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日本的地震監測及預警和烈度速報

來源:網絡 作者:佚名 日期:2019-04-18 15:21

福利3d开奖直播 www.woiltc.com.cn    日本是一個多地震的國家,上世紀的100年間,發生的造成重大傷亡和破壞的大地震就有11次之多。其破壞性地震主要分兩類,一是發生在海溝的特大地震波及陸地,共有7次,二是陸地直下型的7級左右大震,共有4次。震災以東部沿岸為主,幾乎覆蓋全國各地。震災為嚴重的就是1923年的關東7.9級地震,屬于海域地震,造成了142807人死亡。讓我們仍記憶猶新的是1995年的阪神7.2級地震,屬于陸地直下型地震,造成6430人死亡。也正是這次地震讓日本政府重新審視了地震和防震減災工作。

 
  一、地震監測工作
 
  日本的地震監測也經歷了一個復雜過程,1995年阪神地震時,當時的臺網還很稀疏,運行體系也比較落后,地震后花費了半天的時間都沒能得出一個像樣的結果。這次地震以后,日本政府經過反思,調整了地震工作的發展戰略,把地震監測臺網的建設放到了重要位置上。至此以后,日本的地震監測系統進入了快步發展階段。其一是注重了強震臺網的建設,不僅迅速加大臺網密度,而且也把當時強震觀測僅作為研究工程破壞,為工程建設服務的單一目標調整為同時為大震速報服務的任務上來。其二是擴展了觀測空間,一方面進一步加強海底觀測,加大對海域的監控能力;另一方面在陸地加強深井觀測的技術開發和建設,目前3000米左右井深的地震儀有4套,2000米左右的二十幾套,一大批100米以上的井下地震儀,井下地震儀通常都裝有微震儀、強震儀和傾斜儀三個傳感器。針對東京未來可能遭受地震災害的危險程度,已做出新的方案,將在東京城區再鉆20個左右的3000-4000米的深井,安裝深井地震儀。其三擴展了臺網建設的主體,除了國家臺網以外,地方政府也布設有2000余臺的強震儀,一些行業依據自己特殊的用途,也各自建設自己專門的臺網。為了提高地震預警的精度,很多企業也建設自己的強震臺,還推廣了一些價格低廉,可以用于家庭的強震儀。目前作為國家臺網,有1000臺強震儀和800臺微震儀的實時信號傳送到氣象廳地震臺網中心和防災研究所(NIED),其臺站間距為25公里。整個運行分三塊內容,一是強震臺網(K-net),用于大震預警和烈度速報,二是短周期微震臺網(Hi-net),用于記錄小震,并配合強震臺網做大震速報,三是寬頻帶臺網(F-net),主要用于地震波研究?;褂幸淮笈粲詰胤秸誦械那空鹛芄蛔孕寫硭鍬嫉降姆逯導鈾俁?,將當地的烈度值自動發送到國家臺網中心。各類臺站加起來大約在5600個左右。位于東京的國家臺網中心和建在大阪的備份臺網中心的主體技術系統以同樣方式同時運行,都具備獨立運行臺網、發布信息的能力。這樣一個監測體系的建設,使日本全國的地震監測能力比十年前有了一個飛躍發展,也為地震預警和地震烈度速報奠定了基礎的技術支撐能力。
 
  二、地震預警和烈度速報
 
  所謂地震預警是地震發生后快速發出的警報信息,包含兩個方面的含義,其一是指在地震發生后,利用地震波傳播速度小于電波傳播速度的特點,通過強大的地震監測體系提前對地震波尚未到達的地方發出預警信息。這種方式對于發生在腳下的直下型地震無法發揮作用,對于周邊發生地震可能爭取到幾秒乃至十幾秒的寶貴時間。其二是利用地震縱波和橫波的到時差發出報警信息,地震是以兩種地震波的形式向外傳播能量,縱波(P波)破壞力較弱,但速度較快,每秒5.7公里,橫波(S波)是切變波,破壞強大但速度較慢,每秒3.4公里。地震儀首先接收到P波,經過對后續S波的破壞能力做出快速判定,發出預警信息。由此可見,地震預警不僅需要一個強大嚴謹的監測和預警技術體系,而且爭取的時間只能由幾秒到十幾秒,再遠了破壞力迅速下降,就不需要預警了,對于特大地震沿破裂帶分布的特殊地區例外,如去年5·12汶川地震的北川、青川等地。
 
  地震烈度速報和預警的含義有所不同,烈度是指地震發生時,在波及范圍內地面振動的強弱,房屋的損壞或破壞程度,地面景觀的變化情況等。烈度速報就是在地震發生后將各地的不同破壞情況盡快發布出去,速報結果對于震后救災意義非常重大。雖然預警所發布的也是破壞程度,但它僅僅是根據距震中近的一兩個地震儀所記錄到的一兩秒鐘的初至地震波所做出的預估計,是會有誤差的。烈度速報結果是地震對地表的實際破壞情況,只能在地震發生后,根據各地區強震儀記錄到的峰值加速度,結合不同地區場地響應參數計算出來,烈度速報發布的結果是確切的,只能在地震發生后一段時間才能發布出來。目前日本烈度速報時間的為震后3分鐘。
 
