有效的警报和发布策略

512再谈地震预警专辑（五）

2019年美国国庆节的地震由于美国西海岸Shake Alert（地震预警）系统没有给洛杉矶发地震警报，引起公众的舆论谴责。美国USGS及很多地震科学家们进行了关于地震预警的反思和讨论。他们研究了地震预警效益、能力、成本及其存在的局限性，探讨了警报的及时性和准确性等问题，提出了什么是有效的地震警报和发布策略。

科学家和地震学家主要进行了关于有效的地震警报和警报发布策略两项研究，针对地震预警探讨了如下3个问题：

1、警报生成的速度有多快?

2、用户在强烈震动到来之前应该提前多早收到警告?

3、地震警报对于估算地震强度和估计接收者所在地的烈度准确性如何?

图1 地震预警的警报对于地震强度计算的能力

图中 （A）2011 M9.0日本东北海（B）2016M7.0日本熊本（C）2008日本岩手宫城县M6.9的地震，EEW震级估计值的变化。JMAEEW系统（蓝色）的震级估计值的时间演化与推断的实际震级，基于运动破裂模型 kinematic rupturemodeling的变化（黑色）比较

图1是三个日本大地震及日本气象厅的地震预警系统（蓝色）的震级估计值的时间演化与推断的实际震级（基于运动破裂模型 kinematic rupture odeling）的变化（黑色）比较。我们可以看出日本311地震的警报第一报在震后20多秒发出，如前所述第一报震级只估算为4.3级，而后大约50秒估算为7.5级。熊本地震第一报大约在7秒发出，震级为5.9级。宫城县地震第一报在震后10秒发出，震级为5.7级。可以看出快速的地震警报，其地震强度估算的误差很大，比实际要小很多。

为什么会出现这样的现象？这是由于地震预警的警报，实际是超快地震速报，日本称之为紧急地震速报，这种地震速报和传统的地震参数处理方法不一样。它只用了地震破裂过程开始后传到地震台站前三秒的数据。这时整个大地震破裂全过程还没有完成。

图2 地震破裂过程和地震震级关系

图2模拟了圣安德烈斯断层北部发生8级地震，朝南向旧金山方向的破裂。请看图中间的上下两张图，上图显示的是破裂初始的一个时段，在该时段内，地震破裂已经发生了20s，旧金山收到的震动加速度是这个地震加速度的2%g或更大一点，后续随时间的推移还会收到有更大震动的警报。在这个阈值点上，大多数人（但不是所有人）会感到有些抖动，并且低于损害的阈值点。在这个时间发出警报,地震可能已达到7级水平，这时离强烈震动的地震波到达旧金山还有48 s的警告提前量。相反，如果地震破裂已经发生67s再发警报，这个地震加速度达到22%g的晃动(对应可能是非常强烈的震动和中等程度的损坏性)，能量释放已经相当于M7.7地震，尽管已经接近8级地震水平，这时旧金山只有8s的警报提前量，显然8秒对于避险逃生有点少！

我们在第二辑就阐述过，假定在地震开始时就能立刻能确定震级和破裂长度，当然这是无法实现的！即使在这种情况下，唯一不知道的是用户所在位置的震动强度。由于地震破裂过程的变化、地震波通过复杂的地质结构传播特性变化和当地的场地条件等因素的限制地震烈度的不确定性也会相当大！

当然还有地震预警技术本身存在许多不确定性因素和迟延，警报在某些地方预估震动强度可能比造成损害的震动强度更低。所有这些问题都必须考虑如何发布地震警报才能发挥地震预警的效能和作用。

综上所述，得出结论是：最佳的警报发布策略也应采取一种“安全胜于遗憾”的方法!

尽管大地震发生的可能性很小，但也要告诉用户，这种地震预警的发布策略是为了快速发布警报，尽快发出风险提示！这时最快的警报报告给你提供的地震强度可能不准确，可能比实际地震要小得多。这种地震警报发布策略还会导致向用户较频繁地发出警报，并且它有可能是不会造成灾害的小震动，但对于偶尔发生的大地震，而且震动剧烈的造成灾难的地震，他们不太可能错过警报!

这也就是说：万一是大地震呢？你就可能逃过一劫！当然越快发出警报，盲区范围也就越小，就可能更多地减少伤害！

这就是根据地震预警技术现状和存在的快和准的矛盾问题，为了发挥地震预警减轻灾害的效能，而采取的有效的地震警报警报发布策略。这个策略实际是利用地震预警的社会效能来弥补地震预警技术上的局限。

地震警报的发布策略采取“安全胜于遗憾”的做法，主要目的就是要发挥地震预警的效能，争取最大的减轻灾害。所有地震预警的设计者和技术人员都希望地震警报又快又准，但是由于目前地震预警的技术局限还无法做到。因此地震预警技术是需要不断发展和创新，地震学家和工程师一直在努力向着“又快又准”的目标努力。目前采用人工智能AI技术、快速GNSS技术及地震重力引力波的发现，都为突破地震预警技术的局限开辟了前景。

CGI-KP2021011