維基百科

地震預警系統

大地震发生前或初始时向相关、相邻地区发出警报的系统
此條目介紹的是地震震後向震區發布警報的系統。關於地震震前的預測和預報工作，請見「地震預測」。

地震預警系統（英語：Earthquake Early Warning system或Earthquake Warning system，縮寫：EEWs），是指依託潛在震源地附近的地震台網，在震後數秒內快速估算地震影響範圍和震害程度，在破壞性的S波和面波到達設防區域前發布警報的實時地震信息處理系統[2]。

2015年5月尼泊爾地震期間地震網絡項目（英語：Earthquake Network）發出地震警報的預警時間。十字標記標繪地震震中，而點標記顯示檢測位置[1]。圖中可見該次地震對中國西藏大部地區而言，預警時間可達10秒以上。

地震預警系統利用P波傳播速度較快、幅值較小，S波和面波傳播速度較慢、幅值和破壞性較大以及電磁波傳輸速度遠大於地震波的特性，通過讀取分析布設在各地的實時傳輸地震監測台站的記錄數據，快速對地震要素進行評估，來向預警設防區域發布警報，以避免人員傷亡和財產損失[2]。

地震預警系統的概念由美國地震學家庫珀於1868年首次提出，並於1964年在日本首次投入實際應用[3]。墨西哥則於1993年建成了首個面向公眾使用的地震預警系統[3]。目前，日本、墨西哥、羅馬尼亞、中華人民共和國、中華民國、土耳其、意大利、法國等已經建成地震預警系統，其中土耳其和羅馬尼亞為區域性預警系統，法國、中華人民共和國等國為特定設施專用預警系統[2][3]。而美國、意大利、加拿大等國的全國性地震預警系統尚處於在建或籌建階段[2][3]。

歷史

編輯
 
1879年的舊金山市政廳。庫珀設想在收到遠處地震台站的發震數據時，敲響市政廳內放置的警鐘，以警示附近居民。
 
1970年，在日本神奈川縣小田原站停靠的新幹線0系電力動車組。日本國鐵於1964年在東海道新幹線布設地震預警系統，這是地震預警技術的首次實際運用。

在1868年海沃德地震（英語：1868 Hayward earthquake）後，美國地震學家J·D·庫珀（J.D.Cooper）首次提出了地震預警的概念[3]。他設想在距舊金山以外100千米、地震活動性很高的霍利斯特地區架設地震觀測台站，利用電磁波和地震波的時間差，在觀測到地震發震後及時敲響舊金山市政廳內的警鐘，從而使舊金山市民有時間尋求緊急逃生避險[3]。但由於技術限制等原因，這一設想當時並未實現[3]。

1950年代末，日本國有鐵道就已在所屬的鐵路幹線上部署簡易的報警地震儀，以試驗地震警報系統的運行效果[4]。1964年，日本國有鐵道在東海道新幹線沿線布設了一系列的地震監測台站，並為之設計了一套報警器—地震計（Alert-seismograph）方式的地震預警系統，這使得日本成為世界上第一個實現地震預警的國家[3]。這種預警系統通過沿線台網單台記錄到的峰值加速度發布預警信息，因此局限性較大，誤報和漏報事件時有發生[3]。

1981年，地震學家安德森（Anderson）最早提出了一種根據台站到時順序進行地震實時定位的算法，開創了實時地震定位技術的先河[3]。1982年，日本國有鐵道鐵道技術研究所開始了新一代地震預警系統的研發，即地震動早期檢知警報系統（日語：ユレダス）（UrEDAS）[2]。這一預警系統採用現地預警模式，通過採集單台或多台設備的P波信息並加以運算得到震中位置、震級大小等參數[3]。

1985年，地震學家希頓（Heaton）給出了一個現代化的計算機地震預警模型，搭建了一種基於密集監測台網的簡單預警模型，為後續地震預警系統的研發作出了鋪墊[5]。

1987年，鑑於1985年墨西哥城大地震給墨西哥腹地造成了重大的人員傷亡和財產損失，墨西哥政府自當年起開始資助加速度計的部署工作[6][7]，以便及時獲得相應地區的地震信息。在地方政府的支持下，墨西哥地震儀表與記錄中心開始了地震預警系統的研究和開發工作[7]。並在1991年9月正式對「墨西哥城地震預警系統」開展試運行工作[8]，最初僅在墨國西部海岸地區部署了12個台站[8]，並對一些小學開展了廣播早期警報試驗[9]。1992年，在墨西哥城政府的組織下，就地震預警系統進行了多次公眾評議，並吸收了來自公共和私營組織的建議[9]。1993年8月，該系統正式投入使用，成為全球首個面向公眾的地震預警系統，也是首個採用異地預警模式的預警系統[2]。

1995年9月14日，在格雷羅地震（英語：1995 Guerrero earthquake）中，該系統在地震波到達前72秒發布了地震預警，為緊急避險贏得了大量時間[10]，這是世界上首次對公眾發布地震警報[8]。

原理

編輯
 
中華民國交通部中央氣象局地震預警（強震即時警報）系統的原理圖。當地震發生後，震源向外傳播P波、S波時，地震監測台站接收到到達監測區域的地震波後，可將觀測資料傳到監測中心，經分析計算後，搶在地震波到達前對設防區域發布地震預警。

地震預警技術是指在地震發生後、而未及造成嚴重破壞前，通過無線電向外界發布警報的技術[11]。地震預警系統必須首先偵測確定一個破壞性的地震後才能發布有用的地震預警信息[2]。地震發震後，具破壞性的S波（每秒3.2至4千米）傳播速度較慢，而由於電磁波比地震波快，系統可以把監測設備觀測到的P波（每秒5.5至7千米）信息轉為電磁波，在地震波到達前數秒甚至幾十秒發出預警[12]。