  無論是地震預警還是烈度速報,都必須有一個強大的地震監測系統作為技術支撐。日本在地震臺網建設到一定程度后,從2003年開始建設地震預警系統,到2007年正式發布預警信息。政府規定對可能引起5度弱以上烈度破壞的地震都要發布預警(日本的地震烈度表高為7度),發布的烈度誤差為1度,時間誤差為5秒。在此期間有9次地震屬發布范圍,實際發布了7次,漏發布兩次,平均震后到預警信息發布的時間為5.4秒。減災成效為顯著的就是2008年6月14日發生在巖手、宮城縣的7.2級地震,多數地區提前10秒鐘收到警報,這次地震雖然峰值加速度達到812伽,和1995年峰值加速度達到818伽的阪神地震相當,死亡人數僅十余人。
 
  做好預警工作的關鍵就是如何盡可能縮短地震發生到信息發布的時間。日本目前做到了5.4秒內發布信息,雖然已經很快了,但是距震中30公里以內的區域依然沒有預警意義。這個時間是否還可以再縮短?還有多大的壓縮空間?我們不妨解剖一下這段時間的組成。第一段是地震發生到近的地震儀記到,這段時間取決于震源的深度和臺網的密度,破壞嚴重的淺源地震一般深為10到20多公里,日本的臺網密度已達25公里,這段時間至少兩秒以上,山東省的臺網“十一五”完成后能達到40公里間距,這段時間還要增加1秒多。第二段時間是需要記錄到兩秒的波形才能計算,目前他們所采用的計算辦法至少需要兩個臺站記到波形,通常交匯震中需要三個以上臺站的完整波形,在只有兩個臺站記錄的P波初動資料的情況下交匯震中難度很大,他們采用逆向思維方式,用沒記到地震的臺站,通過解不等式來確定震中,較好的解決了快速定震中的問題。第三段時間是從臺站將資料傳送到臺網中心,目前日本的網絡傳送為1秒鐘一個包,傳送時間可控制在1.5秒內,他們正在設計將包改成0.1秒的,這樣將來可將傳送時間控制在0.5秒以內,我們臺網傳送的包目前是三秒鐘,恐怕不能適應預警的需要,不過提高傳送速度的技術倒不是很復雜。處理資料進行計算的時間忽略不計,還要有第四段,臺網中心發布到用戶的時間,這一段也要1-2秒。由此可見,5.4秒確實是已經做的非常好了,壓縮空間已經不大,而我們針對這四段時間確實還有大量的工作需要做。
 
  三、預警信息的發布
 
  前面已經把地震預警信息產生的技術程序理了一下,將預警信息瞬間發布到所有用戶,不單單是個技術問題,也是一項很復雜的社會工程。在這方面他們已經做了或正在做著很多有益的探索。預警信息產出后氣象廳作為國家臺網只是通過電視、廣播、網絡、手機等同步向社會發布,很難顧及到每個用戶。后端卻有一些科研單位和企業針對各不同用戶研發了各種發布技術和產品,對一些重點用戶他們也搞有償服務。一些大企業象沖電氣公司等除了接收氣象廳的信息外,還在自己的工廠做一個50米見方的場地,布設三臺強震儀和一套處理系統,用來進一步校準氣象廳發布信息的精度。一些家庭安裝強震儀也是這一目的。消防廳作為救災的主體,有專門線路接收氣象廳發布的預警信息,同時他們在東京還布設有99臺地震儀組成自己的臺網,能很快自動繪出烈度圖,消防線路是專門布設的,抗御災害的能力很強,不用擔心線路會被震斷。消防直升飛機拍攝的光譜和紅外攝像信息可實時傳回本部,與地震資料一并分析,隨時繪出災情分布圖。國家對學校的預警非常重視,為每個公立學校安裝了專門設計的報警器,并建立了各學校場地響應的數據庫,報警器可以自行啟動或者插入到啟動著的學校廣播系統,發出還有多少秒鐘會有幾度破壞的地震到來的警報。這個傳送、啟動、發布過程需要1秒多鐘。日本政府非常關注預警信息的發布,已將地震預警和烈度速報列為一項基本國策,去年5·12汶川地震以后,他們迅速對1995年阪神地震以后頒布的《地震防災對策特別措施法》做出了修正案。
 
  四、幾點體會
 
  1.關于地震預警我們也已經探索了好多年,對于利用預警信息那短暫的幾秒鐘去開發一些像關閉核電站、關閉城市生命線工程、強行制動高速列車等特殊用途的技術大家還是基本認同的,至于在幾秒鐘內去做以拯救生命為目的的全社會大行動,我們的認識確實還不夠,日本的地震界他們已經嘗試了,有很多值得我們學習借鑒的經驗。
 
  2.中國和日本同屬遭受地震災害嚴重的國家,但情況卻有很大的不同。首先日本的面積不到38萬平方公里,僅相當于我們一個中等省份,布設臺網的任務無法相比。其次是地震災害分布,日本的災害全國都有,面向全國統一部署就行了,我們地震分布的差異很大,人口和經濟分布的差異也很大,日本全國建一個臺網統一預警就夠了,我們卻不可能實現。其三日本的多數地震災害都來自東海的特大地震,搞預警比較容易些,我們的地震幾乎都是直下型的,難度相對要大一些。因此我認為,我們的預警體系建設以現在的省份為單位實施比較好。以我們目前的地震災害分布和經濟發展狀況,不可能全面開花,一步到位,應該綜合人口密度、經濟發展和地震破壞多方面的因素,分批次進行。
 
  3.地震預警不能根本解決地震災害問題,但從一定程度上減輕災害還是可行的。地震預警和烈度速報的任務目標已經擺到了地震監測的議事日程上。對于我們來講第一位的任務就是盡快整合地震監測資源,加密臺網建設,提高臺網的技術支撐能力,同時加大預警和烈度速報技術體系的研發力度。

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