鲁甸地震的反思:手机地震预警如何保命?

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对于中国人而言，地震这个词语伴随的是无尽的梦魇。从1966年河北邢台地震到2013年四川芦山地震，数十万鲜活的生命因大地的震颤离开人世，无数的家庭被天灾拆散。地震已经成为对人类威胁最大的自然灾害。而就在笔者行文之时，2014年8月3日16点30分，云南省昭通市鲁甸县发生6.5级强烈地震，截至当晚已经造成150人遇难，180人失踪。

手机地震预警如何保命

    从2008年四川汶川地震开始，中国大陆的地震活动便异常频繁，随后发生的青海玉树地震、四川芦山地震、甘肃岷县地震乃至这次云南昭通地震，都造成了重大人员伤亡和财产损失。人们不禁要问，难道人类面对地震真的就无能为力吗？

汶川地震后的北川县城（图片来自维基百科）

    答案并非如此，虽然人类不可能阻止地震的发生，但已经可以对地震产生的破坏性灾害进行预警，从而尽可能减轻人员伤亡和财产损失，这种技术被称作“地震预警”。那么，地震预警的原理是什么？地震预警和所谓的地震预报有什么区别？这都是我们今天要讨论的话题。

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地震的概念这里不用过多介绍，这里主要介绍两个容易使人混淆的概念：地震震级和地震烈度。

    地震震级是表示一次地震规模大小的数值，请注意，一次地震只可能有一个震级。在2008年5月12日的汶川地震发生后1小时，有媒体报道湖北黄石发生6.3级地震、北京通州发生3.9级地震，这都是错误的说法，事实上这只是两地受汶川地震波波及产生的震动，震中只有四川省汶川县一地。

这实际上是一次误报（截屏图片来自新浪网）

    目前全球普遍采用里氏震级作为地震规模的衡量标准，按照这一标准，里氏震级每增加1级，地震所释放的能量约增加32倍。例如一次里氏震级7.0级的地震，所释放出的能量约为里氏震级6.0级地震的32倍，可见震级大一级，所造成的破坏力可能完全不同。
    另一个概念叫做地震烈度，它用来衡量一次地震在某个地点的震动程度。需要注意的是，一次地震只可能有一个震级，但对受波及的地区而言可能有N个烈度，这一点不能忽视。与地震震级以阿拉伯数字表示不同，地震烈度一般以罗马数字（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等）来表示。

麦加利地震烈度表（截屏图片来自维基百科）

    不同国家的地震烈度标准有所不同，但普遍以麦加利地震烈度为标准。麦加利地震烈度分为1-12度，烈度2就可能被人所感知，烈度5就有可能造成建筑的破坏，而烈度8或8以上通常会造成人员伤亡。美国采用的就是这一标准，中国大陆虽然有所改进，但也基本遵循12级烈度的设定。

日本气象厅的震度标准有所区别（屏幕截图）

    而另外一个地震大国日本则有着自己特有的烈度评定标准：日本气象厅震度等级。这一标准从0-4、5弱、5强、6弱、6强一直到最高的7，共分为10级。台湾气象部门“中央气象局”稍加修改后也沿用了这一设定。

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说完了地震震级和烈度，接下来要说的是一个可能大多数人不太了解的概念：地震波。地下断层由于挤压等原因持续累积能量，当超过了岩层的耐受极值时，岩层便会破裂从而释放能量。一部分能量造成岩层的错动位移从而形成地震波。

通常地震会释放出两种波形：P波和S波（屏幕截图）

    地震波主要分为两种：纵波（P波）和横波（S波），P波在岩层中的传播速度约为5.5-7千米/秒，它使地面发生上下方向的震动；S波在岩层中的传播速度约为3.2-4千米/秒，虽然速度慢于P波，但由于它的波形为剪切式，能使地面发生前后左右的震动，因此它对建筑的损害要远远大于P波。如果你有过大地震的体验，一定会感觉到先是上下颠簸再是左右摇摆的震动过程，这就是两种地震波所造成的结果。

日本“緊急地震速報”工作原理（图片来自维基百科）

成都高新减灾研究所地震预警系统工作原理（图片来自成都高新减灾研究所）

    我们今天要介绍的主角——地震预警技术正是利用两种地震波传输速度的时间差实现的。这一技术的原理是：在需要进行预警的地区事先布置地震测量仪，一旦地震发生，地震仪检测到P波到达，就在数秒钟内分析震源位置、初步的震级和发震时间，并迅速将信息回传至预警中心。预警中心收到信息后会以秒速下发至专用的接收设备（手机、PC或者专用接收器），从而赶在破坏力巨大的S波到达前，为用户提供几秒到几十秒不等的预警时间，以方便其进行紧急避难措施。
    下面的这段视频笔者看过无数遍，这是2011年3月11日下午日本NHK综合频道的直播画面。东京时间14点46分18秒地震发生，14点46分45秒（也就是地震发生27秒后）NHK发布了紧急地震速报，随后在3分钟的时间内，地震烈度、大海啸警报等信息依次发布，展现了日本应对地震灾害强大的处置能力。笔者找到了这次直播画面的中文解说版，分享给大家。