一般而言，地震預警系統可分為異地預警模式、現地（原地）預警模式與混合預警模式[2]。

異地預警模式是在距預警設防目標區一定距離外的潛在震源區布設觀測台站，當觀測到破壞性地震動之後再向其他地區發布警報信息的預警方式[2]。該模式能夠為預警設防區提供足夠的預警時間，提高地震要素測算精度，但需要架設足夠的地震台站組成預警台網，成本投入較高、複雜程度較大[5]。同時，採用這種模式組網地震預警系統時，應當對潛在震源區有充分的了解[2]。

現地（原地）預警模式是利用在某地布設的地震觀測站觸發後前若干秒的信息對地震的破壞性即時作出判斷，並向當地發布警報消息的預警手段[2]。這一模式一般依靠個別台站觸發，能夠有效降低預警布設成本、縮小預警盲區範圍[5]。但該模式只能對一定區域進行重點設防，可用信息少，預警準確性低[5]。在地震預警技術研究的早期，受台網密度和觀測技術等條件的局限，多採用現地預警模式加以設計[2]。

目前，隨着觀測儀器、測量技術和數據傳輸處理方式等地震預警關鍵技術的發展，同時採用異地預警和現地（原地）預警模式的地震預警系統數量增加[2]。混合預警模式能夠充分結合兩種預警方式的優勢，更加充分地利用台網數據資源[2]。

架構

編輯

就功能模塊而言，一套完整的地震預警系統至少應當包括實時地震定位、實時震級計算、預警目標區烈度估計及預警信息發布等四個重要功能模塊[3]。而就基本流程論，地震預警系統則由觀測系統、數據分析處理系統、決策及信息發布系統等三個子系統組成[2]。

分布在各地的監測台站構成了觀測系統，觀測系統在獲取數據後通過實時傳輸通信線路將觀測數據傳送至分析處理中心[2]。數據分析處理系統作為地震預警系統的核心，實時接收自觀測系統上傳的數據流，對數據流加以實時處理，並對地震動參數予以實時測算，亦對地震動場給以實時估計[2]。

決策及信息發布系統根據預先設定好的預警信息發布策略對數據進行判讀，根據對應的預警級別在手機短信、廣播電視、警報汽笛、電腦手機等信息渠道發布預警信息[2]。

觀測系統

編輯
 
單台預警定位沃羅諾伊圖。每個地震台站依據其監測範圍形成職守區域[2]。觀測系統可以依據單台或多台觀測數據和職守區域粗略判定地震發震區域，為台網中心提供決策輔助[2]。

由於地震預警系統的首要職能是檢測災害性地震的發生，因此觀測系統被認為是地震預警系統的核心要素之一[13]。在地震預警最初始階段稱為「波前探測」[13]。在這一階段內，預警台網需要探測某點位的強地面震動強度，並根據初始信息對地震震中進行實時定位，從而觸發鄰近台站進行觀測定位[14]。當第1個台站觸發後，觀測系統每隔1秒掃描震源在三維空間內的概率值，通過搜索空間中概率的極大值來給出震源可能的位置[14]。

在獲知地震震源的大致位置後，預警台站通過分析其撿拾到的P波波形來預估地震規模的大小[13]。在現地（原地）預警模式中，單台觀測系統根據P波的變化來估計地面峰值加速度（英語：Peak ground acceleration）（PGA）、峰值速度（英語：Peak ground velocity）（PGV）及烈度參數，上傳至數據分析處理系統以供預警決策[13]。高速鐵路等專用預警系統主要採用此法進行早期預警，如日本國有鐵道的UrEDAS系統即使用P波前3秒數據來估計震源參數，用卓越周期來估計地震大小，用P波振幅和震級估計震中距離，用質點運動方向估計地震方位角和震源深度，從而即時傳送預警信息[13][15]。

而在異地預警模式中，台網觀測系統將獲知的波形數據流直接回傳數據分析處理系統，由台網中心進行分析運算[13]。墨西哥地震預警系統是最先採用該手段的預警系統，該系統通過求取每一個台站從P波開始窗長為2倍的S-P到時差的地震波能量及測量能量增長的速率來確定震級標度關係，並根據經驗關係確定地震是強震級還是中強震級，為數據分析處理系統提供決策輔助[13]。

數據分析處理系統

編輯

地震預警系統的數據分析處理系統由監控主機、通信設施、數據處理服務器、web服務器和數據庫服務器等硬件組成[16]。採用現地（原地）預警模式時，監控主機設置在預警監測台站內，處理本台的地震數據，自行決定採取的措施[16]。而在使用異地預警模式時，監控主機利用數據處理服務器接通地震預警系統各子系統的通信聯絡、自動分發強震儀的數據包、撿拾地震波震相[16]。數據庫服務器分析各台站的震相到時，再根據數據庫內各台站的地理位置及活動斷層信息，生成地震震級、震中、破壞程度、震動圖等參數的估計值[16]。

在拾取到地震波的同時，觀測系統通過小時延高速網絡用儘可能少的時間將地震數據傳送到分析處理中心[17]。分析處理中心利用台站獲得的地震動參數與信噪比（SNR）進行地震的觀測，在單一台站超過預警閾值即播發地震預警信息[2]。數據分析處理系統通過選定的地震動參數進行預警觸發[2]。不同預警系統對地震動參數的選擇略有不同，如美國地質調查局使用地面峰值加速度（PGA）和峰值速度（PGV）來計算儀器烈度值，而中國地震台網則主要選用進行基線校正處理後具有一定有效持時的三方向合成峰值加速度計算地震儀器烈度[2][18]。

決策及信息發布系統

編輯
 
2017年，接收到緊急地震速報的一部軟銀108SH（日語：SoftBank 108SH）手機。信息發布系統能夠將其生成的地震預警信息發送給用戶，以供公眾應急避險。

