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2019年6月17日22時55分在四川省宜賓市長寧縣(北緯28.39度,東經(jīng)104.94度)發(fā)生6.0級地震,23時36分在宜賓市珙縣(北緯28.43度,東經(jīng)104.77度)發(fā)生5.1級地震。據(jù)央視報道,在長寧6.0地震發(fā)生后,成都城區(qū)提前發(fā)出了地震預(yù)警。
圖1 長寧6.0地震預(yù)警(圖片源于網(wǎng)絡(luò))
我們急切想知道:什么是地震預(yù)警?地震預(yù)警和地震預(yù)報是一回事嗎?
一、什么是地震預(yù)警?
“地震預(yù)警”是指在大地震發(fā)生以后,請注意是“地震發(fā)生以后”,在發(fā)生地震附近的地震監(jiān)測臺站檢測到地震,馬上發(fā)出警報:“我這里地震了!”,從而使距離地震較遠(yuǎn)的地方在破壞性地震波還沒有到達(dá)之前可以避險和逃生。
地震是地殼巖石斷裂在極短時間內(nèi)釋放出大量能量的結(jié)果,這種巨大的能量可以激發(fā)出一種向四周傳播的彈性波,我們稱為地震波(圖2)。
圖2 遠(yuǎn)震的地震記錄
地震波在地震發(fā)生后會產(chǎn)生兩種類型的波,一種是體波,包括縱波和橫波,其中縱波也稱為P波,橫波也稱為S波。縱波是擠壓傳遞的波,橫波是剪切傳遞的波。另一種是面波,是由縱波與橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波。大地震發(fā)生后,對地面造成破壞的主要是橫波,對建筑物造成強烈破壞的主要是面波(圖2)。
圖3 地震縱波和橫波示意圖
由于地震波的傳播速度每秒僅為幾公里,相對電磁波的傳播速度每秒30萬公里要慢得多,人們就將地震發(fā)生的消息用電磁波手段(電話、廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)、手機)迅速地傳給遠(yuǎn)方,在距發(fā)生地震較遠(yuǎn)的地方地震波還未到達(dá)時收到警報,從而采取緊急措施進(jìn)行逃生。地震預(yù)警可以減少地震造成的損失,避免次生災(zāi)害的發(fā)生。
二、地震預(yù)警和地震預(yù)報
有人會問:這明明是警報怎么能被稱為預(yù)警?
追根溯源,“地震預(yù)警”這個名詞中的“預(yù)”字往往使人們認(rèn)為是指在地震沒發(fā)生時或者地震發(fā)生之前發(fā)出的警報,這是因為在漢字里“預(yù)”字有預(yù)先之意,所以很多人常常會把地震預(yù)警和地震預(yù)報相混淆。地震預(yù)報是指地震發(fā)生之前發(fā)出的預(yù)測。需要強調(diào)的是,由于地震是發(fā)生在地殼的內(nèi)部,人類現(xiàn)在還無法動態(tài)觀測和探測到地球深部的環(huán)境變化和地震發(fā)生的過程,因此目前還無法科學(xué)驗證地震發(fā)生的原因及準(zhǔn)確預(yù)測地震的發(fā)生。
“地震預(yù)警”是從英文“Earthquake Early Warning”翻譯過來的。準(zhǔn)確的中文應(yīng)譯為“地震報警或地震警報”,而不應(yīng)譯為“地震預(yù)警”。地震預(yù)警容易和地震預(yù)報混淆起來。在日本稱“地震預(yù)警”為“地震緊急速報”,美國在加州新建立的地震預(yù)警試驗系統(tǒng)就稱為“Shake Alert”系統(tǒng),即震動警報。在中國盡管一再呼吁不要再用“預(yù)警”這個詞,但是約定俗成,改起來也不容易。所以目前所說的地震預(yù)警,就是地震警報!
三、如何進(jìn)行地震預(yù)警?
