日本311地震後地震預警技術進入了公眾視野。地震預警是指大地震發生後對地震快速處理髮出警報，提醒遠處人們在地震波沒有到達之前逃生和避險。隨著地震科學和技術的發展地震預警技術已經進入實用化階段，它將在大地震發生後為防災減災發揮重要作用。在防災減災日我們再談地震預警問題，目的是使更多的公眾瞭解地震預警知識。
1、地震預警實際是地震警報
地震預警是在汶川地震，特別是日本3.11地震之後被越來越多的人提起。很多人把地震預警和地震預報等同起來，這是因為在漢字裡“預”有預先之意，其實這是一個翻譯問題。地震預警一詞是由英文“Earthquake Early Warning”翻譯過來的。日本叫“地震緊急速報”，中文應譯為“地震報警或地震警報”，而不應譯為“地震預警”。譯為“地震預警”很容易和“地震預報”混淆。美國在西海岸新建立的地震預警試驗系統稱為“Shake Alert”系統，即震動報警系統。廣東省地震局開發的“超快地震速報”也比較確切地表達了地震預警的真正含義。儘管我們一再呼籲不要再用“預警”一詞，但在國內已經約定俗成，改起來也不容易。因此目前所說的地震預警，就是地震警報！
所謂地震警報，就是在一個地方已經發生了地震，當地的地震監測儀器在測出地震之後發出警報：我這裡地震了！由於地震波的傳播速度為每秒幾公里，相對電磁波的每秒30萬公里要慢得多，人們就將地震發生的消息用電磁波手段（電話、廣播、電視、網絡、手機）迅速地傳給遠方，在離地震發生比較遠的地方人們收到警報時地震波還未到達，這時採取緊急措施逃生和關閉電、氣、水等生命線設施，地鐵、高鐵減速等等，可以減少損失，避免次生災害。這與防空警報一樣，知道敵機已經起飛了，拉響防空警報，提醒人們躲避。
2、地震預警原理
如前所述，地震預警是一種報警技術，是建立在現代地震觀測技術和信息技術基礎上發展起來的新技術。地震預警技術的主要原理有三種，一是利用地震波傳播速度比電磁波慢，在地震發生後發出地震警報，通知遠處的人們採取避險措施，英文表述為“Front Warning”，即遠方報警。另一種是利用地震波縱波（P波）和橫波（S波）之差發出報警，一般認為S波是地震破壞的元凶。由於P 波速度一般約為6 Km/s ，S波速度約為3.5Km/s，S波比P波晚些時間到達，因此在P波到達後發出報警。這種方法只能用於地震震中現場附近報警，稱為“On-Site Warning” ，即現場報警或當地報警。還有一種警報，當地震波（一般指破壞力較大的S波）達到一定閾值發出警報，這種警報是大地震警報，作為地震緊急處置時使用，比如關閉水電氣的閥門，列車緊急制動等等。
圖1地震預警原理示意圖
3、怎樣進行地震預警
地震預警技術和傳統的地震速報處理技術有很大差別。傳統的快速測定地震參數主要依靠P波和S波到時差來確定震中距離和位置，得到地震參數至少需要幾分鐘或更長。地震預警則不同，它需要在地震波到達臺站後幾秒鐘就要確定：（1）是否是地震；（2）是否是大地震；（3）地震的位置或者距離；（4）地震的強度。因此地震預警技術也被稱為“秒級處理技術”。目前一般採用P波的前3秒數據，主要依據大小地震的波形頻譜及位移峰值不同來進行快速處理（圖2）。
地震預警技術從原理上就存在“預警盲區”。如前所述地震預警是在大地震發生後向遠處發出大地震警報。從大地震發生到警報的發出是需要時間的，這個時間是地震波從震源到達地震臺的時間和地震臺收到地震信號判定地震的時間總和。換句話說，地震發生了，並不能立刻拉警報，需要地震臺（網）收到地震信號，並且確定是大地震後，才能拉警報。在這段時間地震波照樣傳播，由於大地震造成的破壞主要是S波，這段時間對應的S波傳播的距離，我們稱之為盲區。即地震警報到達該地區時地震波已經到達或已經過去。換句話說警報收到時，具有最大破壞力的S波已經掃過該區。