數據分析處理系統在完成參數分析後，會將需要發布的預警信息傳送至決策系統進行判讀，隨後以各種形式向預警終端和用戶播發地震警報[2]。

廣播電視機構是公眾預警的首要播送對象之一。利用公共媒體進行地震預警的最初嘗試始於1995年，墨西哥城的商業廣播電台自當年9月起開始在調頻、調幅波段中發布「公開性預警信息」，最早的地震預警插播由人工插入磁帶完成[9]。墨西哥廣播電視機構其後改採專用音頻控制系統進行自動廣播，從而保證了地震預警的時效性[9]。此外，日本廣播協會則於2007年10月1日後正式將緊急地震速報導入電視和廣播節目中，當接收到氣象廳發布的緊急地震速報（警報）時，日本廣播協會會中斷正常節目，採用地圖和文字結合的方法呈現預警內容[19]。

同時，地震預警亦可通過專用報警器、計算機軟件、移動應用程序、小區廣播等形式發布。譬如，日本三大移動電話運營商NTT DoCoMo、au和Softbank自2007年起開始提供緊急地震速報業務[20]。中華民國中央氣象局也於2016年7月推出自行開發的移動應用程序，並提供該局發布的強震即時警報、地震報告、海嘯信息等服務[21]。

在面向普通公眾發布預警時，地震研究機構多採用預警等級分級的方式以提高預警效能。如日本緊急地震速報系統依據估計烈度值將預警分為「緊急地震速報（預報）」和「緊急地震速報（警報）」兩種，並僅向公眾發布「緊急地震速報（警報）」[3]。中華人民共和國國家地震烈度速報與預警工程則依據國家突發公共事件應急響應機制將預警級別分為地震藍色預警、地震黃色預警、地震橙色預警和地震紅色預警[22]。而墨西哥地震預警系統就根據預計震級數大致將預警分為面向特定場所的「預防性預警信息」和面向全體公眾的「公開性預警信息」[9]。

應用

編輯

中華人民共和國

編輯
參見：國家地震烈度速報與預警工程
參見：ICL地震預警技術系統
 
國家地震烈度速報與預警工程計劃部署的監測台站分布圖，由圖中可見監測台站密集分布於重點地震預警區，形成綿密的地震預警網。

中華人民共和國對地震預警系統的研究歷史可以追溯到1990年代中期[3]。1994年，在廣東大亞灣核電站運營之初，國家地震局工程力學研究所就為之配備了一套由6台加速度計、4台峰值加速度計及2個地震觸發器組成的地震報警系統[3]。當觀測地震動超過預先設定的閾值，中心控制室的報警器就會自動報警，經專家系統決策後即可立即採取緊急處置措施[3]。其後，浙江秦山核電站、廣東嶺澳核電站中也採用了相應的地震報警裝置[3]。2007年，中華人民共和國在冀寧高壓輸氣管道項目中建設了該國第一個輸油氣管道的地震預警系統[3]。2011年年中，京津、京滬高鐵地震監控預警系統通過驗收，這是地震預警技術在中華人民共和國鐵路系統的首次運用[23]。

2008年汶川大地震後，中華人民共和國政府決心建設全國性的地震預警系統——國家地震烈度速報與預警工程[24]。中國地震局於同年開始實施《地震預警系統研究及系統建設》等兩項地震行業專項，並於2010年實施國家科技支撐項目《地震預警與烈度速報系統的研究與示範應用》，並在福建省、首都圈地區、甘肅省蘭州市部署了地震預警示範系統[24][25][26]。2015年7月起，中國地震局啟動了項目可研工作，其項目可研報告已於2017年2月得到了國家發展和改革委員會批覆[24]。目前，國家地震烈度速報與預警工程處於在建狀態，預計2023年投入使用[27]。

中國地震局合共計劃在中國大陸建設地震預警台站15510個，包括1960個配置測震儀和強震儀的基準站、3309個配置強震儀的基本站以及10241個配置烈度儀的一般站[24]。

法國

編輯

法國國家鐵路在長度約250千米的法國高速鐵路地中海線沿線設置了24個地震監測點，構成了地中海線地震預警系統[4]。各地震監測點平均間隔10千米，且與位於馬賽的控制中心及位於巴黎的法國國家地震局驗證中心相連[4]。當預警系統監測到的地震動超過65伽的預警閾值時，可向列車發出運行指令扣停列車[4]。該系統的預警準確率高，但信號傳輸環節過多、延時長，預警時效性不足[4]。

意大利

編輯

意大利目前建有一個實驗性的地震預警系統[3]。意大利研究人員利用該國南部伊爾皮尼亞（Irpinia）地區的28個監測台站所構成的IsNet台網產出實時觀測數據，並籍此設計了採用概率進化算法的Preto地震預警系統[3]。該系統能夠較準確地判定地震的震中和震級等要素，但對峰值地震動的估計值偏差較大[3]。研究人員同時認為，該系統的對大規模地震的處理能力不佳，大震時震源的有限性可能對系統性能的發揮產生較大影響[3]。

日本

編輯
 
截至2018年4月1日，日本緊急地震速報系統使用的監測台站分布圖。

目前，日本國內有多套地震預警系統正在運行，包括面向公眾的緊急地震速報系統（日語：緊急地震速報）和面向新幹線鐵路系統的地震動早期檢知警報系統（日語：ユレダス）（UrEDAS）等。

