地震預警(概念)

地震預警是指在地震發生以後，搶在地震波傳播到設防地區前，向設防地區提前幾秒至數十秒發出警報，以減小當地的損失。

基本介紹

• 中文名：地震預警
• 外文名：earthquake early warning
• 釋義：向設防地區提前幾秒發出警報
• 成因：地下的岩體發生突然破裂
• 傳播速度：每秒幾公里

技術原理

地震的成因是由於地下幾公里至數百公里的岩體發生突然破裂和錯動。而這些破裂和錯動釋放的能量又以地震波的形式向四周輻射出去。地震波是一種機械波，具有一定的傳播速度，當地震發生後，要等相應的地震波傳播到人所在的位置。這個時間差給地震預警留下了空間。

地震發生時，首先出現的是上下震動的P波，震動幅度較小，要過大約10秒到1分鐘時間，水平運動的S波才會到來，造成嚴重破壞。地震預警就是利用地震發生後，P波與S波之間的時間差。原理上，在距離震源50公里內的地區，會在地震前10秒收到預警信息；90-100公里內的地區，能提前20多秒收到預警信息。根據數據準確估計震級、震中位置以及快速估計地震對預警目標的影響等。

主要功能

地震預警，是指在地震發生後，利用地震波傳播速度小於電波傳播速度的特點，提前對地震波尚未到達的地方進行預警。一般來說，地震波的傳播速度是每秒幾公里，而電波的速度為每秒30萬公里。因此，如果能夠利用實時監測台網獲取的地震信息，以及對地震可能的破壞範圍和程度的快速評估結果，就有利用破壞性地震波到達之前的短暫時間發出預警。

地震預警示意圖

研究表明，如果預警時間為3秒，可使傷亡率減少14%；如果預警時間為10秒和60秒，則可使人員傷亡分別減少39%和95%。

鑑別方法

“地震預警”與“地震預報”的區別

“地震預警”並非“地震預報”，兩者不屬同一概念。地震預報是對尚未發生、但有可能發生的地震事件事先發出通告；而“地震預警”是指突發性大震已發生、搶在嚴重災害尚未形成之前發出警告並採取措施的行動，也稱作“震時預警”。

地震預警（earthquake early warning），不是地震預測或預報。地震預警是指在地震發生以後，搶在地震波傳播到設防地區前，向設防地區提前幾秒至數十秒發出警報，以減小當地的損失。

地震預報是對尚未發生、但有可能發生的地震事先發出通告；地震預警則是指在地震發生以後，搶在地震波傳播到設防區域前，向其提前幾秒至數十秒發出警報，以告知當地人們採取應急措施，儘可能減少傷亡。

設備結構

地震預警系統是指實現地震預警的配套設施。按照系統回響的順序可包括：地震監測台網、地震參數快速判測系統、警報信息快速發布系統和預警信息接受終端。整套系統的特點是高度集成、實時監控、飛速回響，尤其是飛速回響這一點至關重要。因為地震預警系統其實就是在和地震波賽跑，多跑贏一秒，就能多獲得一秒的應對時間，用分秒必爭來形容最為恰當不過地震預警系統的工作原理就在於可以探測到地震發生最初時發射出來的無破壞性的地震波（縱波即P-波，primary wave），而破壞性的地震波（橫波即S-波，secondary wave）由於傳播速度相對較慢則會延後10～30秒到達地表。深入地下的地震探測儀器檢測到縱波（P-波）後傳給計算機，即刻計算出震級、烈度、震源、震中位，於是預警系統搶先在橫波（S-波）到達地面前10～30秒通過電視和廣播發出警報。並且，由於電磁波比地震波傳播得更快，預警也可能趕在P波之前到達。

當地震發生後，離震中最近的幾個預警台站會陸續接收到地震信號，觸發地震參數快速判測系統；在收到信號的幾秒至十幾秒內，快速判測系統將估算出地震的發震時刻，發震位置，震源的類型和震級的大小；然後利用這些參數模擬出相關區域內地面運動的強烈程度；根據模擬的結果，搶在相應地震波以前，向不同地區發出相應的預警信息。

