“從實(shí)驗(yàn)室走出來”的技術(shù)系統(tǒng)

信息服務(wù)是地震預(yù)警系統(tǒng)到達(dá)公眾的“最后一公里”。一次預(yù)警的完成，需要地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)等一系列環(huán)節(jié)組成的技術(shù)系統(tǒng)作為前端支撐。

長寧6·17地震發(fā)生后，“地震預(yù)警”引發(fā)前所未有的關(guān)注。

在福建地震監(jiān)測預(yù)警中心，福建省地震局監(jiān)測中心總設(shè)計(jì)師韋永祥站在一塊由波形圖、地圖和各類圖表組成的大屏幕前，讓技術(shù)人員在電腦中輸入模擬一次臺灣海峽地震的信息參數(shù)，來演示地震發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)測并生成預(yù)警信息、在終端上發(fā)布的過程。

演示開始后，大屏幕上的參數(shù)和圖像急劇變化。在一旁的六塊小屏幕上，實(shí)時(shí)顯示著全省各臺站的監(jiān)控界面、預(yù)警發(fā)布界面等畫面。

這一系統(tǒng)于2012年9月在福建上線運(yùn)行。此前，中國地震局從理論研究到實(shí)踐，進(jìn)行了長期的探索和準(zhǔn)備。

我國關(guān)于地震預(yù)警系統(tǒng)的研究工作，早自2001年就已開始?！皣业卣鹆叶人賵?bào)與預(yù)警工程”項(xiàng)目副總設(shè)計(jì)師、副總工程師，中國地震局工程力學(xué)研究所副所長李山有回憶，研究初期主要是進(jìn)行地震預(yù)警相關(guān)技術(shù)的探索性工作，例如地震預(yù)警的可行性研究，震級、震中位置、預(yù)測烈度等地震預(yù)警參數(shù)的實(shí)時(shí)快速估算研究，“主要集中在理論、方法層面”。

“2008年四川汶川地震后，中國地震局意識到我國在減災(zāi)手段方面還不夠豐富，尤其是災(zāi)情獲取時(shí)效性偏弱?！崩钌接薪榻B，中國地震局隨后組織實(shí)施了國家科技支撐計(jì)劃《地震預(yù)警與烈度速報(bào)系統(tǒng)的研究與示范應(yīng)用》項(xiàng)目，最早在福建省開展技術(shù)研究和示范運(yùn)行。

項(xiàng)目于2010年3月在福建啟動(dòng)，2012年9月依托福建省地震監(jiān)測臺網(wǎng)開始試運(yùn)行，于2013年2月通過中國地震局組織的測試。

李山有說，通過這個(gè)項(xiàng)目，中國地震局掌握了地震預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。在充分借鑒國外地震預(yù)警參數(shù)算法和墨西哥、日本系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，中國研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的地震預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)。

系統(tǒng)隨后在中國地震臺網(wǎng)中心、工程力學(xué)研究所的強(qiáng)震動(dòng)臺網(wǎng)中心、地球物理研究所、甘肅、河北、北京、天津、上海、四川、云南、廣西和重慶等10余家地震臺網(wǎng)中心推廣應(yīng)用，陸續(xù)在京津冀、蘭州和川滇交界地區(qū)建成預(yù)警示范系統(tǒng)進(jìn)入試運(yùn)行。

“走在前面”的福建省，則在經(jīng)歷了晉江預(yù)警信息發(fā)布試點(diǎn)、擴(kuò)大試點(diǎn)范圍和全省范圍全面鋪開三個(gè)階段后，于2018年終于面向全省公眾正式提供地震預(yù)警信息服務(wù)。

速度和準(zhǔn)確度的“博弈”

在地震預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)的同時(shí)，“國家地震烈度速報(bào)和預(yù)警工程”項(xiàng)目孕育誕生。2015年6月，項(xiàng)目獲得國家發(fā)改委批準(zhǔn)，并于2018年6月完成初步設(shè)計(jì)，進(jìn)入實(shí)施階段。

