一文詳解什么是地震預警？
發布時間：2020-04-20
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104.94度）發生6.0級地震，23時36分在宜賓市珙縣（北緯28.43度，東經104.77度）發生5.1級地震。據央視報道，在長寧6.0地震發生后，成都城區提前發出了地震預警。
圖1 長寧6.0地震預警（圖片源于網絡）
我們急切想知道：什么是地震預警？地震預警和地震預報是一回事嗎？
一、什么是地震預警？
“地震預警”是指在大地震發生以后，請注意是“地震發生以后”，在發生地震附近的地震監測臺站檢測到地震，馬上發出警報：“我這里地震了！”，從而使距離地震較遠的地方在破壞性地震波還沒有到達之前可以避險和逃生。
地震是地殼巖石斷裂在極短時間內釋放出大量能量的結果，這種巨大的能量可以激發出一種向四周傳播的彈性波，我們稱為地震波（圖2）。
圖2 遠震的地震記錄
地震波在地震發生后會產生兩種類型的波，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產生的混合波。大地震發生后，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，在距發生地震較遠的地方地震波還未到達時收到警報，從而采取緊急措施進行逃生。地震預警可以減少地震造成的損失，避免次生災害的發生。
二、地震預警和地震預報
有人會問：這明明是警報怎么能被稱為預警？
追根溯源，“地震預警”這個名詞中的“預”字往往使人們認為是指在地震沒發生時或者地震發生之前發出的警報，這是因為在漢字里“預”字有預先之意，所以很多人常常會把地震預警和地震預報相混淆。地震預報是指地震發生之前發出的預測。需要強調的是，由于地震是發生在地殼的內部，人類現在還無法動態觀測和探測到地球深部的環境變化和地震發生的過程，因此目前還無法科學驗證地震發生的原因及準確預測地震的發生。
“地震預警”是從英文“Earthquake Early Warning”翻譯過來的。準確的中文應譯為“地震報警或地震警報”，而不應譯為“地震預警”。地震預警容易和地震預報混淆起來。在日本稱“地震預警”為“地震緊急速報”，美國在加州新建立的地震預警試驗系統就稱為“Shake Alert”系統，即震動警報。在中國盡管一再呼吁不要再用“預警”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警，就是地震警報！
三、如何進行地震預警？
我們知道，地震發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，是地震發生時造成破壞的主要元兇。地震預警系統就是利用震中附近監測儀器捕捉到地震縱波后快速估算地震參數，比如發震時刻、地震強度、地震位置、震中烈度等，并預測地震對周邊地區的影響，搶在橫波到達震中周邊地區之前，通過電子通訊系統，如廣播、電視、網絡、電話、手機、報警器等發布警報信息。
地震預警需要密集地震觀測網和智能化的處理系統，這樣才能保證大地震發生后快速發出地震警報，所以人類百年以前的夢想，今天才得以實現。
四、地震預警的盲區
地震預警能不能救命，是不是萬能的呢？如果說地震報警是給遠處的人們發出地震警報，那么地震發生較近的區域警報有用嗎？確實，地震預警在原理上就存在一個難以避免的“預警盲區”。
圖4 地震預警盲區示意圖。紅星為震源，紅房子為地震臺
如前說述，從地震發生到發出警報需要時間，這個時間包括：（1）地震波從震源到達地震臺與（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，這段時間對應的是橫波傳播距離，我們稱之為地震預警盲區。
假設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行快速的計算，從而確定前述的地震參數。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秒中才能發出地震警報，這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 ，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警的盲區。顯然在盲區內警報收到時，有破壞力的橫波已經到達或過去了。
對于中小地震，地震預警作用有限。而大地震在盲區以外的一定區域仍會產生強烈震動，具有一定的破壞性，如果進行地震預警，就可以減輕盲區以外的災害，我們把這個區域稱為地震預警的獲益區。再遠的區域，例如地震烈度為6度以下較遠的區域，地震預警的作用也就不大了，稱為地震預警的無效區。所以震級越大預警的作用也越大。
預警的盲區內可能是地震破壞最大的地區。因此要使地震預警獲得更大的效益，在技術上需要盡量縮短處理地震的時間，但是無法消滅盲區。當然有研究表明地震警報對于盲區也是有用的，它相當于給人以警示，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，減少次生災害發生。
地震預警在減少地震災害方面發揮了它的作用。隨著科學技術的進步地震預警技術將不斷完善，從而更廣泛地服務于民眾服務于社會。（作者：地球物理信息科普團隊）
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