今年4月1日,我国正式实行自动地震速报,这是我国地震速报的重大变革。这个变革当然有我国地震观测技术的巨大进步为后盾,同时也是观念的变革。
一、地震速报的起始
我国大地震速报应该说始于1966年邢台地震之后,在那之前我国对地震的测定根本谈不上速报,解放以前我国仅有几个外国人建设的地震台,由著名地震学家李善邦在鹫峰建立的我国自己的地震台,由于抗日战争而中断观测。解放初为了大规模经济建设,我国开始建立了8个地震台(在圈子里面俗称老八台),后来扩展到16个,当时的能力只能监视大地震。由于通信落后,地震台记录到地震以后,由人工进行震相识别(地震波纵波和横波在传播过程中折射和反射波的标识,它是确定地震参数的重要标志),将这些震相到达地震台的时刻记录下来,使用信件的方式邮寄到北京负责地震测定的中国科学院地球物理研究所,研究所汇总了所有地震数据,再用人工的方法确定地震的参数,一般都需要几天和一个星期以后,地震速报需要通过电话人工将结果报送。后来通信进步了,可以用电报将数据报给北京,那时地震参数初报需要几个小时,准确一些的结果,需要一两天的时间,才能确定一个地震的参数。
1966年邢台地震以后,在当时周总理亲自过问下,在北京周围建立了8个地震台,采用电话线把地震台的一个分向的地震信号传到了北京地球物理研究所。8个地震台的地震信号统一授时,统一记录。称为北京传输地震台网,即现在中国地震局地球物理研究所负责运行的北京遥测地震台网,当时俗称"8条线""638"(邢台第一个大地震发生在1966年3月8日)这样在地震发生后立刻就可以看到8个地震台地震记录先来后到,就可以快速处理地震参数,即三要素:时间、地点、震级。从那时起,地震速报这个名词才正式出现。因此我国地震速报应该是从1966年4月开始,到今年4月应该说是整整47年了。顺便说一下,像北京遥测地震台网这样的传输地震台网美国也是那个时候也才开始建设。在尼克松访华后,中美开始科技交流,地震科技是中美最早交流的项目之一,通过交流,美国的地震学者认为当时中国地震监测和世界是同步的,在当时国内经济条件下,中国的地震速报技术已经达到了相当高的水准。
当时北京遥测地震台网,对于华地区的地震发生以后,值班人员进行快速分析,在较短的时间内可对地震台网内和网缘地震作定位,有比较好的地震速报效果。网内地震速报时间可在10~40分钟内,网外需要一般需要1-2个小时左右。1975年海城地震后北京遥测地震台网扩建到21个台站,台网跨度为400Km,定位能力有所提高,但由于台网和仪器的限制,在作网外地震速报时,一般只采用远震的波阵面方法,定位的准确度不高。但当时全国只有这样一个可以实时观测地震的遥测台网,因此仍然承担全国5级全球7级以上地震速报。为了保证大地震速报,当时在台网中心装备了专线电报电传机,接收全国主要地震台的地震电报。同时安装2类专线电话,作为速报的辅助手段。
二、非实时大地震速报体系
1966年到1976年我国进入地震活跃期。当时中央地震领导小组及其办公室,中央地办要求各个地震台使用常规的电报,向中央地办和地球物理所报送地震数据信息,由地球所北京台网结合台网的处理,负责全国大地震的速报和地震处理。地震信息传递时间缩短到6个小时之内。
与此同时,中央地办和邮电部协商建立地震专用电报,设立全国统一的地震专用电报码和77777的地震专用电报挂号。在地球所北京地震台网设立电传机,专门接收全国地震台的地震速报数据和信息。但是地震台的职守人员仍须到当地邮电局去发电报,由于地震台多在城市郊区和偏远地区,当地邮电局也没有电报系统,而是由当地邮电局的人员用电话将报文报告到有电传机的大中城市的电信局。专线电报使地震信息传递又缩短到1到2个小时。
当时承担此项任务的是局分析预报研究室,主要使用全国基准台网的数据。当地震发生以后,地震台的值班人员立即从地震记录滚筒取下记录,用人工方法量出地震的初动和S波等震相到时、地震的最大振幅,并用地震电报或长途电话等方式传到北京的局分析预报研究室值班室,值班人员汇总了各个台站的数据以后,用人工方法进行地震交切定位地震,再根据地震的位置和最大振幅等参数确定震级。这种方法全是人工操作,通讯时间过长,一般要3-5个小时,甚至更长。
