什么是地震預警？
首先我們需要明確一個概念：
地震預警（earthquakeearlywarning），不是地震預測或預報。
地震預警是指在地震發(fā)生以后，搶在地震波傳播到設(shè)防地區(qū)前，向設(shè)防地區(qū)提前幾秒至數(shù)十秒發(fā)出警報，以減小當?shù)氐膿p失。
地震預警系統(tǒng)是指實現(xiàn)地震預警的配套設(shè)施。按照系統(tǒng)響應(yīng)的順序可包括：地震監(jiān)測臺網(wǎng)、地震參數(shù)快速判測系統(tǒng)、警報信息快速發(fā)布系統(tǒng)和預警信息接受終端。整套系統(tǒng)的特點是“高度集成、實時監(jiān)控、飛速響應(yīng)”，尤其是飛速響應(yīng)這一點至關(guān)重要。因為地震預警系統(tǒng)其實就是在和地震波賽跑，多跑贏一秒，就能多獲得一秒的應(yīng)對時間，用分秒必爭來形容最為恰當不過。
地震預警的工作原理
地震的成因是由于地下幾公里至數(shù)百公里的巖體發(fā)生突然破裂和錯動。而這些破裂和錯動釋放的能量又以地震波的形式向四周輻射出去，就像往平靜的水面投入一塊石頭，石頭運動的能量會以水波的形式向四周輻射。地震波是一種機械波，具有一定的傳播速度，也就是說，當?shù)卣鸢l(fā)生后，大家不會立刻感覺到地面的震動，而是要等相應(yīng)的地震波傳播到人所在的位置。這個時間差給地震預警留下了時間差的可能。
地震預警系統(tǒng)的工作原理就在于可以探測到地震發(fā)生最初時發(fā)射出來的無破壞性的地震波（縱波即P-波，primarywave），而破壞性的地震波（橫波即S-波，secondarywave）由于傳播速度相對較慢則會延后10～30秒到達地表。深入地下的地震探測儀器檢測到縱波（P-波）后傳給計算機，即刻計算出震級、烈度、震源、震中位，于是預警系統(tǒng)搶先在橫波（S-波）到達地面前10～30秒通過電視和廣播發(fā)出警報。并且，由于電磁波比地震波傳播得更快，預警也可能趕在P波之前到達。
當?shù)卣鸢l(fā)生后，離震中最近的幾個預警臺站會陸續(xù)接收到地震信號，觸發(fā)地震參數(shù)快速判測系統(tǒng)；在收到信號的幾秒至十幾秒內(nèi)，快速判測系統(tǒng)將估算出地震的發(fā)震時刻，發(fā)震位置，震源的類型和震級的大??；然后利用這些參數(shù)模擬出相關(guān)區(qū)域內(nèi)地面運動的強烈程度；根據(jù)模擬的結(jié)果，搶在相應(yīng)地震波以前，向不同地區(qū)發(fā)出相應(yīng)的預警信息。
拿汶川地震舉例：地震波從震中傳到北川縣城大概需要25秒。如果預警系統(tǒng)在發(fā)震5秒后感受到了地震波，并花了15秒鐘打電話告訴北川地區(qū)地震波即將來臨，那么北川的群眾將會獲得5秒的應(yīng)急時間。
地震預警的局限性
預警系統(tǒng)的原理決定了地震預警系統(tǒng)能夠提供的應(yīng)急時間是有上限的。美國雖然沒有部署地震預警系統(tǒng)，但相關(guān)研究已經(jīng)開展了很多年，其中包括一個在舊金山灣區(qū)進行研究的名為ElarmS的地震預警系統(tǒng)。結(jié)果表明，這套ElarmS預警系統(tǒng)，對于不到一半的地震，能夠提供10秒以上的預警時間；對于絕大多數(shù)地震，能夠提供的有效預警時間不超過30秒。在幾秒至數(shù)十秒的時間內(nèi)，我們能夠采取什么樣的措施減少損傷？停止高速列車、從電梯撤離、終止或保護關(guān)鍵儀器和設(shè)備、人員撤離到安全地帶等等……我們可以做的很多，但是我們不能做的卻更多。
此外，預警系統(tǒng)面臨一個尷尬的規(guī)律：越是地面運動強烈的極震區(qū)，能提供預警的時間就越短；對預警系統(tǒng)依賴越弱的地區(qū)，能提供的預警時間反而越長。再拿汶川地震舉兩個極端的例子：離震中不到20公里的映秀鎮(zhèn)，處于預警系統(tǒng)的響應(yīng)盲區(qū)，基本沒有可能獲得提前預警；而距離震中約1500公里的北京，可獲得大約3分鐘的提前預警，但又幾乎沒有意義。日本也在其預警系統(tǒng)的宣傳手冊中提到，如果距離震中太近，預警信息和地震波可能同時到達。
