运作需要大量资源来支撑。目前,已经展开的地震烈度速报二期工程已被纳入这一系统,二期工程建设57个新台站,计划今年完工。而此前布局的67个监测台站,也利用新技术进行了加密建设,以提高精度。按照计划,成都将实现平均每100平方公里就有一个监测站台。
由于每个区域的地质构造不同,处于龙门山断裂带的都江堰、彭州、崇州等,将是重点监控区域,台站的分布会比较密集。
成都市防震减灾局应急管理处处长徐水森向《财经》记者表示,在地震系统接收信息试验成熟后,将向一些重点企业和工程推广,但其中大量细节目前尚无法规划。“今年先推进技术完善,在下一步推进过程中,将在防震减灾局系统内部做试验。”
在成都市的规划中,该工程要通过系列项目的验证,让地震预警技术更加成熟,以免发生预警误报。此后,预警系统将逐步在城市的重要行业进行试点,并推动配套法规的制定。第三步才可向公众推广。因此,规划尚无明确时间表。 全国台网顾虑重重
中国在一些特殊的场所也设有近似地震预警系统的装置。比如,所有的核电站都建有地震紧急处置系统,即在核电厂周边布设一系列地震传感器,当地震发生时,核电站会监测核反应堆的震动情况,根据地震数据来人工决策是否停堆。
由于给予了人工决策时间,这一系统实际上是一种监控,而非预警。
在京沪、京津、哈大、京石武等几条线路上,铁道部也采用了一套较为简单的阈值触发预警系统,即当沿铁路线布设的监测仪,探测到线路上某一点的地面运动加速度超过安全限值时,就发出报警信号,附近行驶中的高铁列车将紧急刹车。
这几条铁道线路的地震预警设备并非地震部门实施的,一般是通过招标形式,由中标公司来建设,中标公司则聘请地震部门作为技术支持。
闪淳昌曾提出,应该抓紧建立国家地震速报预警系统,完善核设施、高速铁路、输油(气)管线、城市煤(天然)气管网等重大工程和生命线设施的地震紧急自动处置系统,探索社会安全领域的预警。
中国地震局亦有在“十二五”期间建成全国地震预警网的雄心。2009年12月,经国家发改委批准,中国地震局的国家地震社会服务工程项目立项。该项目选择北京(首都圈)和兰州两地,建设示范预警台网,包括强震数据传输等系统。其中,首都圈地震预警示范系统,新建了80个强震动台站。
一般来说,地震发生3秒以后,单个台站监测到纵波信息,可初步确定时间、地点、震级等地震信息,不过,确定震级和定位是持续的过程,随着多处台站监测到信号,可以更为准确地判断地震信息。但已经启动的这个地震预警示范系统,终非真正意义上的地震预警系统,而是试验系统。
未来真正做全国性的地震区域预警,需要几十亿元的投入,地震台网系统要有理想的设备条件。高密度台网的平均间距应该在10公里-30公里,这一点目前首都圈的地震预警示范系统也达不到。
中国地震局工程力学研究所副所长李山有对《财经》记者表示,中国地震局没有较大把握的话,不会轻易推出地震预警系统。
业内主要担心的是,城市地震预警误报可能造成负面影响,包括经济损失和公众对预警信任度的削弱,以及地震预警误报可能造成停产误工及重启设备的损失。
实际上,王暾在汶川等地开展试验时,对预警试验志愿者也说明预警系统可能有不足。在其制作的《参与公众体验地震预警的志愿者申请表》中提到,志愿者需了解地震预警技术的不足,地震预警存在漏报、误报、迟报、错报的可能。
地震预警中最有可能造成问题的是误报和漏报。即使在地震预警技术较为成熟的日本,其在地震发生初始,预警发送的信息也不是完全准确的。
2008年6月14日,岩手和宫城地区发生7.2级地震,预警系统在检测到第一个地震波4.5秒后就向公众发出警报,由于实际震级比估计值要大,其在22.4秒后又发出修正预警。
震级的快速确认是利用地震发生前几秒的信息,这一数据会存在较大的误差。传统方法是依据横波的最大值(即峰值),这样能够较为准确地确定震级;而地震预警系统为了抢时间差,不会等到横波最大值出现,而是利用最先到达的纵波来推测峰值,因此,准确度相对较低。
不过,通过大量的实际地震试验和检验可以解决对地震预警误报和漏报的担忧。
徐水森则担心公众对地震预警的认识程度,因为一旦误报或漏报引发民间纠纷,将是棘手问题。一位业内人士透露,目前,中国地震局系统正在进行对非特定对象发送地震预警信息的研究, 即像成都市一样向更广泛的人群传播信息。
这也非易事。比如通过手机短信平台发布预警信息,但现在的运营商发布短信存在延迟现象,“7?21”北京暴雨的气象预警糟糕的短信提示就多被诟病。按现有的短信预警发布平台,信息从发出到被接收,可能要经过几十秒的时间,这将浪费掉辛苦“赛跑”中赢得的时间差。
而通过电视和网络发布信息更及时,这在日本已很成熟,但国内对各类灾难播报尚未形成一个有效的信息发布机制。
四川省地震局应急救援处副处长龚宇也认为,与日本开展预警工作较早、社会对误报容忍度高不同,中国地域广阔,人口众多,防灾意识多寡不一。2010年3月21日,太原市市民听信地震谣言,万人到街头、广场躲地震,“地震谣言”引发社会恐慌情绪。“我们承担风险的能力尚不够,万一报错了怎么办?”
但是,四川省地震局原局长龚兆和认为,“宁可听到百姓的骂声,不可听到百姓的哭声,”地震业务部门要尽其职责,积极推进预警技术研究及其应用的研发。