根據(jù)“國家地震烈度速報(bào)和預(yù)警工程”項(xiàng)目計(jì)劃，到2023年，將在全國范圍形成地震預(yù)警能力。但要形成完善的地震預(yù)警能力，還有很多難點(diǎn)待解決。

“對預(yù)警來說，速度和準(zhǔn)確度永遠(yuǎn)是矛盾的統(tǒng)一?！崩钌接薪忉?，地震預(yù)警系統(tǒng)要在數(shù)秒內(nèi)，利用少量臺站和地震初期觀測數(shù)據(jù)來估算地震參數(shù)和影響場，技術(shù)難度極大，強(qiáng)調(diào)速度就會使處理結(jié)果存在較大誤差，強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確度就會使處理時(shí)間加長。

李山有介紹，目前地震震中位置比較可靠的測定，需要縱波到達(dá)并觸發(fā)3個(gè)以上臺站，震級估算則通常需要至少1個(gè)臺站3秒以上的縱波波形數(shù)據(jù)。根據(jù)我國大量數(shù)據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，僅用縱波3秒的數(shù)據(jù)發(fā)出的第一報(bào)往往不準(zhǔn)確，小地震往往估計(jì)地震震級偏大，中等強(qiáng)度地震基本接近實(shí)際震級，而對于大地震往往估計(jì)的震級偏小。

“即使在實(shí)時(shí)、持續(xù)的數(shù)據(jù)處理中，觸發(fā)的臺站和記錄的信息也是有限的，且對大震來說，這個(gè)時(shí)候地震的破裂還沒有停止，這都是技術(shù)上需要進(jìn)一步解決的難題?！崩钌接姓f。

同時(shí)他指出，第一報(bào)處理結(jié)果在首個(gè)臺站觸發(fā)后至少4秒才能發(fā)出，在此時(shí)橫波已經(jīng)從震中向外傳播了20多公里。所以，預(yù)警警報(bào)發(fā)出時(shí)，地震破壞性橫波已經(jīng)覆蓋了一片區(qū)域，就是地震預(yù)警的盲區(qū)?！氨M管我們在努力盡量縮短數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，但是震中及附近地震破壞最強(qiáng)的區(qū)域恰好就處于地震預(yù)警盲區(qū)之內(nèi)，減災(zāi)效果有限?！?/p>

解決速度和準(zhǔn)確度之間矛盾的一個(gè)重要手段，就是加大臺網(wǎng)密度。福建省地震局計(jì)劃在“十三五”期間，通過新建、改造和升級臺站等方式，建設(shè)120個(gè)基準(zhǔn)站、85個(gè)基本站和1100個(gè)一般站，將臺網(wǎng)密度縮小至10公里左右。

根據(jù)“國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”計(jì)劃，全國將在五年（2018年-2023年）內(nèi)建設(shè)15391個(gè)臺站，重點(diǎn)區(qū)內(nèi)臺站之間的平均間距縮短為約12.5公里。

“地震預(yù)警系統(tǒng)是個(gè)龐大復(fù)雜的全自動(dòng)化系統(tǒng)，保證全系統(tǒng)百分之百正常率是十分困難的。”李山有說。

“國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”實(shí)施負(fù)責(zé)人、中國地震臺網(wǎng)中心項(xiàng)目管理部主任王松介紹，后期系統(tǒng)將進(jìn)一步加大包括軟件平臺、信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在內(nèi)的大數(shù)據(jù)處理和發(fā)布中心建設(shè)力度。

推進(jìn)中的信息發(fā)布立法

相對于技術(shù)來說，更難突破的，是如何讓地震預(yù)警真正在社會上發(fā)揮作用。

“地震預(yù)警從原理上具有技術(shù)本身的局限性，具有引起社會問題的風(fēng)險(xiǎn)，地震預(yù)警技術(shù)和軟硬件問題目前已經(jīng)初步解決，其減災(zāi)實(shí)效的發(fā)揮不再單純是技術(shù)問題，而成為了一項(xiàng)社會問題?！崩钌接姓f。