除去這些天生的缺陷，預警系統(tǒng)在關(guān)鍵技術(shù)上還沒能做到十全十美，尤其是地震參數(shù)的快速判定。作為5個部署了地震預警系統(tǒng)的國家地區(qū)之一，日本的投入最大，性能也是最好的。然而2008年1月27日，日本時報（TheJapanTimes）一則標題為“地震預警系統(tǒng)再次失效”的新聞，從一個側(cè)面反映出了地震預警系統(tǒng)的現(xiàn)狀。新聞中提到，預警系統(tǒng)對在日本海岸發(fā)生的震級為4.7級的地震并未發(fā)出預警信息，原因是快速判定的地面運動強度為4級（根據(jù)日本烈度表），低于警報閾值5級，而實際的地面運動強度為7級。在6月14日里氏7.2級的地震中，預警系統(tǒng)雖然被即時觸發(fā)，但預估的震級為5.7級，仍遠低于實際的7.2級。
地震參數(shù)快速判定，難就難在一個“快”字上。對于一個5-6級的地震，震源的破裂過程會持續(xù)幾秒至十幾秒。而預警系統(tǒng)試圖利用前幾秒的地震波形，就預估出整個地震的大小，發(fā)震的位置，震源的性質(zhì)，進而得出各個地區(qū)地面運動的強烈程度。這一過程類似于盲人摸象，摸出來的結(jié)果可靠不可靠，跟盲人的經(jīng)驗就有很大關(guān)系了。
是否需要地震預警？
一般來說，開發(fā)地震預警系統(tǒng)的地區(qū)，有如下特點：
1、地震發(fā)生頻繁。如日本、臺灣、墨西哥和美國加州都位于環(huán)太平洋地震帶上，地震活動頻繁。只有頻繁的地震活動才需要頻繁的地震預警，來減輕地震造成的損失。如果不能減少一定的損失，那么部署這套昂貴的系統(tǒng)本身就是一筆損失。
2、有較強的經(jīng)濟實力。地震預警系統(tǒng)由于整合度高，對地震臺站密度有要求且需要長期不間斷運作。地震預警系統(tǒng)的警報終端還需要與相關(guān)行業(yè)和部門合作開發(fā)，如電視臺、鐵道部門、工廠、醫(yī)院等等，都需要裝備相應(yīng)的警報終端才能發(fā)揮預警系統(tǒng)的功效。因此預警系統(tǒng)的部署成本并不算是低廉，對當?shù)乜赡苡幸粋€長期的經(jīng)濟壓力。
3、設(shè)防區(qū)域小，預警價值高。日本，臺灣均為整體設(shè)防，因為他們需要防御的總面積偏小，美國的地震預警系統(tǒng)主要也是針對舊金山周邊區(qū)域。同時，這些防御區(qū)域經(jīng)濟相對發(fā)達，高科技產(chǎn)業(yè)密集，人口密度大，長期預警的經(jīng)濟社會價值可觀。
綜合上述的情況，對于是否需要地震預警系統(tǒng)，科學界內(nèi)仍未能形成一致的看法。支持的學者認為這是一個很棒的想法，可以減少地震災害的損傷；不支持的學者認為這套系統(tǒng)成本高昂、功能有限，前途并不光明。2004年《科學》雜志有文章標題用“打賭”來形容各個國家對于地震預警系統(tǒng)的態(tài)度。迄今，我們?nèi)詿o法看到這個賭局的結(jié)果。不過有一件事很確定，日本等國將繼續(xù)在這個賭局上不斷下注。
仍需更多應(yīng)急培訓
為了充分發(fā)揮預警系統(tǒng)的功效，需要與之配套的社會工程和應(yīng)急培訓。在日本預警系統(tǒng)的宣傳手冊中有一部分內(nèi)容很有意思，它告訴居民在收到預警信號后，最好不要從居民樓和辦公樓逃離。這可能與大家的常識相違背。這樣的要求一是因為預警系統(tǒng)針對的是普通地震和強震，對于毀滅性的特大地震功效有限；二是日本對本國建筑的抗震性能很有信心；三可以避免由于混亂逃生引起的踩踏傷亡事件。通過這個細節(jié)我們可以看出，保證建筑的抗震等級與實際施工質(zhì)量，以及對設(shè)防區(qū)的人員進行相應(yīng)的培訓是十分必要的，缺乏必要的宣傳和培訓，預警系統(tǒng)甚至會帶來負面的效果。
部署地震預警系統(tǒng)，是一個整體的社會工程，并不是一個簡單的技術(shù)問題，需要綜合考慮科技因素、經(jīng)濟因素和社會因素。目前，僅有羅馬尼亞、土耳其、墨西哥、臺灣和日本擁有投入使用的地震預警系統(tǒng)，正在開發(fā)預警系統(tǒng)的國家和地區(qū)有美國加州、冰島、瑞士、意大利、希臘、埃及和印度。據(jù)2004年《科學》雜志報道，日本2004年花費9000萬美元完成的地震預警系統(tǒng)是迄今最為全面的預警系統(tǒng)。
值得注意的是，地震大國同時也是地震研究實力最為強勁的美國，至今仍沒有實際運作的地震預警系統(tǒng)，因為有美國學者批評建設(shè)此類系統(tǒng)會擠占大量地震學的研究經(jīng)費，不利于地震學的長期發(fā)展。對于中國來說，是否需要建立地震預警系統(tǒng)，以及如何建立這樣的系統(tǒng)，仍需要更多研究的支持，以及相關(guān)政策的確立。
（責任編輯：zxwq）
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