8月3日，地震來襲。截止4日8時40分，云南省昭通市魯?shù)榭h龍頭山鎮(zhèn)發(fā)生的這場6.5級地震，已造成381人死亡。

在此次地震發(fā)生之前，云南昭通地震局和成都高新減災(zāi)研究所聯(lián)合建設(shè)的地震預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)地震預(yù)兆并成功預(yù)警，為昭通市區(qū)和昆明分別提供10秒、57秒預(yù)警。這寶貴的幾十秒預(yù)警，成功挽救了許多生命。

多年來，每逢大地震，網(wǎng)上總會流傳日本等國預(yù)測地震的“神話”，刨開跳大神、撞大運(yùn)的種種故事，唯一靠譜的只有“地震預(yù)警”。

什么是地震預(yù)警系統(tǒng)？

地震預(yù)警其實(shí)并非預(yù)測，其概念最早由美國的庫珀（J. D.Cooper）博士于1868 年提出，基本原理是P波（一種縱波）傳播速度快于S波（一種橫波）、電磁波傳播速度快于地震波，利用二者時間差進(jìn)行預(yù)警。但限于當(dāng)時的技術(shù)水平，這個構(gòu)想未能實(shí)現(xiàn)。

直到大約100年以后，日本沿鐵路線布設(shè)地震警報(bào)器，才首次將這個構(gòu)想付諸現(xiàn)實(shí)并應(yīng)用于地震災(zāi)害防御。

這次云南地震證明，我國地震預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)正在迎頭趕上，也吸引了更多公眾的關(guān)注。

早在2013年2月19號，云南省昭通市巧家縣附近發(fā)生4.9級地震。成都高新減災(zāi)研究所與云南昭通市防震減災(zāi)局聯(lián)合建設(shè)的地震預(yù)警系統(tǒng)對該次地震成功預(yù)警。這是國內(nèi)地震預(yù)警系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)對破壞性地震成功預(yù)警。從那時起，成都所的地震預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)成功預(yù)警了14次造成破壞的地震。

地震預(yù)警需要龐大的基礎(chǔ)臺站建設(shè)。通過中國地震局“十五”重大工程項(xiàng)目“數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”的實(shí)施，已建成了由1個國家地震臺網(wǎng)和32個省級地震臺網(wǎng)組成的覆蓋全國的地震監(jiān)測臺網(wǎng)。全國測震臺站達(dá)到1014個（圖2），其中包括國家臺站148 個、區(qū)域臺站814個、火山臺站33個、臺陣2個、臺點(diǎn)19個。

與測震臺網(wǎng)平均分布在各省不同，我國的強(qiáng)震臺網(wǎng)（圖3）主要分布在21個地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)，共計(jì)1154 個固定強(qiáng)震臺站，另外還有北京、天津、蘭州、昆明和烏魯木齊五大城市烈度速報(bào)臺網(wǎng)共計(jì)300個烈度速報(bào)臺站，但目前我國所有的強(qiáng)震臺站均以撥號的方式上傳數(shù)據(jù)，并未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸功能。

為什么不能早一點(diǎn)預(yù)警？

地震預(yù)警當(dāng)然是越早越好，但由于技術(shù)上局限，預(yù)警在技術(shù)上很難達(dá)到早預(yù)報(bào)的效果。

地震預(yù)警是需要時間的，這個時間不僅包括P波傳播到臺站的時間，還包括地震定位時間、計(jì)算機(jī)處理及發(fā)布時間、數(shù)據(jù)傳輸延時及系統(tǒng)反應(yīng)時間等。正是由于這些時間的存在，在地震預(yù)警警報(bào)發(fā)出時，地震波已經(jīng)傳播了一段距離，此時對應(yīng)的S波傳播距離，我們稱之為“盲區(qū)”。很顯然，對于盲區(qū)內(nèi)的區(qū)域是無法提供預(yù)警信息的。

地震預(yù)警系統(tǒng)的局限性主要在于預(yù)警盲區(qū)的存在。所以，地震預(yù)警系統(tǒng)面臨一個尷尬的規(guī)律：越是地面運(yùn)動強(qiáng)烈的極震區(qū)，能提供預(yù)警的時間就越短；對預(yù)警系統(tǒng)依賴越弱的地區(qū)，能提供的預(yù)警時間反而越長。以汶川地震為例：離震中不到20千米的映秀鎮(zhèn)，處于預(yù)警盲區(qū)，基本沒有可能獲得提前預(yù)警；而距離震中約1500千米的北京，可獲得大約3分鐘的提前預(yù)警，但又幾乎沒有意義。