向社會發(fā)布地震預(yù)警信息，不僅僅是“發(fā)”的問題，更需要解決的是發(fā)布主體法律授權(quán)和社會協(xié)作等諸多問題，要完善配套規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)體系，要對信息受體進(jìn)行宣傳和培訓(xùn)。

在預(yù)警信息發(fā)布的主體權(quán)方面，中國地震局認(rèn)為，地震預(yù)警信息發(fā)布適用于《防震減災(zāi)法》第二十九條的規(guī)定，即“國家對地震預(yù)報(bào)意見實(shí)行統(tǒng)一發(fā)布制度……任何單位和個(gè)人不得向社會散布地震預(yù)測意見。任何單位和個(gè)人不得向社會散布地震預(yù)報(bào)意見及其評審結(jié)果”。

“地震預(yù)警的最終目的是減輕人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。近期，有社會公司利用自建簡易臺網(wǎng)，對外無限制、無規(guī)則發(fā)布所謂的‘預(yù)警信息’，把‘誤報(bào)’詭辯為‘演習(xí)’，把對不具有破壞性區(qū)域的提醒變?yōu)椤A(yù)警’，這些都是與地震預(yù)警的概念和目的相背離的，而對民眾本身，也只能起到‘狼來了’的效果?！崩钌接兄赋?，地震預(yù)警信息是公益性的，其信息的發(fā)布主體、發(fā)布內(nèi)容等需要進(jìn)一步規(guī)范。

發(fā)布范圍也是需要考慮的因素?！按蟮卣鸢l(fā)生時(shí)，如果不加區(qū)別地向全國海量用戶發(fā)布預(yù)警信息，一方面技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)秒級發(fā)布，另一方面容易造成社會恐慌等問題。”李山有說，因此，地震預(yù)警系統(tǒng)在監(jiān)測到地震后會估算出可能遭受破壞的區(qū)域，然后精準(zhǔn)地率先向這些區(qū)域的用戶發(fā)布預(yù)警信息。當(dāng)然，為了穩(wěn)定距離震中較遠(yuǎn)但震感強(qiáng)烈而無破壞可能區(qū)域的人心，可以在震后1-2分鐘發(fā)布比地震預(yù)警結(jié)果更準(zhǔn)確的自動(dòng)地震速報(bào)結(jié)果。

王松介紹，目前地震預(yù)警信息發(fā)布相關(guān)的立法工作正在推進(jìn)中，各省在陸續(xù)推進(jìn)地方法規(guī)且已有五省予以發(fā)布，中國地震局也正從全國層面推動(dòng)相關(guān)立法，“《防震減災(zāi)法》應(yīng)該是這項(xiàng)立法的依據(jù)，會在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步作規(guī)范?！?/p>

從2015年開始，福建、甘肅、云南、陜西、遼寧五省陸續(xù)出臺省級地震預(yù)警管理辦法，均明確規(guī)定地震預(yù)警信息由省政府通過全省地震預(yù)警系統(tǒng)統(tǒng)一發(fā)布。

地震預(yù)警信息由省級地震部門統(tǒng)一發(fā)布的重要原因是，破壞性地震的影響范圍往往涉及多個(gè)地市級甚至省級行政區(qū)域。

李山有解釋，強(qiáng)震影響區(qū)域可能包括鄰近行政區(qū)域，但本地預(yù)警系統(tǒng)只有在地震波到達(dá)轄區(qū)臺站時(shí)才能開始處理，會耽誤時(shí)間使預(yù)警效果打折。同時(shí)，本地臺網(wǎng)處理網(wǎng)外地震，定位和震級估算的誤差都相對較大，與鄰近地區(qū)臺網(wǎng)確定的參數(shù)可能不同。如果多地臺網(wǎng)確定了不同的預(yù)警參數(shù)同時(shí)向社會發(fā)布，不僅會讓民眾感到迷茫，也給政府應(yīng)急救援處置帶來影響。

基于此，“國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”建設(shè)了省級預(yù)警平臺及全國性預(yù)警平臺，采取兩級處理（國家級、省級兩級數(shù)據(jù)處理平臺）、三級發(fā)布（國家級、省級、重點(diǎn)預(yù)警區(qū)地市級發(fā)布平臺）的形式來處理發(fā)布地震預(yù)警信息，以確保預(yù)警信息的唯一性。