1964年，日本國鐵鐵道技術研究所設計的新幹線報警器—地震計式地震預警系統首先為東海道新幹線提供服務，其後擴展到多條高速鐵路線上[2][4]。1982年，日本國鐵將改進後的報警地震儀安裝在新開行的東北新幹線上[4]。日本國鐵總共安裝了四百餘台報警地震儀，在常規鐵路線上架設間距為40至50千米，新幹線上布設間距為20千米[4]。但這種報警地震儀在實踐中暴露出預警時效性差和誤報率高的特點[4]。1983年，鐵道技術研究所結合報警地震儀的使用情況推出了UrEDAS系統，並於同年完成了原型系統，亦於次年完成了試驗觀測[28]。1989年左右，鐵道綜合技術研究所開始在東海道新幹線設置UrEDAS系統[29]。考慮到多台站系統的複雜性和網絡系統的脆弱性，該系統採用單台信號預警模式，能根據地震波形估算地震震級和震源深度，對20千米以內的破壞性地震發出預警[2]。1995年阪神大地震後，鐵道綜合技術研究所對原有系統加以改進，推出了Compact UrEDAS系統，並將預警範圍擴展到200千米[2]。

1995年的阪神大地震促使日本發展全國性的地震預警系統[3]。由文部科學省主導研製的緊急地震速報系統基於部署在日本全國各地的觀測台站為日本全體國民提供了地震預警服務[3]。2004年2月，日本氣象廳和防災科學技術研究所開始對緊急地震速報系統進行在線測試[3]。並於2006年8月至2007年10月開始向部分用戶發送測試性警報信息[3]。2007年10月1日，緊急地震速報系統正式開始向全體公眾發布地震預警信息[3]。

截至2018年7月，在日本全國範圍內被日本氣象廳用於烈度觀測的地震台站共有4372個，其中屬於氣象廳的有670個，屬於地方自治體的有2913個，屬於防災科學技術研究所的有789個[30]。

墨西哥

編輯
 
位於墨西哥國立自治大學圖書館的一個地震預警接收機。

墨西哥的地震預警系統原有兩個，分別名為「墨西哥城地震預警系統」（西班牙語：Sistema de Alerta Sísmica para la Ciudad de México, SAS）和「瓦哈卡市地震預警系統」（西班牙語：Sistema de Alerta Sísmica para la Ciudad de Oaxaca, SASO），為墨西哥城和瓦哈卡州提供預警監測服務。2005年，這兩個系統被合併為「墨西哥地震預警系統」（西班牙語：Sistema de Alerta Sísmica Mexicano, SASMEX）[3][7]。

墨西哥城地震預警系統於1993年開始向墨西哥城的公眾發布地震預警信息，並於1995年格雷羅地震（英語：1995 Guerrero earthquake）中首次發布預警信息[8]。而在2003年時，墨西哥地震儀表與記錄中心研製的瓦哈卡市地震預警系統投入使用[3]。墨西哥地震預警系統的預警台網主要分布在巴亞爾塔港沿岸南部、格雷羅州山區、普埃布拉北部和瓦哈卡州大部地區，由墨西哥地震儀表與記錄中心負責建設和維護工作，採用甚高頻波段廣播地震預警，可為墨西哥腹地的民眾爭取數十秒的避險時間[7]。該系統設施設備較為簡易，預警技術較為原始，可靠性較差[7]。而且由於墨西哥政府對系統的重要性認識不足，運行維護資金缺乏，導致系統的覆蓋人口較少，警報範圍較小[3][2]。

目前，墨西哥地震預警系統下用於地震監測的台站共有97個，集中分布在該國西南沿海地區[7]。

羅馬尼亞

編輯

弗朗恰縣是羅馬尼亞地震活動性最高的地區，是歐洲活動性最高的殼下地震區和世界上最特殊的地震帶之一[31]。具有活動性的本地孤立性和有限性、殼下能量釋放的有限性、破壞性地震重複率高的特點[31]。鑑於發震區域的高度局限性，羅馬尼亞國家地球物理研究所在弗朗恰地區布設了2組台陣和102座台站[32]，並基於這兩組台陣建立起專門為布加勒斯特提供地震預警信息服務的地震預警系統[3]。此外，該系統還為羅馬尼亞國家物理與核工業研究所提供預警信息服務，以保證所內核燃料的安全[3]。

中華民國

編輯
 
在2013年台北國際發明暨技術交易展中，國家實驗研究院國家地震工程研究中心展示的現地型強震即時警報系統。

1986年花蓮地震的災情狀況促使中華民國交通部中央氣象局（現為交通部中央氣象署）啟動地震預警系統的研發工作[33]。1994年，交通部中央氣象局在台灣花蓮縣裝設地震預警試驗系統，後於1998年停止監測[34]。2001年，中央氣象局開始進行地震預警系統的成效測試[35]。2008年，中華民國國家實驗研究院下屬的國家災害防救科技中心、國家地震工程研究中心與國家高速網路與計算中心開始與中央氣象局合作研發強震即時警報系統[36]。2014年中央氣象局開始全面對中小學發布強震即時警報[37]。同年，中華民國交通部中央氣象局與企業合作，推出強震即時警報移動應用程序以供大眾使用[38]。2016年強震即時警報系統與災防告警細胞廣播系統介接，使用4G服務的智慧型手機可接收地震預警訊息。另外截至2019年11月，P-Alert觀測網已建成測站721個[39]。

中央氣象署通過計算機軟件、移動應用程序、災防告警系統、電視媒體等形式向社會快速發布預警信息[40][41]。據中央氣象署數據顯示，對於發生在台灣島內和近海海域的地震，該系統可在震後20秒內對外發布警報，並可對震中70千米以外的地區提供預警[42]。但亦有批評指出該系統在預警發布經驗、警報播送時效性、政府政策配套等方面存在不足[43]。

土耳其

編輯

在1999年伊茲密特地震和1999年迪茲傑地震後，土耳其政府開始對北安那托利亞斷層高度的地震活動性加以重視，並啟動了地震預警系統的設計與建設工作[3]。隨後，土耳其政府先後在伊斯-庫爾的高層寫字樓和安隆-特拉爾基亞發電站建設了地震預警試驗系統[3]。2002年，土耳其政府正式啟動了伊斯坦布爾地震預警系統的部署工作。伊斯坦布爾地震預警系統以布設在馬爾馬拉海北海岸的10台強震儀和5台海底地震儀為依託，采異地預警模式進行工作[44]。若台網中有2至3個台站觀測到的地面運動強度超過預先設定的閾值，系統即會對外發布警報[44]。

