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成都提前50秒得到地震预警,背后发生了什么?

成都提前50秒得到地震预警,背后发生了什么?

科学

在地震横波到达前,广播就已经开始播送地震预警信息了(视频来源:王暾


当地震纵波从震中泸定县传到成都之际,正因为疫情居家的王暾收到了手机上倒计时50秒的地震预警信息,这意味着破坏性更大的地震横波需要经过50秒才会到达成都,于是他举起手机拍下了这见证性的一刻。

记者 | 孙滔
编辑 | 二七
 
据中国地震台网,这次地震震中位于四川甘孜州泸定县,距泸定县城39千米,距成都市226千米。这个226千米的距离正是成都提前50秒地震预警的关键所在。
 
经中国地震台网正式测定,2022年9月5日12时52分,四川甘孜藏族自治州泸定县发生的地震为6.8级,这与减灾所发出的6.6级预警信息略有出入。不过这个0.2级的差别在王暾看来很正常,因为地震预警是计算机自动测算的,而震级需要人工测定校准,所以有偏差可以说是必然的。
 
王暾是成都高新减灾研究所(简称减灾所)负责人,他也正是地震预警系统大陆地震预警网的开发者。王暾告诉《环球科学》,仅从预警层面看,这是一次完美的预警。

 


时间差就是生命

地震预警的原理并不复杂。如同看到闪电与听到雷声之间会有延迟,目前地震预警系统的本质也是打时间差地震波主要有纵波和横波。当突然的纵波触发了震中泸定县的预警系统,并开始以每秒5~7千米的速度向外扩散时,预警信号也通过无线电波或光纤信号以光速传达到震中周边地区的各个接终端。与此同时,破坏力较强的横波也正以每秒约3~4千米的速度奔向各地。
 
预警系统着重预警的,正是传播速度更慢,但破坏力更强的横波。也就是说,光速和横波达到预警信息接受终端的时间差,就是预警倒计时的时间。如果能在横波到达之前发出警告,就可以提醒民众采取应对措施。
 
当地震波触发了泸定县布设的地震报警器,经过信号分析,预警信息产生。这次预警是在泸定6.8级地震发生后第4秒发出的。在前几年,预警发出的时间为震后5秒到6秒,而这次只有4秒多。按照王暾的说法,这已经是极大的进步,这就如同世界冠军的百米短跑成绩,每一秒进步都是质的飞跃,而地震预警的每一秒进步都意味着千百生命被拯救。
 
这个进步与监测站点的密度和技术进度有关。王暾团队主要依靠基于微型电子机械系统(MEMS)传感器技术的烈度仪进行地震预警监测,其烈度仪可安装在建筑物承重墙上,并采用倒计时的预警方式通过手机、电视、大喇叭发出预警。
 
这次泸定地震中,康定市距震中53千米,预警时间7秒;雅安市距震中99千米,预警时间20秒;乐山市距震中161千米,预警时间36秒;眉山市距震中176千米,预警时间40秒;成都市距震中226千米,预警时间50秒。
 

手机用户收到地震预警,预警系统先给出6.9级地震信息,随后迅即调整为6.6级。(图片来源:成都高新减灾研究所)

据减灾所信息,甘孜藏族自治州、雅安市、乐山市、眉山市、成都市等地许多应用了地震预警系统并达到触发条件的学校、社区、场镇提前发出了预警,成都铁路局、成都地铁、危化品生产企业等通过专用接收终端接收预警,这些信息通过预警大喇叭提前发出。同时,电视、手机端也向民众发出了预警。
 
这是大陆地震预警网自2011年连续成功预警的第73次破坏性地震。
 

要预警,不要预报
王暾的地震预警工作发端于2008年的汶川大地震。作为四川达州人,他当时正在奥地利从事理论物理的博士后工作。按照他在《一席》节目中的说法,“汶川地震的当天晚上,我就决定回国来从事这个工作,然后在2008年6月份我回到成都,注册了成都高新减灾研究所”。
 
按照王暾此前在媒体中的分析,如果2008年汶川地震时建有预警系统,青川可获得长达50多秒的预警时间,那么青川民众完全可以从低于五层的建筑中跑出去。同样如果有预警系统,离震中140千米的北川就可以有31秒的预警时间,成都和汶川县分别可得到18秒和7秒钟的预警时间,这可以减少2到3万的人员死亡,避免数万个家庭的生死离别。
 

宜宾市叙州区五友路学校收到预警后疏散(图片来源:成都高新减灾研究所


事实上,一些地震系统的研究人员在更早时候并不重视地震预警,而是把主要精力放到了地震预报上,尤其是唐山大地震中诞生了诸多地震预报的“神奇理论”,比如北京工业大学某教授养了大量虎皮鹦鹉来进行地震预报。这些“理论”在汶川地震后再度沉渣泛起。
 
两者的本质区别是,预警是地震发生后利用时间差来发出警告信息,而预报则是在地震发生之前发出预测信息,这个预测时间可以是数小时到数年。然而目前学界并不太认可地震预报的科学价值,因为人类目前对地震的认识远远不足以进行准确预报。

这是因为地震具有非线性和混沌性的特征,一个微小的扰动就可能导致整个系统产生各种不同的复杂结果。而以目前的技术水平,也无法实现直接测量震源处的岩石强度与应力。截至今天,还没有国家实现过准确的地震预报。
 
实践出真知。成都高新减灾研究所自2010年与应急部门、地震部门联合建成的大陆地震预警网已成功预警73次破坏性地震,包括2013年四川芦山7级地震、2014年云南鲁甸6.5级地震、2017年九寨沟7.0级地震、2019年6月17日四川长宁6.0级地震。如今这个网络有多达7500个传感器,已覆盖240万平方千米,占中国人口密集多震区面积的90%。
 

“众包”预警
地震预警还有不少提升空间。
 

在2020年与中国地震局达成合作后,减灾所被授牌为“中国地震局地震预警技术研究成都中心”,并与中国地震局共建中国地震预警网,这推动了大陆地震预警网更快的发展。

 

电视用户收到地震预警(图片来源:成都高新减灾研究所)

王暾还发现,每一台手机都可以成为一个地震仪。因为智能手机内置了用来感测与维持方向的陀螺仪,不仅可以用来打体感游戏或者当计步器,还有可能用来监测地震波。
 
王暾在接受媒体采访时分析认为,如果手机监测到可能是地震的信息,就会向预警中心发出信息,预警中心服务器结合大量手机的信息自动判定是否发生了地震。这种预警网络不仅传感器数量巨大,且建设成本和运维成本极低。

美国也在做类似的工作。2019 年 10 月,美国加利福尼亚州正式推出地震预警系统,这个系统利用安卓手机自带加速传感器提供的纵波数据,从而发出预警。如果同一时间段内,某个地区的大量用户都经历了相似的异常震动,就说明很可能地震发生。如此,全球数十亿安卓设备就可能造就最大的地震预警系统。
 
一些智能手机厂商找到王暾寻求合作,迄今减灾所已经与小米集团、华为手机、OPPO手机、vivo手机合作,实现了对手机预警功能的系统级接入。在王暾的预警系统中,这个功能需要用户打开定位系统才能向预警中心发出预警。以小米手机为例,其开启方法是:手机管家→家人关怀→地震预警。
 
“众包”地震预警,某种意义上就是“我为人人,人人为我”。
 
相关链接:
http://www.365icl.com/view.asp?AID=2247&pid=126

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