秒級預警 分鐘級烈度速報 高分衛星數據支持 與地震波賽跑

近年來，我國地震預警信息產出速度不斷提升，從約10分鐘的人工速報到1至2分鐘的自動速報，

再到秒級的地震預警，為抗震救災提供了強大科技助力。（制圖：張寒）

　　9月19日13時05分09秒，墨西哥突發7.7級地震。9月17日夜間以來，臺灣臺東縣、花蓮縣相繼發生6.5級、6.9級地震，造成人員傷亡和財產損失。9月5日，四川瀘定縣發生6.8級地震。近期，地震頻發，牽動人心，也考驗著人們的應對能力。

　　震后6.2秒發出地震預警信息，震后2分鐘左右發出速報信息（含震源位置、震級等地震基本參數），震后3分36秒初步產出儀器地震烈度分布圖，震后10分04秒產出正式的鄉鎮儀器烈度分布圖，給出最大烈度9度區的范圍，震后半小時產出余震序列精定位第一版結果……第一時間啟動地震應急服務響應，以最快速度產出應急科技產品，瀘定6.8級地震中，相關部門快速、高效做好地震應急處置、現場調查和科學考察工作，給人們留下深刻印象。

　　震后6.2秒即發預警，在分鐘尺度上獲取地震動強度的詳細分布

　　“你開了手機地震預警功能嗎？”地震預警這種新型減災手段正逐漸被公眾接受。

　　“震后6.2秒，中國地震預警網就通過預警專用終端、手機APP、村村響應急廣播、第三方平臺等渠道發布預警信息，向康定市提前9秒、雅安市提前21秒、成都市提前56秒發布地震預警信息。”四川地震臺研究員蘇金蓉介紹，這是自2018年起連續成功進行預警處理和發布的第84次4級以上地震。

　　如何才能及時有效發出秒級預警？蘇金蓉道出關鍵：一是高密度的地震觀測系統，二是低延時的通信網絡系統，三是高效的數據處理系統，四是多渠道的緊急地震信息服務系統。“這四者缺一不可，只有先觀測捕捉到地震波，及時傳輸匯集觀測數據，再通過優化算法快速處理、發布，才可能發揮預警應有的效益。”

　　“地震預警利用了電磁波比地震波快的原理。電磁波以30萬公里/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秒左右估計地震基本參數、發出預警，橫波剛傳播約20公里，距離震中100公里的地方就會有20秒以上的預警時間。”中國地震局工程力學研究所研究員、國家地震烈度速報與預警工程執行總工程師馬強解釋。

　　“不要小看這數秒至數十秒的預警時間，它可以讓公眾避震、穩定人心，更重要的是能在一些生命線工程、重大設施和重大工程項目建設中避免產生嚴重后果或次生災害。”蘇金蓉舉例，如高鐵、核電站、油氣管網輸送及危化企業、醫院手術室等可采取緊急應急處置措施，減輕損失。

　　震級和烈度是描述地震的兩個重要概念，此次瀘定地震的震級為6.8級，最大烈度為9度。馬強介紹，震級描述地震釋放能量的大小，烈度描述不同地點受影響的強弱程度。一次地震只有一個震級，但是不同區域有不同烈度。

　　“哪些地方震動強？哪些地方破壞大？這些信息對指揮決策非常重要。”馬強說，以2008年四川汶川8.0級地震為例，震中在映秀鎮，但是破壞最嚴重的地區則是從汶川一直延展到都江堰、彭州，再從安縣延展到北川、平武。

　　傳統的地震烈度評定建立在震后調查的基礎上，需要派遣大量專業人員深入震區繪制地震烈度圖。對于強震而言，往往需要數天甚至數十天才能完成，遠不能滿足應急決策的需要。

　　“如今，有了地震烈度速報，可在分鐘尺度上獲取地震動強度的詳細分布，有助于提高烈度評定效率，及時為人員傷亡、經濟損失評估以及應急救援科學決策等提供支撐。”馬強說。

　　幾分鐘至幾小時內快速反演震源破裂過程，人工智能快速、精準定位余震

　　下載處理遠場地震波形數據，進行模型參數設置和反演計算，制圖、分析結果……借助科技力量，研究人員還原了瀘定6.8級地震的破裂過程——

　　此次地震破裂以走滑運動為主，破裂發生自海螺溝下方深度12.8公里處，同時往兩側展開，約7秒后破裂轉為主要往南東方向發展，整個過程持續約18秒，破裂總長度達40公里，最大滑動量達1.84米。

