張小寶：地震預警為啥不能早一點？

8月3日，地震來襲。截止4日8時40分，雲南省昭通市魯甸縣龍頭山鎮發生的這場6.5級地震，已造成381人死亡。

在此次地震發生之前，雲南昭通地震局和成都高新減災研究所聯合建設的地震預警系統已經發現地震預兆併成功預警，為昭通市區和昆明分別提供10秒、57秒預警。這寶貴的幾十秒預警，成功挽救了許多生命。

多年來，每逢大地震，網上總會流傳日本等國預測地震的“神話”，刨開跳大神、撞大運的種種故事，唯一靠譜的只有“地震預警”。

什麼是地震預警系統？

地震預警其實並非預測，其概念最早由美國的庫珀（J. D.Cooper）博士於1868 年提出，基本原理是P波（一種縱波）傳播速度快於S波（一種橫波）、電磁波傳播速度快於地震波，利用二者時間差進行預警。但限於當時的技術水平，這個構想未能實現。

直到大約100年以後，日本沿鐵路線佈設地震警報器，才首次將這個構想付諸現實並應用於地震災害防禦。

這次雲南地震證明，我國地震預警系統建設正在迎頭趕上，也吸引了更多公眾的關注。

早在2013年2月19號，雲南省昭通市巧家縣附近發生4.9級地震。成都高新減災研究所與雲南昭通市防震減災局聯合建設的地震預警系統對該次地震成功預警。這是國內地震預警系統首次實現對破壞性地震成功預警。從那時起，成都所的地震預警系統已經成功預警了14次造成破壞的地震。

地震預警需要龐大的基礎台站建設。通過中國地震局“十五”重大工程項目“數字地震觀測網絡”的實施，已建成了由1個國家地震台網和32個省級地震台網組成的覆蓋全國的地震監測台網。全國測震台站達到1014個（圖2），其中包括國家台站148 個、區域台站814個、火山台站33個、台陣2個、台點19個。

與測震台網平均分佈在各省不同，我國的強震台網（圖3）主要分佈在21個地震重點監視防禦區內，共計1154 個固定強震台站，另外還有北京、天津、蘭州、昆明和烏魯木齊五大城市烈度速報台網共計300個烈度速報台站，但目前我國所有的強震台站均以撥號的方式上傳數據，並未實現數據的實時傳輸功能。

為什麼不能早一點預警？

地震預警當然是越早越好，但由於技術上侷限，預警在技術上很難達到早預報的效果。

地震預警是需要時間的，這個時間不僅包括P波傳播到台站的時間，還包括地震定位時間、計算機處理及發佈時間、數據傳輸延時及系統反應時間等。正是由於這些時間的存在，在地震預警警報發出時，地震波已經傳播了一段距離，此時對應的S波傳播距離，我們稱之為“盲區”。很顯然，對於盲區內的區域是無法提供預警信息的。

 

   

地震預警系統的侷限性主要在於預警盲區的存在。所以，地震預警系統面臨一個尷尬的規律：越是地面運動強烈的極震區，能提供預警的時間就越短；對預警系統依賴越弱的地區，能提供的預警時間反而越長。以汶川地震為例：離震中不到20千米的映秀鎮，處於預警盲區，基本沒有可能獲得提前預警；而距離震中約1500千米的北京，可獲得大約3分鐘的提前預警，但又幾乎沒有意義。

中國工程院院士許紹燮指出，預警盲區不可避免，只能憑藉技術進步逐漸縮小範圍。 

我國地震預警區域如何選擇？

根據地震預警的方式，地震預警分為現地預警（on-site warning）和異地預警（regional warning）。前者以“保護對象”為目標，在保護對象周圍“畫”一個圈，一旦在圈上檢測到“風吹草動”，立即採取措施，相當於將哨崗設在自己的陣地周圍；後者以“威脅”為目標，監測“威脅”，一旦其出現，馬上採取措施，相當於將哨崗設在敵人據點周圍。

重點保護對象包括核電站等。1994年廣東大亞灣核電站建成由6個加速度計、4個峯值加速度計、2台地震觸發器組成的地震報警裝置，秦山核電站、嶺澳核電站也建成了類似的地震報警裝置。2007年在冀寧高壓輸氣管道上建設了我國第一個輸油氣管道的地震報警系統，這一系統也用於在建的中緬輸油氣管道等。對於高速鐵路，我國在京津客運專線、京滬高速鐵路、京廣客運專線和哈大客運專線沿線均已佈設或擬佈設地震監控系統。