1984年以后正式成立了全国大震速报台网这是全国性的非实时速报台网。开始由28个国家基本地震台站和设在北京分析预报中心的数据处理中心组成。1986年国家速报台站调整到30个,1991年,国家速报台站增至36个。国家地震速报台站采用三类电报或长话语音方式向北京数据处理中心报送台站的观测数据,北京数据处理中心根据台站报送的观测数据,采用手工作图方法测定地震参数,并即时向政府及有关部门报告。为了确保国家地震速报台网数据报送的安全,为其中的10个国家速报台站加配了100W短波无线电台,建立了10个国家速报台站与北京数据处理中心之间的无线通讯信道。1993年,开始使用计算机处理速报数据,我国的地震速报速度得到了显著提高。1996年,国家地震速报台网运行"电话拨号计算机联网数据报送系统",实现了国家速报台站与北京数据处理中心的计算机联网和速报数据自动接收与处理,从而结束了电报或长话语音方式报送数据和手工处理数据的时代。实现了对国内大地震40分钟内完成正式速报的目标。伴随网络技术的发展,中国地震局决定自2007年1月1日起启用"网络数据报送系统",该系统利用公网平台,采用FTP传输速报数据。"十五"以后这个系统已经被实时地震速报系统所替代。
三、实时自动地震速报体系
国内的实时地震速报的是从北京遥测地震台网开始。1976年我国实施了全国区域地震观测系统建设工程即"768"工程。在全国新建立了6个区域电信传输地震台网和16个地方遥测地震台网。台网中心将传输来的各台站信号统一作模数转换以后进入计算机,进行处理。这使地震分析由人工分析发展到计算机实时处理和人-机结合处理,提高了区域地震台网的地震速报速度。当时采用的国产DJS-131计算机容量极其有限,因此,采用了模拟磁带机作数据缓存,硬件地震触发,触发后的地震数据才进入计算机处理。这种方法比人工处理的地震速报,在速度和正确度方面都进了一大步。实际已经开始自动进行地震速报处理。到"九五"之前全国遥测地震台网均已经装备了微机处理系统。九五期间我国地震台网大规模采用数字地震设备。同时利用卫星信道建立了47个国家地震台直接传输到北京,成为全国实时地震速报体系的骨干。
交互地震速报是"九五"期间建立的区域数字地震台网采用的地震速报方式。在台网中心处理系统中,波形数据经过实时系统汇集后,进行事件检测,检测到地震事件后,就把地震事件相关的波形数据记录形成事件波形文件,再由值班员通过后台处理计算机的人机交互分析处理程序,读取地震震相数据,通过地专用计算程序计算出地震参数。在"九五"区域数字地震台网台站数目不太大的情况下(25个以内),采用这种模式可以在15钟之内报出地震参数,在较好的情况下,甚至在10分钟内就可以报出可靠的地震参数,使地震速报的水平有了新的提高。这种模式一直为国内各区域数字地震台网所采用,为我国数字地震台网的地震速报做出了十分重大的贡献。2004年地震局开始部署EQIM地震信息共享平台,各个省级地震台网在线计算得到的地震定位结果可以自动地上传到EQIM,成为地震速报有力辅助工具,地震速报可以讲已经达到了相当高的水平。汶川大地震初报4分钟,11分钟完成正式速报就是这个系统完成的。
"十五"期间实施了中国数字地震网络工程,在每个省都建立了网络化数字地震台网,国家数字地震台增加到150个台站。由于十五数字地震观测网络工程实现了"网络到台站,IP到仪器"全国1000多个地震台的事实波形数据已经全部汇总到北京中国地震台网中心,为自动速报地震大侠了良好基础。实际上我国地震台网在"九五"期间开发的速报地震软件就已经具备了自动速报大地震的功能和能力。
自动速报地震就是完全利用计算机接收实时地震台网所有地震台数据,在实时数据流中检测地震事件,一旦检测到地震事件,就自动把事件相关的台站地震波形按触发时刻的顺序显示出来,同时启动自动震相识别、震相数据判读等任务,在取得震相数据的同时,自动计算地震参数,自动处理的结果自动显示,同时自动发布处理结果。如果发现自动读取的某个震相数据项存在问题,允许人工交互干预自动过程,可以在半自动方式下修订震相数据,确保速报地震参数的可靠性。经过近十年的实践,我国自行研发的计算机自动速报地震的处理系统已经完全成熟,而且可以说自动速报地震参数的速度和准确度率已经达到世界先进水平。一般情况下,不经人工干预,计算机自动速报地震在2分钟左右即可完成。
四、大地震速报方式变革是技术进步也是观念的转变
