中国地震局地球物理研究所 杨建忠 吴忠良 2005年09月06日 10:56
地震发生之后,地震台网很快就能报出关于这次地震的信息,主要是地震的发生时间、发生地点、地震的震级、甚至地震的过程等等。如果运用得当,那么这些信息对减轻地震灾害非常有帮助。但如果不能正确理解这些信息,则有时也能带来不必要的误会。
地震学家主要是依靠地震台网来测量地震造成的地面运动,从而确定地震的参数的。地震波传播的速度不高,在地壳中,大约是若干千米每秒的数量级。同时,地震波在地球内部传播的方式又很复杂,在地下,地震波可以发生所有我们在光学里熟悉的波动现象——反射、折射、散射、聚焦等等。与此同时的一个实际问题就是,如果我们要准确地测定地震的时间、位置和震级,就需要得到尽可能多的地震台站的资料,只有在地震记录资料比较多的情况下,由于地球内部结构的复杂性所带来的干扰才能得到有效的压制。但是,地震波传播速度的有限性使获得比较多的地震台站的资料需要一定的时间,这个时间差不多是数字技术可以解决的问题,也不是计算机可以解决的问题,它是地震波的传播规律所决定的。
一般地说,在地震发生之后,地震学家首先是用比较少的台站的资料,在比较短的时间内得到粗略的地震参数,采用计算机自动定位和数字通讯网络以后,这个过程已经大大地加快了。现在,这个过程最快可以在地震发生之后的两分钟内完成。但是,这样得到的结果通常是有很大的误差的。这种误差的产生不仅是由于台站数目太少,而且是由于地震波的传播很复杂,因此在识别地震信号的时候,计算机常常弄错。所以,按照国际上通用的习惯,一般是在地震发生之后的非常短的时间内,用不多的台站的资料,由计算机给出初定的结果,然后再由分析人员进行校验。初定的结果一般很快,但是误差很大;比较精确的结果的产出,则需要长一些时间。此外,地震学上还有另一种情况。由于地震断层在几何学上不是对各个方向都对称的,所以沿着各个方向的地震波辐射强度常常是不同的。如果地震台网的分布范围比较小,且偏于一个特定的方位,那么用这个台网定出来的震级通常不是正确的,有一个系统的偏差。这就是为什么常常在地震之后需要根据更多的地震台网的资料修订震级的原因。
对地震速报来说,做到“又快又好”是有限度的,这个限度不是技术上的,而是自然界所赋予的,如同蒸汽机的热效率无法达到100%一样。但是另一方面,从防震减灾的实际需求的角度说,社会对地震速报的要求实际上并不是"又快又好"。在地震发生之后,社会首先需要的是“快”。回答“是否需要启动应急系统”问题,需要的主要是速度而不是精度。就是说,首先需要的并不是精确的地震参数,而是大致的地震参数。对政府和社会公众而言,这时最需要问答的问题是这次地震究竟是“大地震”还是“地震”,而并不是震级究竟是6.5还是6.8;究竟有多远或者大致在什么地方;而并不是确切的经纬度数。这些参数应该尽快输出,即使它的误差很大。但是,在地震发生后的比较长的时间之后,社会需要的是"好"的信息,是尽量精确的、尽可能多的信息,需要的是精度和信息量。这时早两个小时、晚两个小时给出这些信息已不是主要矛盾,但是仍旧重复原来的几个参数却是令人失望的。
因此,我们可以理解为什么有时北京台网速报的震级是3.2,而河北台网速报的震级是3.5,为什么昨天报道的震级是6.1而今天却“变成”了6.5,为什么中国报道的震级是7.8而美国报道的却是8.1等等。其实明白了上述这些知识,我们就会理解这些"问题"的出现不仅是正常的,而且是防震减灾所必须的。
震中位置与人文地理位置的对应是正确理解地震速报信息的又一个关键问题。例如,1998年河北省张北地震,地震台网初定的震中位置为内蒙古自治区的兴和。与实际震中位置相比,这一结果在地震上是无可挑剔的,因为地震最初的定位是有误差的,无论是张北还是兴和都在这一误差范围内,而且,如果单纯从地理位置上看,兴和甚至距离震中(即地震开始发生破裂的地方在地面上的投影)更近一些。但是,受地震损失最大的地方,毕竟是张北,因此习惯上,我们称这次地震为“张北地震”。这一“跨省界”的问题在公众中造成一些不必要的误解--怎么居然把地震的“省份”都搞错了。实际上,即使国际上一些非常先进的地震台网,有时对于远离台网的的一些国土较小的国家或地区的地震,由于震中范围处于台网的覆盖范围之外,经常地也会出现因为定位误差而在初报中将地震的"国籍"弄错问题。实际上,此时只要把初级和终报分开,并且把误差范围搞清楚,很多误解本来是不会发生的。
正如对说明书的正确理解责任不在消费者,上述这些误解,从根本上说不是社会公众而是我们地震部门的问题,是我们没有说清楚初报结果与精确结果的区别。当然,历史地看,这个问题倒也不怪地震学家。计划经济时代,连天气预报也不搞面向社会的信息服务,所以怎么样才能让社会准确地理解我们所提供的信息而不发生误解,我们确实没有经验。但假如我们的年轻朋友事先能够了解上面的概念,那么类似的误解也许今后就不会发生了。
类比是我们理解科学信息的一种有效的方法。但有时类比也会出问题。我国社会公众用来理解地震速报的类比对象之一是气象监测,或其他类型的“观察哨”,60至70年代,更有很多人把地震速报与“站岗放哨”联系在一起,实际上,这是不恰当的。我们知道,地震速报的一个恰当的类比对象,是应该天文观测,由于光速是有限的,因此彗星和木星相撞,我们“看到”的是几分钟之前的情况,我们“看到”的类星体是在遥远的岁月以前的形象,太空中光波传播的复杂性经常导致我们"看到"的天体的形象发生畸变,而要得到"好"的图像就需要时间进行更精细的信号分析和图像处理。
我们也说说地震预测。就现在地震学对于地震预测的认识水平来说,把地震预测比做大气预报也同样是不合适的。其实,地震预测问题与火灾或效能事故问题进行类比可能更切合实际。在那里,我们可以知道"危险地区"和"危险时段",可以采取措施去避免事故的损失,对有些事故我们也能做出一定程度的预测甚至警报,但是,我们却无法准确地预测一次具体的事故。