我們與“地震預(yù)警服務(wù)”的距離

國內(nèi)已有多個(gè)省正推進(jìn)“國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”省級子項(xiàng)目，開展地震預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)工作。

據(jù)報(bào)道，四川作為“國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”的先行先試區(qū)，預(yù)計(jì)今年底基本實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警服務(wù)能力。遼寧省、浙江省分別將于2020年、2021年試運(yùn)行地震預(yù)警系統(tǒng)。甘肅、山西、山東、江西、湖北等省的子項(xiàng)目正在建設(shè)中，計(jì)劃于2022年完成建設(shè)。湖南將于2022年實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警臺站全省覆蓋。安徽子項(xiàng)目將新建一個(gè)省級地震烈度速報(bào)與預(yù)警中心，安裝10個(gè)緊急地震信息服務(wù)終端，目前已完成項(xiàng)目招標(biāo)并確認(rèn)終端安裝地址。同時(shí)，安徽省地震局正會同省司法廳開展地震預(yù)警立法調(diào)研。

王松介紹，按照“國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”計(jì)劃，國內(nèi)設(shè)立了5個(gè)地震重點(diǎn)預(yù)警區(qū)，分別為華北地區(qū)、南北地震帶、東南沿海地區(qū)、新疆天山中段和拉薩周邊地區(qū)。“除新疆天山中段、拉薩周邊地區(qū)兩處重點(diǎn)預(yù)警區(qū)全部劃在其所在省內(nèi)外，其余均為跨省?！?/p>

這意味著，重點(diǎn)預(yù)警區(qū)內(nèi)各省需“協(xié)同作戰(zhàn)”。王松說，如南北地震帶從川滇、陜甘直到內(nèi)蒙古的一部分，跨度較大。這一片由于比較特殊的地質(zhì)構(gòu)造，歷史上大的破壞性地震較多，就需要統(tǒng)籌考慮。此外，華北地區(qū)也不僅僅是“首都圈”，東南沿海地區(qū)除了福建以外，還包括部分廣東和海南的地區(qū)。

項(xiàng)目完成后，這些地震重點(diǎn)預(yù)警區(qū)將達(dá)到“秒級預(yù)警”能力，即震中區(qū)域發(fā)生地震后幾秒到十幾秒之間，就能夠向目標(biāo)區(qū)域發(fā)布預(yù)警。其他地區(qū)將實(shí)現(xiàn)分鐘級的遠(yuǎn)場大震預(yù)警能力。

王松介紹，目前，項(xiàng)目建設(shè)處于第一階段。從正式實(shí)施到現(xiàn)在一年左右的時(shí)間內(nèi)，主要的精力放在臺站建設(shè)工作上，包括征租地、土建招標(biāo)等。目前約一萬個(gè)臺站的設(shè)備已經(jīng)完成招標(biāo)。

“建設(shè)完成后，地震預(yù)警要真正地發(fā)揮作用，還需要提升公眾意識?！蓖跛烧f，這包括收到預(yù)警后知道采取何種應(yīng)急措施，還包括對預(yù)警作用的正確認(rèn)知，“既要避免‘無用論’，也不能將它神化”。

未來，在實(shí)際應(yīng)用中，地震預(yù)警服務(wù)對象的范圍還將擴(kuò)大。王松說，地震預(yù)警服務(wù)的潛在用戶非常廣泛：政府可以根據(jù)這些信息指揮救援力量、物資往哪投入；高科技企業(yè)因生產(chǎn)環(huán)節(jié)對穩(wěn)定性要求非常高，預(yù)警可以減少損失；醫(yī)療方面，提前幾秒收到預(yù)警，一些手術(shù)或許可以停一停，等晃動(dòng)結(jié)束再繼續(xù)。這些在以往人們的認(rèn)識中是較少的，將來地震預(yù)警服務(wù)的覆蓋面非常廣泛。

新京報(bào)記者 周依