长期以来,我国地震信息虽然不是保密信息,但也是不公开的信息。由于我国传统文化和民众科学素质的影响,历来视地震为"洪水猛兽",公众对地震极具恐惧感,地震被视为灾变象征。由于地震信息极其敏感,它被视为社会稳定的重要因素。在这种背景下,几十年来,我国大地震速报的原则是第一准确,第二快速。各级政府和广大公众的大部分也要求是地震速报必须准确,一经报出就应该三要素准确无误。如果有误有错,则是工作事故。老百姓有一句话"地震预报不出来,地震参数还算不准?要你们干什么!"因此,即使有了自动速报地震的技术,也用作内部使用,也没有提供公众信息服务,对外发布结果仍然使用人机结合处理的正式速报结果。
近几年来由于我国改革开放和国力快速增长,党和中央政府越发强调政府各级部门的公众服务和社会管理的职能。在5.12汶川地震之后,公众和政府对于地震速报的要求发生了重大变化,为了地震快速应急响应,抢救生命,要求地震速报首先要快,只有信息快才可以立即投入抗震救灾。但是地震参数的测定主要靠地震震相的识别,计算机自动识别地震真相和人工识别真相确实有很大差距,机器目前还是无法代替人脑,这就带来计算机自动处理虽然非常快,但是会带来误差的问题。国外在采用自动计算机处理自动速报确实很快,但是要标明是计算机自动处理结果,其实就是告诉公众这个数据可能有误。但是它确实以最快的时间告诉公众有地震了!使人们警觉起来投入了救灾,这就是地震速报的意义。当然这个地震准确的时间、准确的地点、准确的震级,还要在过后由人机交互发布修订的结果。最终结果可能要几天以后,比如美国地震部门美国地质调查局USGS就是五天以后,就再不进行修订了。
我国这次自动地震速报的实施不仅是技术进步,还需要适应各级政府和公众转变观念过程。当然,中国有自己的特点,为了适应我国的国情,中国地震局的地震观测和地震速报科技人员设计了我国独特的"多路综合触发"技术方案。在我国设立三个不同地点,独立的使用不同方法的同时并行三套独立自动速报系统,分别产出自动速报信息并进行汇集,经综合判定后产出统一发布结果。进过2年左右试运行,表明基本上解决了误触发问题,可以不漏报国内有影响大震。这恰恰体现了我国全国一盘棋的优越。其实有很多网民和博客已经体会了这个系统地震速报的试验成果。
目前中国地震台网自动地震速报,对大多数国内中东部3.0级以上地震、西部(内蒙古、新疆、青海、西藏)和台湾省4.0级以上地震,国外6.0级以上地震可提供比较可靠的自动速报结果。国内大多数地震可在2分钟左右完成自动速报,震中经纬度偏差一般在0.2度以内,震级偏差一般在0.5级以内。
自动地震速报发布与传统速报有所不同,将采取"自动+正式"两次发布方式。地震发生后首先发布自动速报结果,第一时间向政府和社会提供震中位置、震级等基本信息;待人工速报完成后再发布一次正式速报进行修正,最终参数以正式速报为准。因此第一次速报是自动速报结果,标以正式速报即为人工修订的正式速报结果,这个结果仍然是大地震速报结果,最终的精确结果可能需要几天的时间,也是不断修正,如果有人感兴趣,可以查询中国地震台网发布的正式地震目录。
为了提高时效性,自动地震速报信息要求实时发布,因此将主要通过短信、网站、微博和移动终端等自动化平台发布信息。除了向部分授权手机发送自动速报短信外,主要通过以下渠道进行发布。
中国地震台网速报信息指定发布网站:
中国地震局网站:www.cea.gov.cn
中国地震信息网:www.csi.ac.cn
中国地震台网速报信息指定发布微博:
中国地震台网速报(新浪):http://e.weibo.com/ceic
中国地震台网速报(腾讯):http://e.t.qq.com/dizhentaiwang
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我国大地震速报的重大变革是适应我国改革的需求,适应我国经济社会发展的需求,适应地震灾害应急救援的需求,适应广大民众对地震信息快速要求的需求。发布自动结果是一个历史的进步,表明了作为一个应对灾害的政府机构,地震局愿意承担技术风险,为公众提供更好的服务。广大公众,各种媒体肯定欢迎这种转变,同时传媒公众也要转变自己的观念,因为风险和成果是共存的,相信在公众的理解和包容下,不断地进行科技创先,我国地震监测和速报会不断发展和进步。
文章作者简介:
陈会忠,研究员。1965年毕业于北京邮电大学,2003年退休。长年工作在地震台网第一线,从事地震遥测相关工作,成为国内资深的地震监测、地震通信技术专家。现为中国地震预测研究所、中国地震台网中心特聘专家。