1 过去

2008年汶川地震时,若有地震预警系统,保守地讲,将大大减轻震中50公里外区域的人员伤亡和经济损失。这样的话,北川县城将有较充裕的时间紧急避险。这可能就是地震预警最大的意义。救人一命胜造七级浮屠,做好地震预警,挽救无数生命。

地震预警这一概念虽早在150多年前就被美国地震学家库珀(J.D.Cooper)提出(1868年)。但直到约100年后(1964年),日本才首次实现地震预警。并且,当时的预警系统通过一个台站的信息进行预警,局限性大,漏报和误报时有发生。

后来,随着台网技术的发展,地震预警从试验逐步走向真正发挥作用。

2 原理

地震预警系统(Earthquake Early Warning system):依托密集的地震台网,在震后数秒内快速估算地震影响范围和震害程度,抢在破坏性的S波和面波到达设防区域前,发布警报。

其基本道理为:利用速度快但破坏小的P波在地震刚发生时就监测到地震,而后快速定位,预估震级和烈度;利用 电磁波速度(光速)远大于地震波(几公里每秒)的特性,抢在破坏性大但速度慢的S波和面波到达前发布警报。

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从基本原理可以看出,地震预警系统主要涉及四个核心的实时功能:地震定位、震级估计、烈度估计和预警信息发布(要求实时自动化)

一环扣一环,绝对难度可能没有那么大,但要做好,需要非常认真和用心的工作,做好每一步,才能保证最后的预警结果可靠。

正因为如此,目前全球只有6个国家已建成地震预警系统:中国、日本、墨西哥、罗马尼亚、土耳其和法国。 另外, 美国 、 意大利 、 加拿大 等国的全国性地震预警系统尚处于在建或筹建阶段 。

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同时,可以看出,地震预警涉及三大系统:观测系统(决定靠谱程度的关键),数据分析处理系统(定位、烈度估计、震源参数估计等),决策与信息发布系统

3 我国地震预警系统

2024年7月,中国地震局开展的“国家地震烈度速报与预警工程”项目正式验收。该项目建设完成基准站、基本站和一般站共15899个接入已有站点2397个,因而在全国共有18296个站点组成的密集地震观测网络

此外,该项目重点监测五大区域:华北、南北地震带、东南沿海、新疆天山中段和西藏拉萨。重点区域台站加密部署(平均台间距约13千米),一般区域有效覆盖(平均台间距约47千米)(见下图)。

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预警工程台站分布

基于目前台站分布和处理能力,首报平均用时:重点区,7秒;中东部地区,10秒;东北地区,19秒;西部地区,30秒(见下图)。

这直接决定着地震预警盲区的大小,假设S波传播速度为4 km/s,那么7秒的首报用时意味着,发布预警信息时,距震中28公里的区域内强震动已经到达(即已经或正经历强震动),因而为地震预警盲区。

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地震预警首报用时

在震级方面覆盖全国50%面积的监测能力为1.4级,覆盖95%面积的监测能力为2.4级,重点区平均提升约0.4级,南北地震带和天山地区平均提升0.5级以上,部分区域提升超过1.0级(见下图)。

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地震监测能力的提升

定位精度:重点区域水平精度1-3公里,深度精度3-5公里(见下图)。

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地震定位水平精度

烈度速报在空间上的精度:重点区:乡镇级,经技术处理后可至街道级;一般区:县级,经技术处理后可至乡镇级(见下图)。

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烈度速报精度空间分布

4 未来

对于地震定位和震级估计,除了布设更密集的台站,使用更好的地壳速度模型外,AI的加入可能不可小觑。

对于烈度估计,其和震源类型,断层几何,传播路径等信息密切相关。这可能需要我们在未来的地震预警系统中嵌入大量先验信息,比如真实的三维断层几何模型。当地震发生时,系统若能快速自动定位到具体某条断层,确定大致的破裂方向,这可能会让烈度估计更靠谱(对大地震)。

5 参考资料

https://data.earthquake.cn/datashare/website/data/datashare_network_china.jsp

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%B0%E9%9C%87%E9%A0%90%E8%AD%A6%E7%B3%BB%E7%B5%B1