除伊斯坦布爾已啟用的地震預警系統外，土耳其有關當局還基於伊斯坦布爾阿塔科伊（土耳其語：Ataköy, Bakırköy）的20座台站觀測設備建立了「自適應性地震預警信息網絡系統」（SOSEWIN），目前正處於測試運行狀態[3]。該系統採用去中心化設計，在每個台站內都裝配了傳感器、內部處理器和無線通信器，並可將本地地震動參數向台網內其他台站共享[3]。因此，該系統未來可實現單台站輸出和多通道輸出兩種方式發布預警信息[3]。

美國

編輯
 
2016年，美國地質調查局的ANSS自由場地震台網分布圖。

目前，美國地質調查局正在加利福尼亞州針對多套地震預警系統進行內部測試與研究，包括ElarmS預警系統、虛擬地震學家系統（Virtual Seismologist）、PreSEIS預警系統及ShakeAlert（英語：ShakeAlert）系統[3]。

ElarmS預警系統由加州大學伯克利分校地震學實驗室（英語：Berkeley Seismological Laboratory）的艾倫教授設計研製[3]。該系統利用布設在加州州內400餘個場地的約600個地震觀測台站實時傳輸觀測數據，在檢測到P波時，實時計算特徵周期、信噪比、每秒地震動峰值等地震參數數據，結合運算產生的震級和地震動水平估計結果，實時產生警報圖（AlertMap）等預警產品[3]。

虛擬地震學家系統目前正在美國南加州地區和瑞士測試運行，該系統利用布設在加州的約600個地震觀測台站傳輸數據，實時計算每秒的峰值地震運動加速度PGA、峰值地面運動速度PGV、峰值運動位移PGD數據，採用貝葉斯推斷方法，以獲得地震震級、震中位置等參數的最大似然函數[3]。

基於神經網絡算法的PreSEIS預警系統由加州綜合地震台網（California Integrated Seismic Network）運行維護[45]。在大震時能夠估計斷層破裂演化產生的地震動分布[3]。該系統目前正在美國加州和伊斯坦布爾地區進行測試研究[46]。

美國地質調查局投資建設的ShakeAlert（英語：ShakeAlert）預警系統當前正處於示範運行狀態[47]。2012年1月以來，該系統一直向選定的測試版用戶發送地震預警信息[47]。該系統匯集了ElarmS預警系統和虛擬地震學家系統的技術成果，其中西海岸部分計劃耗資3800萬美元完成[48]。該系統計劃通過手機、電視、收音機和公共場所廣播等方式，向公眾播發地震預警[49]。2019年10月，加利福尼亞州州長加文·紐森宣布ShakeAlert系統正式對加州居民開放使用[50]。居民可通過MyShake及QuakeAlertUSA手機應用或無線應急警訊（英語：Wireless Emergency Alerts）接受預警。2020年8月起，加州居民的Android手機也會自動接收並推送地質調查局發布的地震預警[51]。俄勒岡州和華盛頓州隨後於2021年3月及5月亦分別開放預警功能，完善了美國西海岸的預警系統，但兩款手機應用截至2021年5月仍未覆蓋華盛頓州。

其他國家

編輯
 
2008年，停運前的伊格納利納核電站反應堆。

加拿大研究人員於21世紀初在溫哥華試驗安裝了Shakealarm（英語：Shakealarm）系統，為當地提供地震預警服務[52]。同時，立陶宛伊格納利納核電站也在1999年建成了一套採用地震動值預警的核電站地震預警系統，該系統由核電站周圍的6個台站組成地震圍欄，從而使伊格納利納核電站有能力在地震波到達2秒前插入反應堆控制棒，該系統於2009年年末隨着該核電站關閉而退役[53][54]。另外，伊朗水電資源開發公司也在該國的卡爾黑大壩（英語：Karkheh Dam）建設了一座由6台加速度計和6台強震記錄儀組成的地震監測網絡[53]。除此之外，瑞士、希臘也建造了特定設施專用地震預警系統[53]。

局限

編輯

準確性

編輯
 
警報對象地區圖
 
地震烈度分布圖
2013年奈良地震誤報事件示意圖，是次地震中沒有任何地區觀測到烈度1以上地震動[55]。這次事件是緊急地震速報系統自2007年正式投入使用以來，誤報影響範圍最大的一次[55]。

地震預警系統對快速響應的要求制約了其預警準確性的發揮[2]。有研究者指出，地震預警系統當前存在大震震級難以準確測定、斷層參數難以快速獲取、漏報誤報難以識別避免三大問題[2]。

首先，由於地震預警系統需要在有限的時間段內利用P波段初始破裂的、局部有限的信息對地震規模和影響進行估計，因此目前地震預警系統對大震震級的預測準確性尚有待提高[56][57]。地震學界現今主要採用長周期地震動數據、地震動幅值、地震動強度等三大類方式加以解決[56]。而在面向普通公眾發布預警時，則多採用預警分級和減少干擾信息的方式以避免對接收者造成困擾[3]。譬如日本廣播協會在發布「緊急地震速報（警報）」時一般僅列出震中參考位置、預警地區名稱和地圖三個信息，以提高公眾地震預警的實用性[19]。