中國工程院院士許紹燮指出，預(yù)警盲區(qū)不可避免，只能憑借技術(shù)進(jìn)步逐漸縮小范圍。 

我國地震預(yù)警區(qū)域如何選擇？

根據(jù)地震預(yù)警的方式，地震預(yù)警分為現(xiàn)地預(yù)警（on-site warning）和異地預(yù)警（regional warning）。前者以“保護(hù)對象”為目標(biāo)，在保護(hù)對象周圍“畫”一個圈，一旦在圈上檢測到“風(fēng)吹草動”，立即采取措施，相當(dāng)于將哨崗設(shè)在自己的陣地周圍；后者以“威脅”為目標(biāo)，監(jiān)測“威脅”，一旦其出現(xiàn)，馬上采取措施，相當(dāng)于將哨崗設(shè)在敵人據(jù)點(diǎn)周圍。

重點(diǎn)保護(hù)對象包括核電站等。1994年廣東大亞灣核電站建成由6個加速度計(jì)、4個峰值加速度計(jì)、2臺地震觸發(fā)器組成的地震報(bào)警裝置，秦山核電站、嶺澳核電站也建成了類似的地震報(bào)警裝置。2007年在冀寧高壓輸氣管道上建設(shè)了我國第一個輸油氣管道的地震報(bào)警系統(tǒng)，這一系統(tǒng)也用于在建的中緬輸油氣管道等。對于高速鐵路，我國在京津客運(yùn)專線、京滬高速鐵路、京廣客運(yùn)專線和哈大客運(yùn)專線沿線均已布設(shè)或擬布設(shè)地震監(jiān)控系統(tǒng)。

很顯然，異地預(yù)警相對于現(xiàn)地預(yù)警，整體上具有更好的防災(zāi)效果，但我們往往并不能準(zhǔn)確地預(yù)測地震在何處發(fā)生，而需要保護(hù)的對象也不能完全避開所有的斷層。由于地震預(yù)警系統(tǒng)建造和維護(hù)的高成本，只有具有一定保護(hù)價(jià)值且地震發(fā)生具備一定頻度的地區(qū)才有建設(shè)預(yù)警系統(tǒng)的意義。

總體來說，在考慮到異地預(yù)警的情況下，可以對地震危險(xiǎn)性和人口、經(jīng)濟(jì)及生命線工程等情況制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)某個區(qū)域的所有指標(biāo)均超過該標(biāo)準(zhǔn)的閾值時，目前才有部署地震預(yù)警系統(tǒng)的必要。

重點(diǎn)預(yù)警區(qū)域如何劃分？

相對于已經(jīng)全面部署地震預(yù)警系統(tǒng)的日本和中國臺灣地區(qū)來說，中國大陸地區(qū)的國土面積要比它們大很多，地震發(fā)生的頻度相對較低，人均經(jīng)濟(jì)實(shí)力也有一定差距。顯然，目前在全國范圍內(nèi)全面部署地震預(yù)警系統(tǒng)并非良策，畫出重點(diǎn)預(yù)警區(qū)域才更為實(shí)際有效。

目前我國通過一些最基本的參數(shù)來初步分析決定我國地震預(yù)警重點(diǎn)區(qū)域的選擇。

1970 年以來，除了首都圈和遼寧地區(qū)的幾次強(qiáng)震外，中國大陸地區(qū)的主要強(qiáng)震都集中在黑河—騰沖線（人口地理界限）以西或該界線附近；在西部人口較為集中的烏魯木齊附近有部分強(qiáng)震，但頻度及強(qiáng)度均要低于位于黑河—騰沖線上的川滇地區(qū)。以此為依據(jù)，可以初步確定4 個區(qū)域?yàn)槲覈卣痤A(yù)警的重點(diǎn)區(qū)域（圖5 方框部分）：新疆西北部地區(qū)、川滇地區(qū)、首都圈地區(qū)和東南沿海地區(qū)。

地震預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

與現(xiàn)有的地震監(jiān)測系統(tǒng)類似，在現(xiàn)地預(yù)警與異地預(yù)警的大框架下，地震預(yù)警系統(tǒng)主要由觀測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、發(fā)布系統(tǒng)和保障系統(tǒng)構(gòu)成，每個系統(tǒng)又由不同的子系統(tǒng)構(gòu)成，其整體架構(gòu)圖見圖7。

在相似的結(jié)構(gòu)之上，由于地震預(yù)警的特殊時效性，其架構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題與地震監(jiān)測系統(tǒng)又不完全一樣。從整體上來說，觀測系統(tǒng)和通信系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)建設(shè)，是整個系統(tǒng)運(yùn)行的根本所在。

相對于現(xiàn)在的監(jiān)測系統(tǒng)來說，并不是特別重要的發(fā)布系統(tǒng)和保障系統(tǒng)則成了地震預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵：發(fā)布系統(tǒng)決定了整個預(yù)警系統(tǒng)的效益，而保障系統(tǒng)則是整個系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的地震監(jiān)測系統(tǒng)主要發(fā)布地震速報(bào)信息，包括自動地震速報(bào)信息和人工地震速報(bào)信息。

這次地震后，相信會加速建設(shè)微信、微博、電視等地震預(yù)警發(fā)布渠道，和時間的賽跑、與地震的較量才剛剛開始。

（本文參考論文《中國地震預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的幾個關(guān)鍵問題》，作者楊陳）