我們知道,地震發(fā)生后縱波和橫波由震源向外傳播。縱波傳播速度較快,大約6公里/秒,但震動相對較小,破壞性也小。橫波傳播速度較慢,大約3.7公里/秒,攜帶能量大,是地震發(fā)生時造成破壞的主要元兇。地震預(yù)警系統(tǒng)就是利用震中附近監(jiān)測儀器捕捉到地震縱波后快速估算地震參數(shù),比如發(fā)震時刻、地震強度、地震位置、震中烈度等,并預(yù)測地震對周邊地區(qū)的影響,搶在橫波到達(dá)震中周邊地區(qū)之前,通過電子通訊系統(tǒng),如廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)、電話、手機、報警器等發(fā)布警報信息。
地震預(yù)警需要密集地震觀測網(wǎng)和智能化的處理系統(tǒng),這樣才能保證大地震發(fā)生后快速發(fā)出地震警報,所以人類百年以前的夢想,今天才得以實現(xiàn)。
四、地震預(yù)警的盲區(qū)
地震預(yù)警能不能救命,是不是萬能的呢?如果說地震報警是給遠(yuǎn)處的人們發(fā)出地震警報,那么地震發(fā)生較近的區(qū)域警報有用嗎?確實,地震預(yù)警在原理上就存在一個難以避免的“預(yù)警盲區(qū)”。
圖4 地震預(yù)警盲區(qū)示意圖。紅星為震源,紅房子為地震臺
如前說述,從地震發(fā)生到發(fā)出警報需要時間,這個時間包括:(1)地震波從震源到達(dá)地震臺與(2)地震臺收到地震信號再判定地震所需時間的總和。在這段時間里,地震波照樣傳播,這段時間對應(yīng)的是橫波傳播距離,我們稱之為地震預(yù)警盲區(qū)。
假設(shè)最理想的情況是地震臺正好在大地震的上方,也就是在震中位置。如果地震發(fā)生在12公里深,按照地震縱波傳播速度6公里/秒,則地震縱波傳到地面地震臺大約需2秒鐘,地震臺收到地震波后需要進(jìn)行快速的計算,從而確定前述的地震參數(shù)。目前全球最高水平的計算需要使用前3秒地震波,這樣最短時間需要5秒中才能發(fā)出地震警報,這時地震縱波已經(jīng)走了30公里左右,地震橫波也已經(jīng)走了將近20公里 ,也就是說在地震縱波走過的半徑為20公里的地方稱為地震預(yù)警的盲區(qū)。顯然在盲區(qū)內(nèi)警報收到時,有破壞力的橫波已經(jīng)到達(dá)或過去了。
對于中小地震,地震預(yù)警作用有限。而大地震在盲區(qū)以外的一定區(qū)域仍會產(chǎn)生強烈震動,具有一定的破壞性,如果進(jìn)行地震預(yù)警,就可以減輕盲區(qū)以外的災(zāi)害,我們把這個區(qū)域稱為地震預(yù)警的獲益區(qū)。再遠(yuǎn)的區(qū)域,例如地震烈度為6度以下較遠(yuǎn)的區(qū)域,地震預(yù)警的作用也就不大了,稱為地震預(yù)警的無效區(qū)。所以震級越大預(yù)警的作用也越大。
預(yù)警的盲區(qū)內(nèi)可能是地震破壞最大的地區(qū)。因此要使地震預(yù)警獲得更大的效益,在技術(shù)上需要盡量縮短處理地震的時間,但是無法消滅盲區(qū)。當(dāng)然有研究表明地震警報對于盲區(qū)也是有用的,它相當(dāng)于給人以警示,無需人們再自身判斷就可立即避險,其次,房屋的破壞并不是橫波到達(dá)就立即破壞。另外人們還可以在得到警報后立即動作,例如切斷電源,減少次生災(zāi)害發(fā)生。
地震預(yù)警在減少地震災(zāi)害方面發(fā)揮了它的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步地震預(yù)警技術(shù)將不斷完善,從而更廣泛地服務(wù)于民眾服務(wù)于社會。(作者:地球物理信息科普團(tuán)隊)
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