發展現狀

國際

2014年，全球有五個國家和地區擁有能夠為一個或多個用戶提供預警信息的預警系統。除了墨西哥和日本擁有通過多種通信信道提供給公眾預警信息的預警系統外，中國台灣、土耳其和羅馬尼亞也擁有為一個或多個用戶提供信息的地震預警系統。

日本

日本國土交通省所屬的日本氣象廳於2006年8月1日啟用高度利用向緊急地震速報系統，並於次年10月1日上午9時開始向全國的一般大眾發布警報。

日本緊急地震速報分為“預報”和“警報”，“預報”向高度利用者提供，警報的發報條件為“預測震度5弱以上”。

墨西哥

墨西哥城地震預警系統SAS於1991年8月投入使用，向公眾發布地震警報的地震預警系統。該系統可以使墨西哥城2000萬人口中約有440萬人能夠接收到警報信號。

SAS系統已經使用十多年了，錯報率和誤報率很高，探測的地域還有一定限制，這使得SAS系統的作用有限。

2005年，墨西哥國家理工學院的巴埃納?迪亞斯等人發明了一種地震預警系統，如震動超過芮氏5級，該系統將自動激活，在地震波抵達前200s通過手機向人們傳送預警信號，據試驗，該系統預警成功率在90%以上。

國內

1994年，中國廣東大亞灣核電站建立了用於地震報警的地震儀表系統；2001年10月，遼寧省地震局為中國石油天然氣股份有限公司大連分公司建立了大型石化企業地震預警系統投入使用。

在政府層面，2009年開始，中國地震局在科技部支持下，開始啟動“地震預警與烈度速報系統的研究與示範套用”項目。2013年，據中國地震局相關人員介紹，“國家地震烈度速報與預警工程”已經進入發改委立項程式，計畫投入20億元，用五年時間建設覆蓋全國的由5000多個台站組成的國家地震烈度速報與預警系統。

2014年8月，“成都高新減災研究所”的民間機構成功預警雲南魯甸6.5級地震，成立於汶川地震後，研究所通過自主研發的ICL地震預警技術系統對民眾進行地震預警。據研究所所長王暾介紹，與日本的預警系統相比，ICL系統的回響時間快25%，可靠性更高。

據介紹，此次雲南的地震是成都高新減災研究所的地震預警系統預警的第14次造成了破壞的地震，第一次預警破壞性地震是2013年2月19日巧家4.9級地震，迄今國內最大的被預警的地震為2013年4月20日的蘆山7級強震。

2014年7月28日，該研究所宣布，跨越中國五省區（寧夏、甘肅、陝西、四川、雲南）的南北地震預警網貫通並啟用，預警網包括1960個地震預警監測台站，覆蓋近80萬平方公里，可為超過3億人服務的地震預警系統。

2014年8月，中國正在廣東等地開展地震預警試驗，未來將在全國範圍內挖掘數千口地震深井，保證每個縣城至少有一個，共同編織成一張巨大的地震預警網。在一口口深度1公里以上的深井中，將放入各種地震波檢測儀器，一旦捕捉到地震波，即發射無線電波啟動相應預警裝置。然後，通過一系列自動化裝置與交通運輸、重大工程、廠礦企業等相連，趕在有破壞力的地震波尚未到來之時，及時斷水斷電。

