怎样理解地震预警
512再谈地震预警专辑（二）
在谈到地震预警时，我们反复强调地震预警是指在地震发生后，利用地震波传播速度远远小于电波传播速度的特点，提前对地震波尚未到达的地方发出警报。怎么理解地震预警呢？
首先看图1，这是在150多年前在美国旧金山日报刊登的地震警报的设想。作者库珀提出了发生地震的地方，给远处发个地震警报，这个警报要用电线传出去，地震波速度远远小于用电线传递的警报，这样可以给远处地震波还没有到达的地方发警报（Alart）,这就是现在说的地震预警。
图1 1863年旧金山日报刊登的地震预警设想（Cooper，1868）
有人要问：明明是发警报，怎么是预警？你说的非常正确！这是因为地震预警是从EarthquakeEarly Warning翻译过来的，其实应该翻译成地震报警或警报。
这是理解地震预警的第一点，地震预警其实就是地震警报！
图2形象的比喻我们说的地震预警的概念。山上有一大石头会有三种状态。第一张图石头没有滚动，我们发出一种警告“山有落石危险”这是真正的预警，其实是一种预报。第二张图石头突然滚下来了，有人大喊“石头落下来了，快跑！”这是警报！就是我们现在说的“预警”。第三张图大石头已经落下来，有关部门发布消息说，“大石头落在**国道**公里处”，这就像我们说的速报。
图2“地震预警”是地震警报
第二、用于地震预警的地震监测台站是非常密集的地震预警监测网，至少在10公里就要设有一个台站，24小时全天候地实时监测地球的震动，当监测到地震后地震预警系统在极短的时间内（以秒计算）快速测定地震参数，快速发布地震警报给地震波尚未到达的地区，从而达到减少恐慌减轻灾害的效果。因此地震预警是在地震发生后，快速发布的地震警报。不是地震预报！地震预报是在地震发生前的预报，目前在科学上尚未突破。
第三、目前地震预警在技术上还存在预警盲区，也就是说在震中附近的一定区域内地震警报发出的时候地震波已经扫过去了。
为什么会产生这样的现象呢？这是由于地震的特殊性。大家知道地震主要是地壳内部发了突然破裂造成的，地震破坏是由于地震波传播过程中携带的能量造成的。地震一般发生在地下10多公里深处，地震波传播到地面需要时间，地震的纵波（P波）最快，大约是6KM/秒，即使震中位置上有一个地震台站，收到地震信号后需要快速计算地震参数。假设地震发生在地下10几公里处，地震波到达地面需要约2秒，处理地震最快也需要3秒，这就使用了5秒时间。在这5秒钟破坏最大的横波（S波）已经走了半径为大约20公里的地区，这个地区收到地震警报时，S波已经过去了。这个区域就是“盲区”。
图3 地震预警的盲区
显然在盲区的人们会迷失地震警报。地震预警盲区是在震中附近的地区，一般震中地区是破坏最大的地区，也应该是最需要地震警报的地区，但是遗憾的是在原理上目前盲区是无法避免的。
第四、地震发生后地震警报需要快速发出，越快越好，秒秒必争，这样才能与地震波赛跑。警报越快，地震预警的盲区就越小。但是目前地震预警存在的第二个问题是在极短时间发出的警报对于地震强度的预估可能不很准确。存在着快与准的矛盾。
这又是为什么呢，我们在前面说了，为了快速发出地震警报，地震预警监测网是密集地震台网，没错！这是地震警报在地震后秒级发布的必要条件。但是要发布的快，还需要处理的快！在短短的几秒钟，地震预警系统要做的有这样几件事：1、判断是不是地震，这很重要！如果是别的震动，比如人为干扰、重载车辆、爆破、雷电干扰等等都不能当作地震发出警报！2、如果是地震要快速测定地震的位置、发震时间、地震的大小。也就是要以极快的速度判断处理地震参数，然后发出警报。常规的地震台网地震参数处理最快的也需要2分多钟，这显然无法作为地震报警！你可以想象这时盲区有多大。
