充分發(fā)揮地震科研成果的效能＊

Hiroo Kanamori

（California Institute of Technology in Pasadena，California 91125，USA）

充分發(fā)揮地震科研成果的效能＊

Hiroo Kanamori

（California Institute of Technology in Pasadena，California 91125，USA）

一年前，一次毀滅性海嘯淹沒(méi)了日本東北部海岸的大片區(qū)域，造成災(zāi)難性后果。既然精確的短期地震預(yù)測(cè)仍屬難題——至少目前如此，那么需要考慮的問(wèn)題就是，我們能夠做些什么來(lái)減輕地震造成的損失。

2011年?yáng)|日本9級(jí)地震清楚地表明，地震學(xué)家可以迅速、定量地確定地震期間究竟發(fā)生了什么，從而降低地震災(zāi)害的影響及人員損失。但這方面仍有很大的改進(jìn)余地。國(guó)家之間依然沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，一些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍然沒(méi)有被充分利用。在鼓勵(lì)地震科研成果的實(shí)際應(yīng)用方面，也還有許多工作要做。目前，學(xué)術(shù)研究與減災(zāi)現(xiàn)實(shí)之間橫亙著一條巨大的鴻溝。

有了過(guò)去30年間建起的廣泛的全球地震觀測(cè)網(wǎng)，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)家地震信息中心（USGS／NEIC）才能一刻不停地對(duì)全世界的地震活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。東日本大地震發(fā)生約20分鐘至1小時(shí)后，NEIC就確定了其震中位置，并確定其震級(jí)為9級(jí)左右，斷層機(jī)制為典型的俯沖帶型大地震［1］。這一信息對(duì)于提醒人們做好緊急救援準(zhǔn)備極其重要。如此快速地確定地震信息，只是在最近才得以實(shí)現(xiàn)；2004年的時(shí)候，發(fā)布類似預(yù)警需要幾個(gè)小時(shí)，甚至好幾天的時(shí)間［1］。

如果能夠確定得再迅速一些，例如在地震發(fā)生后幾分鐘之內(nèi)就把信息都確定下來(lái)，那么就可以對(duì)當(dāng)?shù)氐念A(yù)警產(chǎn)生重大影響。東日本大地震發(fā)生的3分鐘之內(nèi)，日本氣象廳（JMA）系統(tǒng)提供的初始估算震級(jí)為7.9級(jí)。據(jù)此，JMA向?qū)m城縣沿岸發(fā)布了6m的海嘯預(yù)警，向鄰近的巖手和福島兩縣發(fā)布了3m的海嘯預(yù)警。很難確定這種迅速預(yù)警具體拯救了多少生命——可能成千上萬(wàn)［2］。遺憾的是，在海嘯防護(hù)堤高達(dá)10m的巖手縣，一些居民認(rèn)為低于3m的海嘯不會(huì)對(duì)他們形成威脅，因而沒(méi)有立即采取行動(dòng)。最終的結(jié)果是，海嘯越過(guò)了多數(shù)防護(hù)堤。

需要改進(jìn)的地方

僅利用現(xiàn)有的技術(shù)，預(yù)報(bào)人員就可以提高預(yù)警質(zhì)量。關(guān)鍵是，快速海嘯預(yù)警系統(tǒng)需要有短距離、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)可用，還需要有一套可以確定震級(jí)和斷層機(jī)制的方法。后者需要利用短周期地震波信息，對(duì)于大地震而言，還需要利用長(zhǎng)周期地震波信息。JMA擁有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，但迄今仍沒(méi)有一套最佳方法可以實(shí)施：其目前的系統(tǒng)僅利用短周期信息，這直接導(dǎo)致了最初東日本大地震震級(jí)的低估。自2008年以來(lái)，該機(jī)構(gòu)就在測(cè)試一個(gè)更好的離線系統(tǒng)，但仍未付諸實(shí)踐。相比之下，NEIC有一套很好的方法，但卻無(wú)法得到當(dāng)?shù)氐耐暾膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)。雖然日本遍布著可用于海嘯預(yù)警的數(shù)百臺(tái)寬頻帶地震儀，但NEIC只能獲得其很小的一部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。全世界向NEIC傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的臺(tái)站數(shù)量已經(jīng)從2004年的350個(gè)增加到2011年的1183個(gè)（據(jù)文獻(xiàn)［1］）。這一趨勢(shì)有望得以繼續(xù)。

最理想的是，NEIC和JMA都對(duì)各自存在不足之處的系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，這樣一來(lái)，我們就可以擁有適當(dāng)?shù)暮髠湎到y(tǒng)，用來(lái)核實(shí)正在發(fā)生的地震影響力將會(huì)有多大。這一點(diǎn)非常重要，尤其是當(dāng)一個(gè)國(guó)家的運(yùn)行中心因正在遭受一場(chǎng)自然災(zāi)害而無(wú)法正常工作時(shí)。

