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中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)：與地震波賽跑
發(fā)布時(shí)間： 2022-09-22 點(diǎn)擊數(shù)量：6927
秒級(jí)預(yù)警 分鐘級(jí)烈度速報(bào) 高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)支持
近年來(lái)，我國(guó)地震預(yù)警信息產(chǎn)出速度不斷提升，從約10分鐘的人工速報(bào)到1至2分鐘的自動(dòng)速報(bào)，再到秒級(jí)的地震預(yù)警，為抗震救災(zāi)提供了強(qiáng)大科技助力。（制圖：張寒）
9月19日13時(shí)05分09秒，墨西哥突發(fā)7.7級(jí)地震。9月17日夜間以來(lái)，臺(tái)灣臺(tái)東縣、花蓮縣相繼發(fā)生6.5級(jí)、6.9級(jí)地震，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。9月5日，四川瀘定縣發(fā)生6.8級(jí)地震。近期，地震頻發(fā)，牽動(dòng)人心，也考驗(yàn)著人們的應(yīng)對(duì)能力。
震后6.2秒發(fā)出地震預(yù)警信息，震后2分鐘左右發(fā)出速報(bào)信息（含震源位置、震級(jí)等地震基本參數(shù)），震后3分36秒初步產(chǎn)出儀器地震烈度分布圖，震后10分04秒產(chǎn)出正式的鄉(xiāng)鎮(zhèn)儀器烈度分布圖，給出最大烈度9度區(qū)的范圍，震后半小時(shí)產(chǎn)出余震序列精定位第一版結(jié)果……第一時(shí)間啟動(dòng)地震應(yīng)急服務(wù)響應(yīng)，以最快速度產(chǎn)出應(yīng)急科技產(chǎn)品，瀘定6.8級(jí)地震中，相關(guān)部門快速、高效做好地震應(yīng)急處置、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和科學(xué)考察工作，給人們留下深刻印象。
震后6.2秒即發(fā)預(yù)警，在分鐘尺度上獲取地震動(dòng)強(qiáng)度的詳細(xì)分布
“你開(kāi)了手機(jī)地震預(yù)警功能嗎？”地震預(yù)警這種新型減災(zāi)手段正逐漸被公眾接受。
“震后6.2秒，中國(guó)地震預(yù)警網(wǎng)就通過(guò)預(yù)警專用終端、手機(jī)APP、村村響應(yīng)急廣播、第三方平臺(tái)等渠道發(fā)布預(yù)警信息，向康定市提前9秒、雅安市提前21秒、成都市提前56秒發(fā)布地震預(yù)警信息?！彼拇ǖ卣鹋_(tái)研究員蘇金蓉介紹，這是自2018年起連續(xù)成功進(jìn)行預(yù)警處理和發(fā)布的第84次4級(jí)以上地震。
如何才能及時(shí)有效發(fā)出秒級(jí)預(yù)警？蘇金蓉道出關(guān)鍵：一是高密度的地震觀測(cè)系統(tǒng)，二是低延時(shí)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，三是高效的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，四是多渠道的緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)?！斑@四者缺一不可，只有先觀測(cè)捕捉到地震波，及時(shí)傳輸匯集觀測(cè)數(shù)據(jù)，再通過(guò)優(yōu)化算法快速處理、發(fā)布，才可能發(fā)揮預(yù)警應(yīng)有的效益?！?