圖2 地震震級和地震波頻譜的關係
地震預警盲區的形成有兩個原因，一是地震是有深度的，一般來說大地震，淺源地震多發生在10-20公里深，地震發生後地震波向各個方向傳播，到達地面的地震臺站需要時間。二是地震臺站接收到地震信號後需要進行處理。圖3是一個地震臺接收到地震波後最理想的盲區示意圖。假設最理想的情況是地震臺正好位於大地震發生的上方，在震中位置。如果地震發生在12公里深，地震縱波傳到地面地震臺約需2秒鐘， 地震臺收到地震波需要進行判定處理時間，目前最高水平的處理時間需要3秒。那麼最快需要5秒中發出地震警報。由於1秒地震縱波（P波）走了6公里，橫波（S波）走了將近4公里。發出警報時地震縱波已經走了30公里左右，地震橫波也已經走了將近20公里左右，這就是縱波和橫波的預警（警報）盲區，或稱P波和S波預警（警報）盲區。
圖3 單臺地震預警理想盲區示意圖
實際上預警技術非常複雜，往往不是一個地震臺就可以準確判斷，它需要一個與傳統地震臺網不同的高密度地震臺網來減小預警盲區，發出警報越快越好。但是地震預警的另外一個技術問題是資料處理越快就誤差越大，特別是測定地震強度（烈度和震級）往往會出現較大的誤差。因此各國地震預警系統的地震報警均採用連續多報方式進行。例如日本3.11東海9.0級大地震共發出15次警報。目的是即快速發出報警，又在後續的報警中不斷修正地震參數，使它越來越準確。目前各國都在技術上尋找解決出路，使預警的第一報更加準確。
大部分預警系統仍然非常重視快速發出報警的第一報，縮小盲區半徑，而將地震強度的誤差放在次要地位。例如日本對公眾的地震警報並不報地震大小，只發地震警報和報告預計S波到達時間，為的是最大限度挽救生命和減少財產損失。發警報的首要前提是必須確定真正是地震發生了，這點在技術上必須予以保證。
4、地震預警是複雜社會工程
地震預警和其它科學工程不同，它是一個複雜的社會工程。它不像其它地震技術工程建成以後就可以發揮效益，地震預警觀測網絡的技術系統建成後僅僅具有發佈地震警報的功能。但是這一點並不能保證產生地震預警的目的和效益。因為地震警報產生效益不僅是取決於技術系統的產出，還要取決於社會的接受程度、獲得警報方式、預警對象採取的處置措施是否得當等多方面因素。也就是說，公眾和預警接受對象如何得到警報，在得到警報後如何採取逃生避險措施甚至更加重要。
各國面對地震預警的複雜性建立起來的地震預警試驗系統有著不同的處理方式。到目前為止，我們看到最多的是技術系統的建立和研究開發，大多是在技術上建立一個地震預警發佈警報系統，很少有如何處理社會問題的論述。日本在處理地震預警社會效應封面做的較為完善。他們在地震預警系統建設、地震預警服務和終端設備的市場化、地震預警的立法、地震預警的社會培訓與宣傳等方面的成果值得借鑑。
地震預警技術是近些年發展起來的新技術。日本和墨西哥等國實踐表明，在大地震發生時可以減輕生命財產的損失。目前我國各個部門正在開展地震預警研究和示範，國家地震烈度速報和預警工程已經進入實施階段，相信隨著地震預警技術的進步，它將為挽救人類生命、減輕災害做出貢獻。
作者： 中國地球物理學會 [責任編輯: 呂芮光]
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