除了地震數(shù)據(jù)外，現(xiàn)在還有高速率GPS數(shù)據(jù)可用，這些數(shù)據(jù)能夠顯示大的地面運(yùn)動(dòng)的尺度。一些研究小組正在研發(fā)將GPS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用于快速預(yù)警的新方法。有了這些方法，我們除了可以估算震級(jí)以外，還可以估算斷層規(guī)模，并由此提供更好的海嘯預(yù)警。例如在日本，這套方法僅需幾分鐘的時(shí)間就可以提供精確的預(yù)警。

因此，國(guó)際間地震數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交流對(duì)于更加迅速、可靠、穩(wěn)健的預(yù)警而言至關(guān)重要。

日本還有一個(gè)全國(guó)性的地震預(yù)警（日本稱“緊急地震速報(bào)”——譯者注）系統(tǒng)，通過(guò)探測(cè)晃動(dòng)的第一波信號(hào)，該系統(tǒng)可給出1～30秒的預(yù)警時(shí)間（而海嘯的預(yù)警時(shí)間為5～30分鐘）。它是在東日本大地震期間成功布設(shè)的，但由于當(dāng)時(shí)的破裂過(guò)程極其復(fù)雜，再加上還有許多余震，所以系統(tǒng)陷入混亂，并被迫暫時(shí)關(guān)閉。

此類預(yù)警在實(shí)際中最有效的應(yīng)用就是將其與工程系統(tǒng)配合起來(lái)使用，例如與日本的高速火車(chē)聯(lián)系起來(lái)，由此，在強(qiáng)烈晃動(dòng)事件發(fā)生時(shí)，這些系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)東日本大地震發(fā)生時(shí)，約有24列火車(chē)正在受地震影響區(qū)域運(yùn)行，一些列車(chē)的時(shí)速甚至超過(guò)200km。這些列車(chē)幾秒鐘之內(nèi)就采取了緊急制動(dòng)，所有的列車(chē)都停了下來(lái)，沒(méi)有一列脫軌或遭受?chē)?yán)重?fù)p害，也沒(méi)有人員重傷或死亡。這種自動(dòng)系統(tǒng)目前一些私營(yíng)公司正在使用。

地震學(xué)家應(yīng)該與工程師密切合作，使這些系統(tǒng)及類似系統(tǒng)發(fā)揮出最大效能，這一點(diǎn)十分必要。地震學(xué)家提出了許多學(xué)術(shù)理論和方法，其價(jià)值對(duì)于實(shí)業(yè)而言可能并不是那么顯而易見(jiàn)，而且使這些理論方法更好地應(yīng)用于實(shí)際之中的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施也很少。相比之下，在材料和生物醫(yī)學(xué)方面，學(xué)術(shù)界研發(fā)的好產(chǎn)品更容易得到實(shí)業(yè)界的青睞，因?yàn)樗鼈兛梢员婚_(kāi)發(fā)成盈利產(chǎn)品。所以說(shuō)，重要的是地震學(xué)家和地球物理學(xué)家應(yīng)發(fā)揮更加積極的作用，促進(jìn)學(xué)科與學(xué)科之間以及學(xué)科與實(shí)業(yè)之間的互動(dòng)與合作。

同樣，培養(yǎng)優(yōu)秀的人力資源也非常重要。從東日本大地震中吸取的一個(gè)教訓(xùn)是，大自然的行為方式有時(shí)與我們的假想相悖。因此，我們要培養(yǎng)出能夠挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點(diǎn)（例如在大地震發(fā)生的地點(diǎn)問(wèn)題上）、頭腦靈活、具有創(chuàng)新精神的理科學(xué)生，不要讓他們等到一場(chǎng)災(zāi)難發(fā)生之后再被迫反思。隨著許多科研項(xiàng)目越來(lái)越大，年輕的科學(xué)家往往被高深的技術(shù)問(wèn)題所困。我們要鼓勵(lì)他們后退一步，放大視野，不要年紀(jì)輕輕的就過(guò)分專一或固守傳統(tǒng)的思維方式。

譯自：Nature，8March 2012，Vol.483：147-148

原題：Putting seismic research to most effective use

（中國(guó)地震局地球物理研究所 左玉玲 譯）

（譯者電子信箱，左玉玲：yulingzuo＠yahoo.com.cn）

［1］Gavin P H，Paul S E，Harley M B，et al.88hours：The U.S.Geological Survey National Earthquake Information Center response to the 11March 2011 MW9.0Tohoku earthquake.Seismol.Res.Lett.，2011，82：481-493

［2］Heki K.A tale of two earthquakes.Science，2011，332：1390-1391

P315；

D；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.04.001

2012-03-21。