东日本大震灾NHK紧急地震速报

    这里需要强调的是，地震预警是在地震发生后对还未受到地震波影响地区的人进行预警的一种手段，当你收到地震预警的时候，事实上地震已经发生。很多人将地震预警与所谓的“地震预测”相混淆，地震预测指的是在地震发生前，通过宏观异常（动物躁动、井水升高）和电离、同位素异常等推断地震可能发生的时间。二者概念上有本质的不同，此外，地震预测普遍被现代科学界认为是不可能实现的，美国地质勘测局就在其官网表示：“我们不能预测地震，也从不预测地震，并且在可以预知的未来我们也无法对地震进行准确预测”。

笔者在电脑上安装的地震预警软件成功预警了云南鲁甸地震（屏幕截图）

    当然说到这可能有人会站起来反驳“1975年2月4日发生的海城地震不是被预测出来了吗”？没错，海城地震是人类历史上唯一一次成功预测（精确至天）破坏性地震的实例，挽救了将近十万人的生命。但要考虑到海城地震的成功预测是基于其上百次的前震活动和显著宏观异常的，第二年也就是1976年7月28日发生的唐山地震就因为没有显著的宏观异常而没有预测成功，因此“经验主义”的成分更大一些。

[ Edited by  camio on 2014-8-6 10:09 ]

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恩，可以发布论文去了

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在地震预警这一点上，我们的近邻日本无疑走在全世界前面，每年全球发生的6.0级以上地震20%发生在日本，这也使得日本对地震的研究极为深入和透彻。日本在2007年开发了名为“緊急地震速報”（紧急地震速报）的地震预警系统，自投入民用以来，7年的时间里已经对几十次破坏性地震进行了成功预警。

日本地震预警app YAHOO防災速報

其可以提供紧急地震速报和海啸预警服务

    在笔者的手机上装有雅虎日本开发的一款app“防災速報”（防灾速报），里面的地震情报单元与日本气象厅打通。设置好三个预警地点后，一旦发生震度（日本标准）为5弱及以上的地震，app便会立即向手机推送“緊急地震速報”，内容包括地震烈度、震源地、发生时间和强震动（S波）到达时间。而在三分钟后，地震烈度表将被推送到手机上，用户可以查看自己所处地区的地震烈度值，此外，如果地震同时引发了海啸，则海啸（日本称“津波”）预警也将推送到用户手机上，用以指导用户尽快避难。
    而在中国，真正意义上的地震预警是从汶川地震后开始逐步展开的。2011年，成都高新减灾研究所研发地震预警系统成功，并经历了多次破坏性地震的检验，笔者作为首批参与测试实验的志愿者亲眼见证了这套预警系统的发展历程。

成都高新减灾研究所的地震预警app同样成功预测了云南鲁甸地震

    目前成都高新减灾研究所的地震预警系统可以轻松地在安卓和苹果应用商店下载。用户通过手机号注册后，监测便会在后台进行。一旦发生超过用户设定震级的地震，手机会立刻响铃并提示地震发生时间、震中位置、指定城市地震烈度和横波（S波）到达时间。S波到达时，类似防空警报的提示音将会响起。

中国地震局“地震速报”app在震后提供准确的震级和震源地信息（左为自动速报，右为最终震级）

    除了成都高新减灾研究所的地震预警系统外，中国地震局也开发了一款名为“地震速报”的app。有别于地震预警，这款软件会在地震发生后5分钟内将初步测定的地震震级、震中位置等信息推送到手机上，地震发生10分钟后推送正式测定的震级等信息。不过需要注意的是，这款app本质上的作用是震后通报地震信息，并不具备地震预警功能。

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任何事物都不是完美无缺的，地震预警系统也不例外，虽然地震预警系统作用显著，但受制于多种因素它也有不可回避的缺陷：

    1.存在预警盲区。我们知道地震的震中是最早感知地震波的地区，即使在震中布置了地震波监测仪，但在它接收到P波前，破坏力较大的S波就很可能已经在震中造成严重的破坏了。这就叫做地震预警盲区，盲区问题无法解决，也就造成了这样的矛盾：破坏最严重、最需要预警的震中地区往往没收到预警就已经遭受严重损失，而距离较远、有充足时间预警避难的地区，破坏往往并不严重。这一矛盾在当前还没有办法解决。