“地震預(yù)警利用了電磁波比地震波快的原理。電磁波以30萬(wàn)公里/秒的速度傳播，地震破壞性橫波以約3.5公里/秒的速度從震源向外傳播，如果能在震后6秒左右估計(jì)地震基本參數(shù)、發(fā)出預(yù)警，橫波剛傳播約20公里，距離震中100公里的地方就會(huì)有20秒以上的預(yù)警時(shí)間?！敝袊?guó)地震局工程力學(xué)研究所研究員、國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程執(zhí)行總工程師馬強(qiáng)解釋。
“不要小看這數(shù)秒至數(shù)十秒的預(yù)警時(shí)間，它可以讓公眾避震、穩(wěn)定人心，更重要的是能在一些生命線工程、重大設(shè)施和重大工程項(xiàng)目建設(shè)中避免產(chǎn)生嚴(yán)重后果或次生災(zāi)害。”蘇金蓉舉例，如高鐵、核電站、油氣管網(wǎng)輸送及?；髽I(yè)、醫(yī)院手術(shù)室等可采取緊急應(yīng)急處置措施，減輕損失。
震級(jí)和烈度是描述地震的兩個(gè)重要概念，此次瀘定地震的震級(jí)為6.8級(jí)，最大烈度為9度。馬強(qiáng)介紹，震級(jí)描述地震釋放能量的大小，烈度描述不同地點(diǎn)受影響的強(qiáng)弱程度。一次地震只有一個(gè)震級(jí)，但是不同區(qū)域有不同烈度。
“哪些地方震動(dòng)強(qiáng)？哪些地方破壞大？這些信息對(duì)指揮決策非常重要?！瘪R強(qiáng)說(shuō)，以2008年四川汶川8.0級(jí)地震為例，震中在映秀鎮(zhèn)，但是破壞最嚴(yán)重的地區(qū)則是從汶川一直延展到都江堰、彭州，再?gòu)陌部h延展到北川、平武。
傳統(tǒng)的地震烈度評(píng)定建立在震后調(diào)查的基礎(chǔ)上，需要派遣大量專業(yè)人員深入震區(qū)繪制地震烈度圖。對(duì)于強(qiáng)震而言，往往需要數(shù)天甚至數(shù)十天才能完成，遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)急決策的需要。
“如今，有了地震烈度速報(bào)，可在分鐘尺度上獲取地震動(dòng)強(qiáng)度的詳細(xì)分布，有助于提高烈度評(píng)定效率，及時(shí)為人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估以及應(yīng)急救援科學(xué)決策等提供支撐?！瘪R強(qiáng)說(shuō)。
幾分鐘至幾小時(shí)內(nèi)快速反演震源破裂過(guò)程，人工智能快速、精準(zhǔn)定位余震
下載處理遠(yuǎn)場(chǎng)地震波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型參數(shù)設(shè)置和反演計(jì)算，制圖、分析結(jié)果……借助科技力量，研究人員還原了瀘定6.8級(jí)地震的破裂過(guò)程——
此次地震破裂以走滑運(yùn)動(dòng)為主，破裂發(fā)生自海螺溝下方深度12.8公里處，同時(shí)往兩側(cè)展開(kāi)，約7秒后破裂轉(zhuǎn)為主要往南東方向發(fā)展，整個(gè)過(guò)程持續(xù)約18秒，破裂總長(zhǎng)度達(dá)40公里，最大滑動(dòng)量達(dá)1.84米。
汶川8.0級(jí)地震后，中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所研究員趙翠萍所在的團(tuán)隊(duì)，一直承擔(dān)著我國(guó)大震應(yīng)急產(chǎn)出的任務(wù)，包括地震精確定位、震源機(jī)制解、破裂過(guò)程等震源參數(shù)的快速測(cè)定。
“應(yīng)急工作對(duì)震源參數(shù)產(chǎn)出的要求是快和準(zhǔn)。地震數(shù)據(jù)獲取快慢、震源機(jī)制解產(chǎn)出速度、反演算法是影響破裂過(guò)程快速反演的主要因素?！壁w翠萍告訴記者，瀘定6.8級(jí)地震后，他們合作研發(fā)的智能地動(dòng)系統(tǒng)3分鐘內(nèi)產(chǎn)出了震源機(jī)制解，與其他研究者此后發(fā)布結(jié)果基本一致。