2015年1月，成都高新區已通過其新浪政務微博“成都高新”開通地震預警信息發布功能，這也是中國首個開通地震預警服務的政務微博。

部署要求

部署地震預警系統，是一個整體的社會工程，並不是一個簡單的技術問題，需要綜合考慮科技因素、經濟因素和社會因素。目前，僅有羅馬尼亞、土耳其、墨西哥、台灣和日本擁有投入使用的地震預警系統，正在開發預警系統的國家和地區有美國加州、冰島、瑞士、義大利、希臘、埃及和印度。據2004年《科學》雜誌報導，日本2004年花費9000萬美元完成的地震預警系統是迄今最為全面的預警系統。值得注意的是，地震大國同時也是地震研究實力最為強勁的美國，至今仍沒有實際運作的地震預警系統，因為有美國學者批評建設此類系統會擠占大量地震學的研究經費，不利於地震學的長期發展。

開發地震預警系統地區特點

1.地震發生頻繁。如日本、台灣、墨西哥和美國加州都位於環太平洋地震帶上，地震活動頻繁。只有頻繁的地震活動才需要頻繁的地震預警，來減輕地震造成的損失。如果不能減少一定的損失，那么部署這套昂貴的系統本身就是一筆損失。

2.有較強的經濟實力。地震預警系統由於整合度高，對地震台站密度有要求且需要長期不間斷運作。地震預警系統的警報終端還需要與相關行業和部門合作開發，如電視台、鐵道部門、工廠、醫院等等，都需要裝備相應的警報終端才能發揮預警系統的功效。因此預警系統的部署成本並不算是低廉，對當地可能有一個長期的經濟壓力。

3.設防區域小，預警價值高。日本，台灣均為整體設防，因為他們需要防禦的總面積偏小，美國的地震預警系統主要也是針對舊金山周邊區域。同時，這些防禦區域經濟相對發達，高科技產業密集，人口密度大，長期預警的經濟社會價值可觀。

綜合上述的情況，對於是否需要地震預警系統，科學界內仍未能形成一致的看法。支持的學者認為這是一個很棒的想法，可以減少地震災害的損傷；不支持的學者認為這套系統成本高昂、功能有限，前途並不光明。2004年《科學》雜誌有文章標題用“打賭”來形容各個國家對於地震預警系統的態度。迄今，我們仍無法看到這個賭局的結果。

預警意義

地震預警的主要意義在於為人們避險提供更多時間。

地震發生後，房屋從開始晃動到倒塌的平均時間大約12秒。最新的預警科技提供逃生和避險的時間可以超過30秒。有了預警系統後，預警時間增加了，判斷決策時間減少了，避險時間以大大增加。但是避險時間的長短根據震中離用戶的距離不同而不同，據成都高新減災研究所所長王暾介紹，預警時間大概等於“震中離用戶的距離（公里）/4”或者“震中離用戶的距離（公里）/350-6”。

相關研究表明，地震預警時間為三秒，傷亡率可減少14%；預警時間為10秒，傷亡率可減少39%；預警時間為20秒，傷亡率可減少63%。從這個數據來看，增加預警時間是非常有意義的。

例如，2014年8月4日雲南魯甸6.5級地震發生後，距魯甸58公里處的四川雲南縣民眾，在地震波到達前十秒接收到預警信號。

套用案例

美國

舊金山地震提前10秒被預測 未來可提前50秒

2014年8月24日，美國加利福尼亞州舊金山北部地區發生6.0級地震。此次地震為當地25年來最強烈的地震，造成至少170人受傷，舊金山地震發生10秒前，美國伯克利地震學實驗室的一個地震警報系統成功探測到了這次地震，並向地震學家發出了預警。

儘管該實驗室開發的這一實驗地震警告系統還處於演示階段，僅向一小部分測試用戶推送信息，但該系統提前探測到了24日的地震，並向實驗室人員發出警告。提前10秒鐘發布地震預警，可以讓人們有時間進行躲避，從而減少在地震中受傷或死亡的風險。科學界希望這一系統最多可在地震來臨前50秒向民眾發布地震預警。
　　