预警盲区无法回避/绿色区域外暂不能实现地震预警

    2.预警数据误差。现在的地震预警系统普遍追求时效性，在确定一次地震（特别是强烈地震）的震级时往往要经过多个台站的数次确认。这就可能导致预警第一报的震级出现误差，影响人们的避难判断。

地震预警必须以正常网络连接为基础

    3.网络不稳。这个情况笔者经常遇到，由于手机上安装的地震预警系统需要基于正常数据连接运行，因此一旦地震预警下发时，用户的网络故障、信号不好或是数据连接开关没有打开，就无法接收地震预警信息。
    4.其它因素。即使地震预警系统能够成功预警，但并不代表能避免人员伤亡，建筑质量是决定地震伤亡状况的一个重要因素。日本在1995年兵库县南部地震（阪神大地震）后加强了建筑质量的把控，在那之后新建的建筑成功大部分经受住了2011年东日本大震灾的考验。反观中国，城市建筑的抗震等级普遍只有烈度7-8的标准，而在中国发生的地震普遍有烈度高的特征，一次5级左右的地震其烈度就可能达到6-7。而在广大农村，砖混房甚至土坯房还在广泛使用，这种建筑对超过7的地震烈度几乎没有任何抵御力，也是造成中国地震灾害伤亡人数远超世界平均水平的重要原因。
    抬头看时，0点40分，不断刷新滚动新闻的笔者获知，云南昭通地震的遇难者人数已经上升至230人。心痛之余，深切希望灾区百姓平安、遇难者一路走好，深切希望地震预警系统能够真正被人们所关注、所重视，希望“下次地震，我有预警”的目标能够早日实现。
    注：本文写于2014年8月3日夜至8月4日凌晨，截至8月5日16点，云南鲁甸地震遇难者人数为410人。

嫪毐

忍不住指出此文的bug，砖混房抗震能力不一定比框架的弱。汶川地震好几栋砖混楼裂而不倒，而旁边同高度的框架楼却倒塌了。框架能抗震是基于强柱弱梁理论的，实际上在地震中几乎做不到。砖混只要做好构造措施（圈梁构造柱等），严格规范，基本上就能实现抗震

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框架能抗震是基于强柱弱梁理论的，实际上在地震中几乎做不到？

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预警系统跑赢地震波 昭通等26所学校提前接警报
0中国广播网   2014-08-06 11:29:57

摘要：据中国之声《央广新闻》报道，云南昭通鲁甸6.5级地震被云南昭通市防震减灾局和成都高新减灾研究所联合建设的地震预警系统成功预警，为昭通市区和昆明分别提供了10秒、57秒的预警。究竟什么是地震预警？它跟地震预测有着什么区别和联系呢？
地震预警和地震预测听起来只是一字之差，但是原理和意义是完全不同的，地震预警系统可以探测到地震发生最初时发射出来的无破坏性的地震波，也就是纵波，而破坏性的地震波横波由于传播速度相对较慢，会延后10到30秒到达地表，因此深入到地下的地质探测仪器会检测到纵波后传给计算机即刻计算出震级力度、震源、震中位，于是预警系统就会抢先在横波到达地表之前10秒到30秒通过电视和广播来发出警报，而且由于电磁波比这个地震波传播的更快，预警也可能赶在横波之前到达，所以并不是能够提前多少天、多少小时对地震发生有一个预测。
3日发生的云南昭通鲁甸6.5级地震被云南昭通市防震减灾局和成都高新减灾研究所联合建设的地震预警系统成功预警，也是为昭通市区和昆明提供了10秒和57秒的预警，预警也是按照预估力度大于3.0度的原则，触发了分布在云南的昆明、昭通、丽江以及四川的宜宾、凉山和乐山等地的26所学校的警报，但是由于地震当天是周日，学生并没有上课，只有在学校的少数老师是接到预警信息。
地震预测在世界范围都是一个难题，现在并不能实现提前1、2天，甚至一个小时就提前知道地震的发生，但是整个地震警系统是利用地震波传递的时间差，多跑赢一秒就能多获得一秒的应对时间。地震专家也认为，从地震预测、预报的技术层面来讲的话，地震来临之前，哪怕能提前几秒预警，都是非常宝贵的，但是也要清醒的看到，地震预警系统留给人们的时间是比较短的，对于有效的预防房屋损毁的作用是并不大的，但是他对于高速行驶的火车还有重大生命线工程在紧急关停的作用是不容小觑的，这样的预警对于5级以上的破坏性地震是有一定的作用，对于5级以下的地震，意义是并不大的。