全世界大約20%的大地震發生在日本,在那里發生的大地震,若非傷亡慘重,不太引起關注。6月14日巖手縣地震能成為國內的頭條新聞,除了汶川地震之后的感同身受之外,恐怕還因為國內媒體報道說日本氣象廳提前10秒準確預報了這次地震。于是時評家們紛紛發表“日本氣象廳提前10秒預測地震令人尊敬”、“為什么日本能提前10秒預報地震”的評論,批評國內地震局此前“地震預測目前仍是世界難題”、“地震難以預報”的說法是在推卸責任,地震在現在究竟能否準確預報,一時又成為話題。
這其實是把事先的預測預報和事后的預防預警混為一談了。這就好像有人看到了閃電后,準確“預報”幾秒種后會打雷。其實閃電和打雷是同時發生的,只不過光波速度比聲波快得多,遠處的人們先看到閃電,再聽到打雷,所以可以利用時間差發出“打雷預報”。這次日本的“地震預報”也是類似的“打雷預報”,它不是在地震發生前做出的預測,而是在地震發生后,利用不同地震波的傳播速度不同產生的時間差,和地震賽跑,趕在地震波前頭發出預警。
地震在地下震源發生后,釋放出的能量以兩種波的形式傳播,一種是擠壓巖石產生的壓縮波(簡稱P波),它的振動方向與波的傳播方向一致,所以又叫縱波,它讓地面上下顛簸;一種是剪切巖石產生的剪切波(簡稱S波),它的振動方向與波的傳播方向垂直,所以又叫橫波,它讓地面左右搖晃。橫波比縱波強得多,振幅是縱波的3~10倍,是造成地震災害的主要因素。但是橫波的傳播速度較慢,大約每秒4公里,而縱波的傳播速度大約每秒7公里。
于是不難想到,能否利用這兩種波速的時間差,一旦監測到縱波,就趕在破壞性強的橫波到來之前發出預警呢?預警的時間可能只有幾秒或十幾秒,雖然來不及疏散人群,但是來得及采取切斷煤氣、停止發電、停駛高速列車等措施,防止次生災害。如果距離震中足夠遠,預警時間甚至有可能長到幾十秒。汶川地震的震中映秀與受災最嚴重的北川的直線距離約120公里,如果在映秀監測到縱波后就立即向北川發出預警,那么北川就可以有約30秒的反應時間,甚至足以組織學生撤離教學樓了。
原理雖然簡單,要據此建一個全國性地震預警系統,卻不容易。至少要具備三個條件:首先要有密集的地震臺網,及時監測全國各地的情況。日本在全國建了1000個地震臺,大約20公里就有一座。其次,對收集來的數據要能做高速、有效的分析、估算。不僅要能快速確定震中,而且還要根據初步監測到的縱波估計出地震的強度,向可能被地震危及的地區發出預警。日本規定只有在烈度達到5弱以上時才發出預警。烈度和震級不一樣,震級是根據地震在震源釋放的能量大小測定的,烈度則是根據地震在各地的破壞程度估計的,在日本烈度達到5弱時,抗震性能較差的房屋墻壁可能出現開裂,書架可能會倒,大致相當于中國烈度的7度。此外,有關部門還要能對預警做出快速反應。收到預警后,電視臺、電臺自動播放通知,電廠自動停電,電梯自動在最近的樓層停下、開門,等等。
這是一個昂貴的浩大工程,在現在也只有日本有開發它的財力、能力和意愿。日本自2004年2月起開始測試全國地震預警系統,到2006年6月止,共發布了855次預警,其中只有26次是假警報,效果似乎不錯,因此在2007年10月正式投入使用。正式使用后該系統暴露出很大局限性,都是在數據分析、計算上出了問題。今年1月26日石川縣地震,預警系統估計烈度只有4,所以沒有發出預警,而實際烈度是5弱。4月28日沖繩縣宮古島地震,預警系統倒是發出了預警,但是是在地震發生10秒后發出的,比橫波慢了4秒,而且實際烈度只有4,而不是估計的5弱。5月8日茨城地震更離譜,預警系統在地震發生近1分鐘、做了9遍計算后才確定這次地震的烈度為應該發出預警的5弱,這時地面已搖晃了40秒了。當時很多人批評這個耗資巨大的系統沒有用處,氣象廳的人辯護說那是因為這些地震都處于預警的邊緣,如果是更大的地震就會估計得更準。果然,這次巖手縣地震發生4秒后即發出了發生5弱(后修正為6強)地震的預警,讓附近的仙臺有了10秒以上的準備時間。究竟因此挽救了多少生命還很難說,但顯然挽回了人們對預警系統的信心。
除了實際使用中的問題,預警系統還存在無法克服的矛盾:破壞最嚴重的震中地區來不及預警,離震中越遠則預警時間越長,但是地震破壞也越小,就越不需要預警。不過,這是目前人類能想到的最好的地震預警方法了。有人說現在能預警10秒,以后就能預警10分、10小時……乃是不了解預警原理的浪漫想象。和地震賽跑,受制于地震波速度,提高成績的余地很小。(方舟子)
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