“斷裂帶上滑動(dòng)量大的位置往往是地表災(zāi)害嚴(yán)重的區(qū)域，盡快找出來(lái)可及時(shí)為震后確定救災(zāi)目標(biāo)區(qū)域提供指導(dǎo)?！壁w翠萍介紹，強(qiáng)震發(fā)生后，團(tuán)隊(duì)最快可在1個(gè)小時(shí)左右快速反演震源破裂過(guò)程。此外，強(qiáng)震破裂擴(kuò)展方向前端及破裂區(qū)域中沒(méi)有滑動(dòng)量的區(qū)域，與未來(lái)的強(qiáng)余震發(fā)生有著密切聯(lián)系，需要重點(diǎn)關(guān)注。
大地震發(fā)生后，通常伴隨著大量余震。截至9月12日8時(shí)，瀘定6.8級(jí)地震共記錄到余震2715次，其中3.0級(jí)及以上余震16次。在內(nèi)行人眼里，這些紛繁復(fù)雜的地震波里隱藏著諸多參考信息。
快速準(zhǔn)確測(cè)定余震序列位置，對(duì)于應(yīng)急救援具有重要意義。中國(guó)地震局地球物理研究所研究員房立華舉例說(shuō)明，比如根據(jù)余震和斷層的關(guān)系，判斷地震發(fā)生在哪條斷層上，可以為震后趨勢(shì)研判提供依據(jù)；根據(jù)余震分布的長(zhǎng)度、寬度，可以估算災(zāi)區(qū)范圍；根據(jù)余震和主震的相對(duì)位置關(guān)系，可以推測(cè)地震的破裂方向，其沿線一些城鎮(zhèn)災(zāi)情可能更嚴(yán)重，等等。
從上世紀(jì)70年代起，國(guó)內(nèi)外地震學(xué)家百般嘗試，想攻克密集地震序列自動(dòng)處理這一難題，收效甚微。2021年之前，我國(guó)的余震序列分析主要靠人工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。汶川8.0級(jí)地震時(shí)，中國(guó)地震局抽調(diào)了中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、地球所、河北等省地震局的技術(shù)骨干共70多人次赴四川支援余震序列分析，堅(jiān)守了一個(gè)多月。
“2015年以來(lái)，人工智能在人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域都取得了較好應(yīng)用。從2017年起，我們就嘗試借助人工智能解決地震數(shù)據(jù)的智能處理問(wèn)題。”房立華說(shuō)，也就是利用地震臺(tái)網(wǎng)長(zhǎng)期積累的海量數(shù)據(jù)，借助人工智能技術(shù)，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)學(xué)習(xí)地震波形特征，實(shí)時(shí)識(shí)別余震，并對(duì)其位置進(jìn)行精確測(cè)定。
經(jīng)過(guò)不懈努力，2021年實(shí)時(shí)智能地震處理系統(tǒng)研發(fā)成功，并在云南漾濞6.4級(jí)地震和青?，敹?.4級(jí)地震中投入應(yīng)用。目前，這一系統(tǒng)已在14個(gè)省級(jí)地震局得到推廣應(yīng)用。與人工處理結(jié)果對(duì)比顯示，AI系統(tǒng)能更快速自動(dòng)產(chǎn)出余震序列目錄，數(shù)量是人工的2倍多，且精度基本一致，下一步將向全國(guó)推廣。
全天候全天時(shí)觀測(cè)，10余顆衛(wèi)星對(duì)災(zāi)區(qū)緊急成像，為應(yīng)急救援評(píng)估提供空間信息支持
縱橫山谷中，震中海螺溝景區(qū)有多處山體滑坡，掩埋了部分道路，這是高分三號(hào)衛(wèi)星9月5日獲取的遙感影像圖景。檢測(cè)到災(zāi)情后，當(dāng)?shù)負(fù)岆U(xiǎn)救援力量迅速趕赴現(xiàn)場(chǎng)。
衛(wèi)星遙感是盡快掌握災(zāi)害狀況、監(jiān)測(cè)山體滑坡等次生災(zāi)害的重要技術(shù)手段之一。地震發(fā)生10分鐘后，接應(yīng)急管理部國(guó)家減災(zāi)中心和四川高分中心應(yīng)急需求，國(guó)家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心第一時(shí)間啟動(dòng)民商衛(wèi)星應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，協(xié)調(diào)調(diào)度高分三號(hào)01/02/03星、高分一號(hào)D星、高景一號(hào)等10余顆衛(wèi)星對(duì)地震災(zāi)區(qū)緊急成像。