其次，在破壞性地震發生後，由於發震斷層的走向和傾向會對峰值地面運動的分布產生重大影響，並進而影響對地震破壞程度和影響範圍的判定[2]。因此，需要預先將斷層分布、地表地質情況等數據錄入預警系統[58]。如美國地質調查局依據國家地震減災計劃（英語：Earthquake Hazards Reduction Act of 1977）的場地劃分關係表及場地分類圖將地表地質劃分為B、C、D、E四類，從而在地震速報中快速生成ShakeMap（英語：ShakeMap）烈度速報圖[58]。而中國地震局則計劃運用《中國地震動參數區劃圖》和城市活斷層探測及其地震危險性評價工程獲取的數據來優化地震預警時生成的地震烈度預估產品[58]。

最後，由於地震預警系統預警算法的局限和台網觀測條件的不足，使得漏報和誤報的情況無法避免[2]。同時，地震預警漏報和誤報容易導致不必要的停產誤工、交通混亂、人員受傷等情況，更可能造成預警系統的信用損失和預警失效[59]。具體的事例如，2013年8月8日，日本氣象廳發布「奈良縣發生7.8級地震」的緊急地震速報（警報），但實際上並未觀測到有感地震[60]，該次誤報造成多對鐵路列車停駛[55]。原因是在三重縣近海設置的海底地震計觀測到噪音的同時，和歌山縣北部恰好發生了2.3級地震[60]。

覆蓋率

編輯

地震預警系統對大範圍地震台網的需求導致預警系統的台網覆蓋範圍有很大不足。如中國大陸儘管計劃在其約960萬平方千米的國土範圍內建設地震預警台站15510個，但仍然不足以覆蓋全國，僅能對地震危險性較高的中國華北、南北地震帶、閩粵沿海和新疆天山中段地區進行重點預警[24]。而墨西哥政府則由於預算資金等問題而僅能在該國197萬平方千米的國土內建設預警台站97個，從而只能對墨國中部部分地區進行重點設防[2]。

同時，部分地區地震預警的警報接收範圍亦有很大不足[3]。如在墨西哥城，2000萬人口中僅有約440萬人可以及時接收到預警信息[12]。而在墨西哥瓦哈卡市，由於當地主管部門對地震預警系統的重視程度不夠，未對預警系統投入充足資金和有效維護，導致許多地方仍未安裝預警接收機[3]。截至2013年，瓦哈卡市的5500所學校中只有76所配備了預警接收機[3]。此外，通信網絡建設亦可能制約地震預警系統效能的發揮[61]。如台灣強震即時警報系統由於採用小區廣播技術向部分移動設備發送警報，使得這部分接收者在手機處於飛行模式、進行CSFB語音通話或者身處於通訊網絡不佳地區時難以接到警報消息[61]。

對地震預警的教育和培訓工作也是影響地震預警系統覆蓋效果的重要因素[62]。於2012年進行的一項面對中國內地公眾的抽樣調查顯示，在室內收到地震預警後能作出正確反應的被調查者比例僅為45%[62]。而2009年一項針對墨西哥地震預警系統接收效果的調查則顯示，在216名受訪者中，只有135人能夠在地震來臨時對預警作出有效識別，占比62.5%[25]。

