说起地震预警,大家并不陌生。我国的“地震烈度速报和地震预警工程”项目也已经推进了很多年,即将收获成效。可大家一提到这个工程,可能会侃侃而谈地震预警原理、地震预警带给我们“生的希望”、“赢取躲避或逃生的时间”,而忽略了“地震烈度速报”这项工作。作为整个工程的重要组成部分,甚至在项目名称上还排在地震预警前面,地震烈度速报似乎在大众视野中并没有什么存在感。
但其实,地震烈度速报对于震后应急救援,有着极其重要的作用。
首先,要重申一个概念——地震烈度。
地震烈度指的是地震对地表及建筑物、构筑物的破坏程度,地震造成山河改观、房倒屋塌的地方,其地震烈度就比只有部分房屋产生坍塌及裂缝的地方要大。就像汶川地震中,汶川、北川震中区的地震烈度是12度,那么在救援时,对于人口密度较大、且处于高烈度区的北川县城,需要投入的救援力量肯定就要比人口密度相对较低、且地震烈度较低的区域要多。
因为地震破坏最重的地方未必都是在震中位置,仪器测定的震中,其地震烈度往往并不是最高。因此,不能够通过地震台站测定的地震三要素来确定地震破坏最重的地方。像年9月21日的台湾集集地震,破坏最严重的地区并不在震中附近,而在距离震中大约50千米的东势镇。
这些破坏最严重、烈度最高的地方一般称“宏观震中”,我们在地震速报信息中看到的带着经纬度坐标的震中,是仪器测定的,称之为“微观震中”,二者的位置经常不在一起。造成这种现象的原因很复杂,跟震源破裂带的走向、地下的地质结构及场地地层情况有关,也跟地形地貌位置及建筑物质量等因素相关。年青海昆仑山口8.1级地震,震源破裂延续多千米,极其严重的破坏区也就出现在多部位,会将它们一并称之“极震区”。
年昆仑山口8.1级地震造成十分罕见的裂缝带,一望无际
所以在地震发生后,仅凭仪器测定的震中位置来确定救援主力投入的方向可能是不确切的,还需要采取其他有效的方法确定地震的极震区及重灾区。
那么
怎么才能快速了解地震对各地造成的破坏情况呢?
或者说,问题再简单一点,一次地震发生后,如何快速知道各地的地震烈度?
以前要判断地震造成的破坏程度,也就是地震烈度的大小,需要投入大量的人力物力,根据国家标准GB/T—《中国地震烈度表》的规定,在地震现场通过人工调查评定各调查点的地震烈度值,再经过一系列数据汇总、修正,最终绘制出地震烈度分布图。
根据震害情况不同,现场调查至少需要几天甚至数十天的时间才能完成。假如依靠这样获得的地震烈度来指导地震应急救援的话,显然是太迟了。
一车,四五人,这就是一支地震现场工作小分队
地震应急救援,讲的是一个效率,时间就是生命,救援越快越好。如果在地震发生后,人们立刻就能知道地震在哪,影响的大小和范围,哪里破坏重、哪里破坏轻,就能以最快的速度合理布置救援力量,有效开展地震救援。
对于广大民众来说,对于地震速报的信息相对熟悉一些:地震在哪、震级有多大、地震什么时候发生的,以及地震发生在地下多少米。这些都是地震监测仪器可以直接测出来的(有些还需要经过人工矫正),我们在震后几分钟内就能收到相关的信息。如果一个地震发生以后,我们能够在更短的时间内大致知道地震破坏的情况,也就是地震烈度如果也能实现通过机器迅速播报,那就太好了。
可是,地震烈度是指地震的“破坏程度”,包括房子破损情况如何、滑坡规模如何、人的感受怎么样,如果不是依靠地震工作者实地走访,怎么能知道呢?