當(dāng)天19時(shí)11分，高分三號(hào)衛(wèi)星成像獲取到震區(qū)SAR影像，第一時(shí)間分發(fā)給國(guó)家減災(zāi)中心、中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所、四川高分中心和當(dāng)?shù)貞?yīng)急部門，相關(guān)單位迅速展開(kāi)分析，獲悉災(zāi)區(qū)受損情況。
“地震發(fā)生后，我們根據(jù)受災(zāi)地天氣情況綜合研判調(diào)度，優(yōu)先安排以高分三號(hào)SAR衛(wèi)星（合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星）為主的成像觀測(cè)，同時(shí)輔以高分辨率光學(xué)衛(wèi)星成像?！眹?guó)家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)應(yīng)用部副部長(zhǎng)、研究員姚濤告訴記者。
據(jù)介紹，民商衛(wèi)星分屬不同部門和單位管理運(yùn)行，此前各自運(yùn)行，互不協(xié)同。2021年，國(guó)家航天局建立了民商航天指揮控制中心，統(tǒng)籌指揮調(diào)度民商航天衛(wèi)星資源，初步建立了民商航天應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，從而成體系地支持國(guó)家重大應(yīng)急需求。
“四川當(dāng)?shù)貧庀髼l件不佳，陰雨云霧天氣多。高分三號(hào)SAR衛(wèi)星不受云雨天氣影響，具有全天候、全天時(shí)的觀測(cè)能力，在洪澇、臺(tái)風(fēng)、地震等惡劣天氣條件下可以監(jiān)測(cè)淹沒(méi)面積、受損范圍和道路損毀情況等，是這次馳援災(zāi)區(qū)的‘主力’。”姚濤說(shuō)，高分三號(hào)共有13種工作模式，可以針對(duì)陸地、海洋等不同觀測(cè)條件和需求選擇相應(yīng)模式。在此次應(yīng)用的聚束模式下，它的分辨率可以達(dá)到1米。
“高分一號(hào)D星等高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星提供輔助，它們?cè)诜直媛噬细邇?yōu)勢(shì)，在云層散開(kāi)間隙等也能發(fā)現(xiàn)對(duì)災(zāi)區(qū)救援有價(jià)值的信息。”姚濤說(shuō)。
“高分一號(hào)D星、高分三號(hào)同屬高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)。高分衛(wèi)星觀測(cè)要素最全、響應(yīng)時(shí)間最快、協(xié)同觀測(cè)能力最優(yōu)，形成了體系化的應(yīng)急服務(wù)能力。”姚濤舉例，高分一號(hào)、二號(hào)、六號(hào)衛(wèi)星可在房屋損毀、橋梁垮塌、化工園區(qū)爆炸等方面發(fā)揮重要作用，高分四號(hào)衛(wèi)星在林火應(yīng)急中可連續(xù)監(jiān)測(cè)火情動(dòng)態(tài)發(fā)展，高分五號(hào)衛(wèi)星可對(duì)水源地污染災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，高分七號(hào)立體測(cè)繪衛(wèi)星可在尾礦庫(kù)垮塌、滑坡泥石流監(jiān)測(cè)中大顯身手。
長(zhǎng)期堅(jiān)持、不斷創(chuàng)新，地震應(yīng)急科技產(chǎn)品經(jīng)歷了從無(wú)到有、由慢到快、由弱到強(qiáng)的跨越式發(fā)展
我國(guó)是世界上自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，災(zāi)害種類多，分布地域廣，發(fā)生頻率高，造成損失重。同時(shí)，我國(guó)又是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。
黨的十八大以來(lái)，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作，全社會(huì)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力建設(shè)取得顯著進(jìn)展。