中國

首都圈

首都圈是以國家首都城市為核心形成的都市圈，該區域地質構造複雜，也中國東部地震多發區之一，1976年唐山地震就發生在這一區域。此次系統覆蓋了北京、天津、唐山、承德、張家口、保定、廊坊、滄州、大同等首都圈區域13萬平方公里範圍。當首都圈及周邊區域發生地震時，預警系統可以在地震發生7秒內為民眾和重大工程發出警報，減少人員傷亡和次生災害。

據成都高新減災研究所所長，地震預警四川省重點實驗室主任王暾介紹，首都圈地震預警系統套用了該所自主研發的ICL地震預警技術。該技術是2008年汶川地震後，在來自中國地震局等國內外專家的支持下研發的，經過大量汶川餘震檢驗而逐漸完善與成熟，形成了我國具有完全自主智慧財產權的地震預警技術。

中國首次實現微博自動發布地震預警信息

2013年1月5日13時6分14秒四川綿竹(N31.7，E104.1)發生3.0級地震，傳送本信息時(13時6分23秒)地震橫波還有15秒到達成都，預計烈度0.0度。此次微博發布的地震預警信息是由電腦自動傳送，該預警信息在通過微博傳送的同時，也通過計算機、手機、專用預警接收伺服器、電視等實時同步發布。

此次地震預警信息是由在汶川區域布設的預警試驗網發出，目前，僅四川境內，儀器已覆蓋了包括汶川、青川、都江堰、龍門山斷裂帶在內的廣大地震多發區域。

中國首家預警機構

成都高新減災研究所，從2008年汶川地震後開始研製地震預警技術；在來自中國地震局、中國地震局地球物理研究所、中國地震局工程力學研究所、四川省地震局、福建省地震局、雲南省地震局、成都市防震減災局等單位專家的幫助下，成都高新減災研究所初步掌握了地震預警和烈度速報的核心技術，且已經將這些技術融入到其開發的軟硬體一體化系統中，形成了自主智慧財產權。

從2010年底開始，研究所已經先後在2萬餘平方公里的汶川餘震區域【見下圖一】（包含18個縣市，覆蓋了四川省、甘肅省、陝西省三省交界區域）布設了預警試驗網路【見圖二】，自2011年4月15日起，已經對試驗區域內發生的110次餘震實現了預警，並在國內首次實現了參試人員先收到預警簡訊，然後才感覺到地震（在四川省地震局台站管理中心、成都市防震減災局等單位都安裝了接收終端，並進行了實時錄像）。

圖一汶川試驗區域圖 圖中方框表明地震監測設備布設區域，其中的小圓點表示監測設備。圖二

圖一

預警和烈度速報系統展示平台。該平台展示了台站監控（左上屏）、實時數據流（左下屏）、預警警報視窗（右上屏）、烈度速報輸出（右下屏）

圖二

中國建成世界最大地震預警網 覆蓋約6.5億人

2013年國中國地震局提出用五年時間建設具有5000餘台地震預警監測儀的中國地震預警網。

2014年10月20日，地震預警四川省重點實驗室、成都高新減災研究所宣布，在科技部、四川省科技廳、四川省應急辦、成都市防震減災局及其他市縣地震部門等支持下，中國25個省市部分區域已建成5010個地震預警台站，面積近200萬平方公里，覆蓋約6.5億人，是世界最大預警網。

該預警網的核心技術是中國具備完全自主智慧財產權的“ICL地震預警技術系統”。該技術在吸收國內外，特別是日本地震預警技術並進行重大技術創新，經過汶川大量餘震試驗完善而形成的，其關鍵技術指標(盲區半徑、回響時間、誤報率)世界領先，是國內目前唯一以服務民眾和工程的地震預警技術。

目前，該地震預警系統已連續預警景谷6.6級地震、魯甸6.5級地震、蘆山7級強震等18破壞性地震，無誤報和漏報。同時已逐步在學校、社區等人員密集場所，以及高鐵、化工、捷運、核反應堆等重大工程中開展地震預警套用。由此，中國成為繼日本、墨西哥後，世界上第三個具有地震預警能力的國家。