參考文獻

編輯
  1. ^ Finazzi, Francesco; Fassò, Alessandro. A statistical approach to crowdsourced smartphone-based earthquake early warning systems. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2016 [2016-03-31]. doi:10.1007/s00477-016-1240-8. （原始內容存檔於2017-09-22）. 
  2. ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 張紅才. 地震预警系统关键技术研究 (學位論文). 中國地震局系統力學研究所: 44–45. 2013 （中文（中國大陸））. 
  3. ^ 3.00 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 3.38 3.39 3.40 3.41 3.42 3.43 3.44 3.45 張紅才; 金星; 李軍; 韋永祥; 朱海燕. 地震预警系统研究及应用进展. 地球物理學進展. 2013, 2 (28): 706–719 （中文（中國大陸））. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 孫利; 鍾紅; 林皋. 高速铁路地震预警系统现状综述. 世界地震工程. 2011, 27 (3): 89–96 （中文（中國大陸））. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 馬強. 地震预警技术研究及应用. 中國地震局工程力學研究所. 2008 （中文（中國大陸））. 
  6. ^ Moreno Murillo, Juan Manuel. The 1985 Mexico Earthquake. Geofisica Colombiana (Universidad Nacional de Colombia). 1995, (3): 5–19. ISSN 0121-2974 （英語）. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 A. Cuéllar; et al. The Mexican Seismic Alert System (SASMEX): Its Alert Signals, Broadcast Results and Performance During the M7.4 Punta Maldonado Earthquake of March 20th, 2012 (PDF). Early Warning for Geological Disasters. 2014 [2018-08-02]. doi:10.1007/978-3-642-12233-0_4. （原始內容存檔 (PDF)於2017-07-29） （英語）. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 Centro de Instrumentación y Registro Sísmico, A.C., CIRES, México. www.cires.mx. 2016-07-23 [2017-09-22]. （原始內容存檔於2017-09-28） （墨西哥西班牙語）. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 J.M.Espinosa-Aranda; F.H.Rodriquez. 墨西哥城的地震警报系统. 世界地震譯叢. 2004, 3: 1–7 （中文（中國大陸））. 
  10. ^ 吳林斌. 中国地震预警系统现状与发展前景综述. 武漢科學儀器研究院學術研討會. 2013 （中文（中國大陸））. 
  11. ^ 陳會忠. 地震烈度速报与地震预警. 科學智慧火花. 北京. [2018-07-26]. （原始內容存檔於2017-01-12） （中文（中國大陸））. 
  12. ^ 12.0 12.1 袁志祥; 單修政; 徐世芳; 李金正; 李娟. 地震预警系统综述. 自然災害學報. 2007, 6 (16): 216–223 （中文（中國大陸））. 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 趙冰 ， 劉希強. 全球地震早期预警研究综述. 地震工程學報. 2011, 33 (4): 392–402 （中文（中國大陸））. 
  14. ^ 14.0 14.1 韓雪君 ， 馬延路 ， 劉瑞豐. 用于地震预警的三维实时定位方法. 地震地磁觀測與研究. 2012, 33 (2): 32–39 （中文（中國大陸））. 
  15. ^ 宋晉東. 高速铁路运行控制用地震动参数及单台地震预警技术研究. 國際地震動態. 2014, (5): 41–42 （中文（中國大陸））. 
  16. ^ 16.0 16.1 16.2 16.3 宋晉東. 高速铁路地震预警系统构架设计. 自然災害學報. 2014, 23 (1): 81–86 （中文（中國大陸））. 
  17. ^ 宋晉東. 地震预警和烈度速报台网数据通信模式分析及建议. 地震研究. 2012, 35 (4): 555–563 （中文（中國大陸））. 
  18. ^ 中國地震局工程力學研究所、福建省地震局、中國地震局地球物理研究所. 仪器地震烈度计算暂行规程. 涼山彝族自治州防震減災局. 深圳. [2018-07-26]. （原始內容存檔於2018-08-02） （中文（中國大陸））. 
  19. ^ 19.0 19.1 NHK. ＮＨＫの放送 - 緊急地震速報の解説. 日本廣播協會. 東京. [2018-08-02]. （原始內容存檔於2017-12-25） （日語）. 
  20. ^ 気象庁. 緊急地震速報の入手方法について. 日本氣象廳. 東京. [2018-08-02]. （原始內容存檔於2018-01-16） （日語）. 
  21. ^ 中央氣象局. 氣象局局慶週年特展-「生活有氣象之ㄔㄨˇ震不驚」. 中華民國交通部. 台北. [2018-08-02]. （原始內容存檔於2017-09-24） （中文（繁體））. 
  22. ^ 陳旭 ， 張力文. 地震预警信息发布体系与应对策略研究. 電子科技大學學報(社科版). 2014, (1): 6–10 （中文（中國大陸））. 
  23. ^ 中國地震局辦公室. “复兴号”高铁启程 中国地震局助力保障高铁运行安全. 中國地震局. 北京. [2017-09-22]. （原始內容存檔於2018-08-02） （中文（中國大陸））. 
  24. ^ 24.0 24.1 24.2 24.3 24.4 澎湃新聞. 国家地震烈度速报与预警工程含4大重点预警区，秒级速报. 中國地震局. 北京. [2017-09-22]. （原始內容存檔於2018-01-05） （中文（中國大陸））. 
  25. ^ 25.0 25.1 曹金龍. 首都圈地区建立地震预警系统的几点思考. 城市與減災. 2013, (5): 9–12 （中文（中國大陸））. 
  26. ^ 澎湃新聞. 国家地震预警系统在福建试运行 正拟定技术标准. 新浪網新聞. 北京. [2017-09-22]. （原始內容存檔於2018-07-30） （中文（中國大陸））. 
  27. ^ 国家地震烈度速报与预警工程积极开展项目建设工作：18.7亿元打造秒级预警能力. 中國地震台網中心. [2021-07-15]. （原始內容存檔於2021-08-08）. 
  28. ^ 中村豊. 研究展望：総合地震防災システムの研究 (PDF). 土木學會論文集. 1996, 531: 1–33 [2018-07-23]. （原始內容存檔 (PDF)於2016-12-20） （日語）. 
  29. ^ （社）日本技術士會/防災支援委員會. 防災Q&A (PDF). 日本技術士會—防災支援委員會. [2018-07-25]. （原始內容存檔 (PDF)於2015-09-24） （日語）. 
  30. ^ 日本氣象廳. 震度観測点（全国）. 日本氣象廳. 東京. [2018-07-25]. （原始內容存檔於2017-11-07） （日語）. 
  31. ^ 31.0 31.1 V.Marza. 罗马尼亚的地震危险性. 防災減災工程學報. 1995, (A): 46–47 （中文（中國大陸））. 
  32. ^ A Marmureanu; L Elia; C Martino; A Zollo. Earthquake early warning for Romania - most recent improvements. Universidad Nacional de Colombia. 1995, (3): 5–19. ISSN 0121-2974 （英語）. 