黨的十九屆三中全會(huì)確立了我國(guó)“大應(yīng)急”管理體系。2018年4月，新組建的應(yīng)急管理部掛牌成立，先后整合了原有11個(gè)部門的13項(xiàng)職責(zé)。經(jīng)過(guò)四年多的實(shí)踐檢驗(yàn)，統(tǒng)一指揮、專常兼?zhèn)洹⒎磻?yīng)靈敏、上下聯(lián)動(dòng)的中國(guó)特色應(yīng)急管理體系基本形成，新部門新機(jī)制新隊(duì)伍的優(yōu)勢(shì)逐漸得到彰顯。
防震減災(zāi)史，也是科技進(jìn)步史。
趙翠萍回憶，汶川8.0級(jí)地震時(shí)，我國(guó)地震監(jiān)測(cè)剛剛進(jìn)入數(shù)字記錄時(shí)代，臺(tái)站數(shù)量不足，監(jiān)測(cè)能力有限，數(shù)據(jù)處理大多依賴人工，科研人員無(wú)法及時(shí)獲取數(shù)據(jù)。余震序列處理能力跟不上震情研判要求，震源機(jī)制解、震源破裂過(guò)程還停留在科學(xué)研究層面，尚未納入震后應(yīng)急工作發(fā)揮作用。
談及這些年來(lái)的進(jìn)步，蘇金蓉告訴記者，從觀測(cè)臺(tái)站的數(shù)字，可見(jiàn)一斑。2008年汶川8.0級(jí)地震時(shí)，四川共有臺(tái)站52個(gè)；2013年蘆山7.0級(jí)地震、2017年九寨溝7.0級(jí)地震時(shí)，這個(gè)數(shù)字分別增長(zhǎng)為234、402個(gè)；到了2021年，四川預(yù)警系統(tǒng)共有臺(tái)站2246個(gè)，增加了40多倍。
不僅如此，監(jiān)測(cè)能力、產(chǎn)出速度也有了很大提升。2008年，四川地震臺(tái)只能對(duì)3.5級(jí)以上地震作出處置，如今全省平均1.6級(jí)就可以處置，瀘定6.8級(jí)地震的余震甚至能監(jiān)測(cè)到1級(jí)以下地震。2008年汶川8.0級(jí)地震時(shí)，最快處理出地震參數(shù)需要13分鐘，2013年蘆山7.0級(jí)地震55秒產(chǎn)出自動(dòng)速報(bào)結(jié)果，2021年瀘縣6.0級(jí)地震，震后4.8秒就已對(duì)外發(fā)布地震預(yù)警信息。
“科研要急國(guó)家之所急，還要先走一步。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院地球物理研究所首任所長(zhǎng)趙九章這句話給房立華留下深刻印象。在房立華看來(lái)，地震科技創(chuàng)新必須始終面向國(guó)家需求、面向國(guó)際前沿開(kāi)展研究?！笆嗄陙?lái)，我們的地震應(yīng)急科技產(chǎn)品，比如地震破裂過(guò)程圖、震源機(jī)制圖、地震動(dòng)參數(shù)圖、儀器地震烈度圖和余震序列精定位圖等系列產(chǎn)品，經(jīng)歷了從無(wú)到有、由慢到快、由弱到強(qiáng)，由人工到自動(dòng)再到智能化的跨越式發(fā)展，應(yīng)急科技產(chǎn)品不斷豐富，產(chǎn)出速度和準(zhǔn)確度不斷提升。這都是長(zhǎng)期堅(jiān)持、不斷創(chuàng)新的結(jié)果。”
“經(jīng)過(guò)十多年發(fā)展，我國(guó)在高分衛(wèi)星應(yīng)用方面徹底扭轉(zhuǎn)了長(zhǎng)期依賴國(guó)外遙感數(shù)據(jù)的局面，衛(wèi)星數(shù)據(jù)自給率達(dá)90%以上?！币Q，高分專項(xiàng)實(shí)施之前，中國(guó)的衛(wèi)星數(shù)量還相對(duì)少。2008年汶川地震發(fā)生時(shí)，我們還需依靠國(guó)際上提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)支持。如今，高分一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)和四號(hào)衛(wèi)星相繼加入“空間與重大災(zāi)害國(guó)際憲章”，已有效響應(yīng)全球36個(gè)國(guó)家和地區(qū)的上百起重大災(zāi)害。
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