很顯然，異地預警相對於現地預警，整體上具有更好的防災效果，但我們往往並不能準確地預測地震在何處發生，而需要保護的對象也不能完全避開所有的斷層。由於地震預警系統建造和維護的高成本，只有具有一定保護價值且地震發生具備一定頻度的地區才有建設預警系統的意義。

總體來説，在考慮到異地預警的情況下，可以對地震危險性和人口、經濟及生命線工程等情況制定相應的標準，只有當某個區域的所有指標均超過該標準的閾值時，目前才有部署地震預警系統的必要。

重點預警區域如何劃分？

相對於已經全面部署地震預警系統的日本和中國台灣地區來説，中國大陸地區的國土面積要比它們大很多，地震發生的頻度相對較低，人均經濟實力也有一定差距。顯然，目前在全國範圍內全面部署地震預警系統並非良策，畫出重點預警區域才更為實際有效。

目前我國通過一些最基本的參數來初步分析決定我國地震預警重點區域的選擇。

1970 年以來，除了首都圈和遼寧地區的幾次強震外，中國大陸地區的主要強震都集中在黑河—騰衝線（人口地理界限）以西或該界線附近；在西部人口較為集中的烏魯木齊附近有部分強震，但頻度及強度均要低於位於黑河—騰衝線上的川滇地區。以此為依據，可以初步確定4 個區域為我國地震預警的重點區域（圖5 方框部分）：新疆西北部地區、川滇地區、首都圈地區和東南沿海地區。

地震預警系統架構設計的關鍵問題

與現有的地震監測系統類似，在現地預警與異地預警的大框架下，地震預警系統主要由觀測系統、通信系統、處理系統、發佈系統和保障系統構成，每個系統又由不同的子系統構成，其整體架構圖見圖7。

在相似的結構之上，由於地震預警的特殊時效性，其架構設計的關鍵問題與地震監測系統又不完全一樣。從整體上來説，觀測系統和通信系統屬於基礎建設，是整個系統運行的根本所在。

相對於現在的監測系統來説，並不是特別重要的發佈系統和保障系統則成了地震預警系統架構設計的關鍵：發佈系統決定了整個預警系統的效益，而保障系統則是整個系統平穩運行的最關鍵環節。現有的地震監測系統主要發佈地震速報信息，包括自動地震速報信息和人工地震速報信息。

這次昭通地震，就凸顯出發佈系統的重要性。成都高新減災所所長王暾表示，昭通市當地的烈度在Ⅷ度，是此次地震烈度最高的極震區。 “地震發生時是週末，大部分人都在家，昭通當地一般來説樓層高度在四五層以下。如果人們都能收到地震預警，就可以在10秒內跑進衞生間，低樓層的人還可以跑到樓外去，避免傷亡。”

但一方面地震部門科普不夠，另一方面政府主導的宣傳不夠，地震預警未能發揮最大效能。“應當通過電視、手機等終端形成地震預警的立體網絡，將地震預警做成每個人保障生命安全的一種手段。”

2012年5月14號，成都高新減災研究所就曾嘗試通過電視台發佈預警。當天中午12點，青川縣發生1.3級地震。預警信息在地震發生後第9秒，以字幕形式在電視上發佈：“温馨提示，青川縣正在發生輕微地震，汶川無震感。汶川縣防震減災局，成都高新減災研究所。”雖然電視渠道仍不可或缺，但在新媒體時代，短短兩年內，這一早期嘗試已顯得有些落伍。

對於國內大部分地震，自動速報信息的發佈時間約為1~2分鐘，人工速報信息的發佈時間為5~15分鐘，發佈方式主要有網站、短信、微博和手機客户端。地震預警系統要求更高時效性，在挑戰時間極限的過程中，傳統的發佈方式已經不能完全滿足其需要。

這次地震後，相信會加速建設微信、微博、電視等地震預警發佈渠道，和時間的賽跑、與地震的較量才剛剛開始。

（本文參考論文《中國地震預警系統建設的幾個關鍵問題》，作者楊陳）