所以全世界地震预警系统，都不能利用传统的常规的处理方法。而是要用地震预警的快速处理方法，现在世界上大都认为地震预警的处理时间不能超过3秒钟，这么短的时间，只能利用地震台站收到的地震信号的最早到的一小部分。这一小部分地震信号对于处理地震时刻和地震位置相对误差还不大。但是对于测定地震大小却可能会不准确。也就是前面说的地震预警存在着快与准的矛盾。用俗语的话说“萝卜快了不洗泥”。
图4和图5是日本311地震预警、庐山地震预警实例
图4 日本311地震预警
图5 庐山地震预警
从这两个实例我们可以看到，地震预警的警报是采用顺序多报的。对于这两个大地震最早的警报的预估震级都是误差很大的。随着后续的警报会逐步接近实际的地震强度，当然盲区半径也会越来越大。
我们说了由于地震预警的快速处理仅仅使用全部地震信号最早到达地震台站的那一小部分，这是造成对于地震强度估算误差较大的原因。实际上一个地震大小的测定需要地震破裂全过程信息计算的能量来确定。在地震刚开始破裂时释放的能量很小，这也是造成快速处理的不准确的原因。
图6 显示假设在美国旧金山北部发生一个8级地震，在地震开始后20秒能量仅仅相当7级地震。陈晓非院士研究了2008年汶川特大地震，得到汶川地震实际上其地下破裂面长达300多千米，破裂自震中开始，向北东方向扩展，破裂的持续了90多秒。震后10秒其破裂长度仅为30千米左右，不足最终破裂的十分之一，根据其传出的地震波信息，这时估算的地震震级也只有6.5级左右。因此地震警报要快，就有可能造成估算的地震强度不准确。
图6 地震破裂过程
实际经验证明，目前地震预警的快速处理方法的警报第一报，基本现状往往是“大地震报小、小地震报大、中等地震还好”。
地震预警的地震警报还应该估算获得警报地点的烈度，这就更加困难了。即使地震震级测定是准确的，由于地震波的介质传播的特性、所在地的场地效应以及地震破裂方向难以快速确定等因素，使烈度估算会有较大的偏差。汶川地震距离震中仅有80余公里的成都烈度仅为6到7度，可是距震中同样距离的绵竹烈度却高达10度。可见地震预警最早发出的警报，对于烈度的估算也有很大的困难。这就是我们反复强调的：地震预警技术目前存在的另一个问题就是快速发布的地震警报可能对地震强度估算不准。
图7 成都和绵竹地震烈度比较
第五、地震预警技术系统是一个高度自动智能系统。地震警报是和地震波赛跑，地震预警的警报可与其它的预警发布不一样，无法层层审核、层层批准才能发布。密集地震预警监测网的任意一个地震台站在感知到地震后，立即通知和问询周围的地震台站，然后启动快速处理地震发布警报自动程序。最早的警报可能就是由离震中最近的2、3个地震台站获得的数据处理的结果。显然随着时间的推移更多地震台收到地震信号，后续的警报会越来越准确。请注意最早的地震警报是在几秒钟完成的，所以称为秒级处理技术。它要求地震预警技术系统全天候运行不得有一点中断。
最后，还有一点必须理解的，就是地震预警系统不得错报。什么意思？就是发出的地震警报一定是地震！可以允许估算的地震强度有误差但不允许错报，不能把其它的地面振动比如施工的打夯、重载车辆通过、爆破、人为在地震台站附近活动错报成地震！当然任何系统都会受到干扰，地震预警系统也会有这样的问题。但是必须是控制到极小极小概率，高铁地震预警系统在测试过程中采取一票否决制。如果在测试运行中有一次错报，就会淘汰该生产厂家的设备。这种严格的要求就是要让使用地震预警的人相信：地震警报来了一定是地震！
我们从以上六个方面谈了怎样理解地震预警。在进入地震预警时代，每个人每一单位和每一企业都会收到地震警报！因此所有人都要知道地震预警是怎么回事？了解和理解地震预警的方方面面，这样才能最有效使用和利用地震警报，做到减少恐慌、减轻灾害。
《再谈地震预警专辑》在后面还会详细介绍地震警报怎么发、地震警报的内容是什么，警报来了怎么办等等大家关心的问题。欢迎大家关注！
CGI-KP2021008