这个问题实际上已经被地震工作者破解了。如果以一系列的物理参数来衡量地震对某一个地点的影响、破坏力等特点的话,大致可以按照地震对于这个地点的地面震动的速度、加速度及持续时间等等地震动的参数来描述。其中,对于地面破坏力大小影响最大的是地震力的大小,衡量地震力大小的主要指标就是地震地表运动的加速度。可以通过地震监测的仪器记录地震动的峰值加速度数据来记录地震力的大小,并依此来换算成对应的地震烈度值,并快速估计地震烈度的分布和震害损失。在地震发生后,地震烈度速报系统可以根据地震动参数自动计算得出地震烈度,并迅速对外公布,这就是地震烈度速报。
自20世纪90年代初期开始,先后有美国、日本等国家以及我国台湾地区先后建成了地震烈度速报系统,各有特色,而美国、日本、印度、伊朗等国甚至在地震发生后不再进行大规模的宏观烈度评定,直接以仪器自动观测结果替代人工现场调查评定结果。
不过,根据一处地震动参数测定结果计算出来的仪器地震烈度,只是一个点,要反映更全面的情况,就需要更多的“点”,那就需要分布更密的地震监测网。
日本于年建成的地震烈度监测网是世界上台站密度最高的,台站平均间距2.5km,0多个加速度仪测点把全国划分成个地震警报区。年正式启动烈度速报系统后,能在震后1—3分钟发布相关信息。例如对年东海MW9.0地震发出的第1次烈度速报图,提供了全国的整体信息,每个圆点都是一个观测点的实测值和地震动峰值。
不过,密集的地震烈度速报台网的建设和维护经费十分昂贵,所以在实际推广中的难度很大。而且受限于地形、环境条件及经济等因素,总会有分布稀疏的地方,对于台站稀疏的地方,可以根据周边台站得到的烈度进行推算,并采用插值法画出带有等震线的烈度速报图。
上图是年11月13日美国南加州一次7.8级地震的烈度速报图,从图中清楚地显示:Ⅷ度以上的强震动区是一个复杂的带状区,极震区延展余千米,震源为单侧破裂,震中位于该区的东南角。
以美国为例,其地震烈度速报系统堪称“内容丰富”,对公众的服务并不限于发布烈度速报一项,还在网站上同时发布峰值加速度、峰值速度和仪器测定烈度的分布,甚至还有该地震的周期0.3、1.0、3.0s的加速度反应频谱,甚至包括地震宏观破坏、滑坡位置、土壤液化等数据。所提供的信息中还详细地公布消防栓位置、避险园区、断裂带地点、地基松软部位的分布等,介绍损失评估、金融和保险*策,提供台站分布、地震目录、地震常识、历史地震、地震记录图等资料。
我国于年启动了地震烈度速报和预警工程项目的预研究工作,并迅速对重点地区布设了1千多个强震仪观测台年青海玉树地震发生后,更是加快了项目进度,并正式开启立项工作。年8月,云南鲁甸MS6.5级地震被附近的70个台记到,在数学模型中计入了地质构造、震源机制、场地效应后,我们第一次做出了烈度速报图,取得了初步经验。年7月,国家地震烈度速报和预警工程项目正式启动,并计划到年进行试运行。
年鲁甸地震烈度速报图
按照规划,我国将建成规模庞大总数超过个台站的地震烈度速报与预警观测网络台站系统方面,将在全国新建改造三大类台站,即个配置测震仪和强震仪的基准站个配置强震仪的基本站个配置烈度仪的一般站,共计个台站所谓“基准站”是地震预警功能的骨干台,辅助用于烈度速报;“基本站”则主要用于烈度速报,辅助用于地震预警;“一般站”是地震预警和烈度速报的辅助台站。
经过多年的努力,现在我国重点地区预警技术体系初步成型,福建、四川等示范省已经初步具备地震预警服务能力。
以往通过人工调查的宏观地震烈度存在指标模糊性、评判主观性等问题。烈度速报基于仪器观测并自动快速计算产出结果,具有客观性、实时性的特点,可迅速为灾害性地震发生后估计人员伤亡和判断灾情影响态势提供依据,为组织抗震救灾提供重要参考。随着科学技术的发展,用仪器自动观测结果替代人工现场调查评定结果,是社会发展的必然趋势。希望在不久的将来,我们能够在地震发生后的第一时间知道破坏最严重的地方到底在哪儿。
参考资料:
地震动强度与地震烈度速报研究李山有
趣味地震学10:烈度,关乎民生冯锐
趣味地震学12:震后速判冯锐
地震仪器烈度计算方法初步研究李水龙
基于地震动参数的烈度计算方法研究李亮
国家地震烈度速报与预警工程:测震台网的机遇与挑战蒋长胜
国家地震烈度速报与预警工程山西子项目综述及应用分析窦立婷
来源:震知卓见(ID:dizhen_sd)