众所周知，实现地震预报，尤其是短临预报，即对几天之内将发生的地震进行预报，目前仍是世界性的难题。但在地震预报尚未成为现实之前，人类可采取措施减轻灾害。中国科技大学教授倪四道最近的研究结果表明，我国实现地震早期预警完全可能。
    
    他说,“我国在进一步加密地震台网的基础上，可实现6.5级强震发生后20秒内快速确定震中，通知相关单位实施应急措施，实现地震极早期预警，尽量减少人员、财产损失。然后，利用国家及全球地震和强地面震动资料，几小时内确定地震能量释放过程，形成地面震动理论评估图，按照灾情程度合理分配救灾资源，可提高救灾效率。”其课题组在最近研究汶川地震时发现，用两个三分量地震台站就足够在10秒钟内确定误差在20公里范围内的震中。
    
    倪四道解释说，汶川地震发生在成都以西100多公里处，地震面波需要40秒左右才能到达成都。如果能够利用该地震附近50公里内的两个地震台的P波，可以在十几秒内初步确定地震地点及强度，成都可以有20多秒的预警时间终止关键性活动，如学生上课、重要会议、医院手术、高速列车、金融交易、军事演习、危险性工业品生产等，也可以对电、煤气、自来水等设施进行暂停，减少由次生灾害造成的损失。在汶川地震发生后十多分钟，强烈的面波抵达北京、上海等东部城市，一些高层建筑内的正常生产、工作和学习也暂时中断了。我国如果形成地震早期预警系统，完全可以在地震面波还没有到达东部大城市之前，向民众及相关部门通报有感地震波将到达，避免不必要的社会恐慌。
    
    有例在先：发达国家P波之后4秒确定震中
    
    地震极早期预警是发达国家应对地震灾害的一项有效措施。
    
    倪四道介绍，地震及早预警系统在地震减灾中已得到应用。上世纪60年代，日本铁路系统研发了UrEDAS系统。该系统利用一个地震台的观测资料，粗略判断地震的基本要素，如果检测到强震发生，该系统则通知高速列车采取制动措施，避免脱轨事故。1989年，美国加州Loma Prieta地震发生后，Bakun等人提出了该地震强余震的预警系统，即通过主震区较密集的地震台网监测余震，一旦有强余震发生，立即向大城市如奥克兰的建筑工人，尤其是高处工作的工人发送预警，工人可有20多秒的时间疏散到安全地带。在墨西哥以及我国台湾地区等也建立了地震早期预警系统。
    
    “地震预警研究最关键的目标就是以最短的时间确定地震的要素。”他说。
    
    美国地震学家Allen、Kanamori和Olson、Allen分别在2003年的《科学》和2005年的《自然》上发表的研究结果表明，地震破裂过程具有某种确定性，即地震刚开始的几秒钟信息已经基本足够用来判断地震何时结束及最终会演化为多大的地震。他们利用距震中很近的地震台记录的P波的前几秒的波形计算得到了地震的特征时间。与此同时，他们还发现，这些特征时间和震级有很好的对应性，P波之后的4秒钟就足以判断震级了。地震学界目前的研究重点之一，就是如何利用尽量少的台站资料，较快速地确定地震位置，且已有不少进展。
    
    倪四道的课题组最近在研究汶川地震发生过程时，仅仅用两个三分量地震台站数据，就可在10秒内对地震的震中位置给出误差范围在20公里的定位。他们的论文发表在2009年《中国科学》第一期上。
    
    他说，“在汶川地震发生后10秒内，至少会有5个拥有良好方位角分布的台站记录到此事件。因此利用Horiuchi等的算法能快速、准确地进行定位。但对于四川省相对稀疏的网络，平均间距100公里，地震发生后10秒内也许只有2～3个台站能检测到P波。其中，油榨坪台站在事件发生后3.87秒，成都郫县和汶川的台站分别在6.16秒和8.46秒接收到P波信号。”
    
    汶川的启示：一两年内可达目标
    
    许多人会记得，汶川地震发生后，国家地震监测部门在5分钟左右确定地震位置及强度，10分钟后上报地震信息。这相对于唐山地震无疑是巨大的进步，但此时，地震直接灾害及影响已经形成，很难作到地震预警。
    
    倪四道认为，我国在已有监测能力基础上，如果增设一些台站，在今后两年内达到以下3项目标是可能的。
    
    第一，有密集观测网地区可实现早期预警。对于东部大都市区，北京、天津、唐山等组成的首都圈，上海、南京、苏州等组成的长三角都市圈，观测网较密集，可望在地震发生后20秒内基本确定地震位置及震级，给都市的经济、社会活动提供0～30秒的宝贵时间，采取关键措施，减轻损失、保障社会稳定。
    
    第二，对于西部地区，云南、四川、西藏、新疆，观测网相对稀疏，可以做到100秒内定出地震位置及震级。对于成都、昆明市、乌鲁木齐等大城市，适当增加城市附近观测站密度，应该可实现20秒预警。而西部发生的大地震面波需要10分钟才能到达东部，其对东部的影响基本上可以防患于未然。
    
    第三，关于地震灾害快速评估，首都圈等强地面震动观测点密集的地区，可以在几分钟内形成地面震动图（shakemap）。
    
    对于强地面震动观测站稀疏地区，可以利用远震波形，20分钟内，地震波已经达到全球的任何一个位置，因此地震的所有信息都已经可以确定。利用现代地震学的研究成果，地震学家已经可以很快确定地震的细节，包括地震起始、终止地点和时间，以及地震能量释放的具体过程，即确定地震断层错动量等震源运动学过程。在此基础上，计算出地震波在震源区的地面震动强度，结合震源附近的强地面震动记录，计算出shakemap，形成地震成灾分布图，为高效率地震救灾提供第一手资料。按照目前地震学的研究能力，可以在两小时内得到这样的结果。
    
    倪四道最后说，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，政府强调了对重大自然灾害监测与防御方面的研究，也明确了建设国家公共安全应急信息平台的重要性，其内容为构建国家公共安全早期监测、快速预警与高效处置一体化应急决策指挥平台。目前，中国地震局相关研究所已经开展了地震早期预警工作，并取得了一定成果。他认为，非常有必要把我国的相关地震学研究力量组织起来，形成有效的应急地震学研究体系，使我国尽快建立起强地震早期预警系统。
    
    (王静)2009-3-26