  33. ^ 吳逸民; 蕭乃祺; 林孝維. 地震初達波強震即時警報系統之研發 (PDF). 地震技術報告彙編 (交通部中央氣象局). 2016, 51: 232 [2018-07-23]. （原始內容 (PDF)存檔於2016-10-03） （中文（繁體））. 
  34. ^ 蔡承勇. 即時走時序列地震定位法及台灣小區域地震預警陣列應用 (PDF). 國立成功大學地球科學系. 2015 [2018-07-23]. （原始內容存檔 (PDF)於2015-10-23） （中文（繁體））. 
  35. ^ 中央氣象局地震測報中心. 各觀測系統發展史-20周年專刊. 中央氣象局地震測報中心. 台北. [2018-07-23]. （原始內容存檔於2015-10-02） （中文（繁體））. 
  36. ^ 國家實驗研究院. 地震預警科技。現地型強震即時警報系統@臺灣. 國家實驗研究院. 台北. [2018-07-23]. （原始內容存檔於2015-11-20） （中文（繁體））. 
  37. ^ 蕭乃祺. 中央氣象局強震即時警報作業推動現況 (PDF). 台灣地震科學中心通訊 (台灣地震科學中心). 2015-06, (8): 2 [2016-07-27]. （原始內容存檔 (PDF)於2016-07-27） （中文（繁體））. 
  38. ^ 孫曜樟. 手機可救命　首款官民合作地震求援APP供免費下載. ETtoday東森新聞雲 (台北). 2014-10-24 [2015-10-02]. （原始內容存檔於2015-10-02） （中文（臺灣））. 
  39. ^ 事件波形資料庫介紹. P波警報器強震網. 台北. [2020-07-25]. （原始內容存檔於2020-07-25） （中文（繁體））. 
  40. ^ 86. 中央氣象局強震即時警報對外通報的方式與管道，目前有哪幾種？未來發展的規劃為何？. 地震百問. 中央氣象局地震測報中心. [2018-08-02]. （原始內容存檔於2018-08-02） （中文（臺灣））. 
  41. ^ 科技新報. 台湾地震预警警报正式启用，预测规模 5 以上地震将推送警报到你的手机. 搜狐網新聞. 北京. [2018-07-23]. （原始內容存檔於2018-07-30） （中文（中國大陸））. 
  42. ^ 交通部中央氣象局. 105地震年報 (PDF). 交通部中央氣象局. 台北. [2018-07-23]. （原始內容 (PDF)存檔於2017-09-22） （中文（繁體））. 
  43. ^ 大規模地震災害防治策略建議書 (PDF). 台北: 中央研究院: 19–21. 2015-04 [2017-02-02]. （原始內容存檔 (PDF)於2017-02-02） （中文（臺灣））. 
  44. ^ 44.0 44.1 Can Zulfikar; Ali Pinar. Operational EEW Networks in Turkey. Geophysical Research Abstracts. 2016, 18: 1 （英語）. 
  45. ^ PhysOrg. Early warning system predicted shaking from Oct. 30 quake. PhysOrg.com. [2018-07-26]. （原始內容存檔於2011-06-06） （美國英語）. 
  46. ^ M Bose; F Wenzel; M Erdik. PreSEIS: A Neural Network-Based Approach to Earthquake Early Warning for Finite Faults. Bulletin of the Seismological Society of America. 2008, 98 (1): 366–382 （美國英語）. 
  47. ^ 47.0 47.1 Burkett, Erin R.; Given, Douglas D.; Jones, Lucile M. ShakeAlert: an earthquake early warning system for the United States West Coast. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2014–3083. 2014-01-01 [2015-08-25]. doi:10.3133/fs20143083. （原始內容存檔於2015-08-22） （美國英語）. 
  48. ^ Lin, Rong-gong. Congress members urge $16 million to fund quake early warning system. Los Angeles Times. 2015-03-25 [2015-10-24]. （原始內容存檔於2015-09-28）. 
  49. ^ Allen. ShakeAlert. ShakeAlert. [2018-07-25]. （原始內容存檔於2018-07-02） （美國英語）. 
  50. ^ Governor Newsom Announces Release of Nation’s First Statewide Earthquake Early Warning System. Office of Governor. 2019-10-17 [2021-05-10]. （原始內容存檔於2021-07-07） （英語）. 
  51. ^ Marc Stogaitis. Earthquake detection and early alerts, now on your Android phone. Google. 2020-08-11 [2021-05-10]. （原始內容存檔於2021-07-07） （美國英語）. 
  52. ^ Zaicenco, Anton; Weir-Jones, Iain. Lessons Learned from Operating an On-site Earthquake Early Warning System (PDF). Proceedings, World Conference on Earthquake Engineering. September 2012, 15 (2012): 10 [2012-09-28]. （原始內容存檔 (PDF)於2015-06-12） （英語）. 
  53. ^ 53.0 53.1 53.2 趙紀東; 張志強. 地震预警系统的发展、应用及启示. 地質通報. 2009, 4 (23): 456–462 （中文（中國大陸））. 
  54. ^ 王雪梅. 背景资料：伊格纳利纳核电站. 騰訊網新聞. 深圳. [2018-07-26]. （原始內容存檔於2018-07-30） （中文（中國大陸））. 
  55. ^ 55.0 55.1 55.2 何建峰. 日本气象厅因误报奈良县7.8级地震公开道歉. 騰訊網新聞. 深圳. [2018-07-26]. （原始內容存檔於2018-07-30） （中文（中國大陸））. 
  56. ^ 56.0 56.1 張紅才 ， 金星 ， 李軍 ， 韋永祥 ， 馬強. 地震预警震级计算方法研究综述. 地球物理學進展. 2012, 27 (2): 464–474 （中文（中國大陸））. 
  57. ^ 黃媛; 楊建思. 用于地震预警系统中的快速地震定位方法综述. 國際地震動態. 2006, (12): 1–5 （中文（中國大陸））. 
  58. ^ 58.0 58.1 58.2 陳鯤 ， 俞言祥 ， 高孟潭. 考虑场地效应的ShakeMap系统研究. 中國地震. 2010, 26 (1): 92–102 （中文（中國大陸））. 
  59. ^ 徐碩. 城市地震预警误报的社会影响与措施研究. 地震研究. 2011, 3 (34): 396–402 （中文（中國大陸））. 
  60. ^ 60.0 60.1 氣象廳發表. 8月8日16時56分頃の和歌山県北部を震源とする地震に関する緊急地震速報について. 日本氣象廳. 東京. [2018-07-31]. （原始內容存檔於2017-08-20） （日語）. 
  61. ^ 61.0 61.1 我國災防告警細胞廣播系統已提供8個機關12種災防訊息發布使用，系統涉及其架構按訊息傳遞依序為政府單位端、訊息匯整與派送端、訊息傳送管道端及應用端等四大單元，國家通訊傳播委員會基於維護民眾知的權益，並達施政資訊透明化目的，將儘速規劃於該會網站公布氣象局所發布地震速報或地震報告之告警訊息傳遞時序，以供民眾查詢及參考 (新聞稿). 台北: 中華民國國家通訊傳播委員會. 2018-01-24 [2018-08-10]. （原始內容存檔於2018-08-10） （中文（臺灣））. 
  62. ^ 62.0 62.1 郭凱. 地震预警系统应用及风险分析. 中國地震局工程力學研究所. 2012 （中文（中國大陸））. 

延伸閱讀

編輯

外部連結

編輯
 
維基共享資源上的相關多媒體資源：地震預警系統

參見

編輯

取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=地震預警系統&oldid=84401284」