　　汶川8.0級地震后，中國地震局地震預測研究所研究員趙翠萍所在的團隊，一直承擔著我國大震應急產出的任務，包括地震精確定位、震源機制解、破裂過程等震源參數的快速測定。

　　“應急工作對震源參數產出的要求是快和準。地震數據獲取快慢、震源機制解產出速度、反演算法是影響破裂過程快速反演的主要因素。”趙翠萍告訴記者，瀘定6.8級地震后，他們合作研發的智能地動系統3分鐘內產出了震源機制解，與其他研究者此后發布結果基本一致。

　　“斷裂帶上滑動量大的位置往往是地表災害嚴重的區域，盡快找出來可及時為震后確定救災目標區域提供指導。”趙翠萍介紹，強震發生后，團隊最快可在1個小時左右快速反演震源破裂過程。此外，強震破裂擴展方向前端及破裂區域中沒有滑動量的區域，與未來的強余震發生有著密切聯系，需要重點關注。

　　大地震發生后，通常伴隨著大量余震。截至9月12日8時，瀘定6.8級地震共記錄到余震2715次，其中3.0級及以上余震16次。在內行人眼里，這些紛繁復雜的地震波里隱藏著諸多參考信息。

　　快速準確測定余震序列位置，對于應急救援具有重要意義。中國地震局地球物理研究所研究員房立華舉例說明，比如根據余震和斷層的關系，判斷地震發生在哪條斷層上，可以為震后趨勢研判提供依據；根據余震分布的長度、寬度，可以估算災區范圍；根據余震和主震的相對位置關系，可以推測地震的破裂方向，其沿線一些城鎮災情可能更嚴重，等等。

　　從上世紀70年代起，國內外地震學家百般嘗試，想攻克密集地震序列自動處理這一難題，收效甚微。2021年之前，我國的余震序列分析主要靠人工，費時費力。汶川8.0級地震時，中國地震局抽調了中國地震臺網中心、地球所、河北等省地震局的技術骨干共70多人次赴四川支援余震序列分析，堅守了一個多月。

　　“2015年以來，人工智能在人臉識別、語音識別、無人駕駛等領域都取得了較好應用。從2017年起，我們就嘗試借助人工智能解決地震數據的智能處理問題。”房立華說，也就是利用地震臺網長期積累的海量數據，借助人工智能技術，讓計算機自動學習地震波形特征，實時識別余震，并對其位置進行精確測定。

　　經過不懈努力，2021年實時智能地震處理系統研發成功，并在云南漾濞6.4級地震和青海瑪多7.4級地震中投入應用。目前，這一系統已在14個省級地震局得到推廣應用。與人工處理結果對比顯示，AI系統能更快速自動產出余震序列目錄，數量是人工的2倍多，且精度基本一致，下一步將向全國推廣。

　　全天候全天時觀測，10余顆衛星對災區緊急成像，為應急救援評估提供空間信息支持

　　縱橫山谷中，震中海螺溝景區有多處山體滑坡，掩埋了部分道路，這是高分三號衛星9月5日獲取的遙感影像圖景。檢測到災情后，當地搶險救援力量迅速趕赴現場。

　　衛星遙感是盡快掌握災害狀況、監測山體滑坡等次生災害的重要技術手段之一。地震發生10分鐘后，接應急管理部國家減災中心和四川高分中心應急需求，國家航天局對地觀測與數據中心第一時間啟動民商衛星應急響應機制，協調調度高分三號01/02/03星、高分一號D星、高景一號等10余顆衛星對地震災區緊急成像。

　　當天19時11分，高分三號衛星成像獲取到震區SAR影像，第一時間分發給國家減災中心、中國地震局地震預測研究所、四川高分中心和當地應急部門，相關單位迅速展開分析，獲悉災區受損情況。

　　“地震發生后，我們根據受災地天氣情況綜合研判調度，優先安排以高分三號SAR衛星（合成孔徑雷達衛星）為主的成像觀測，同時輔以高分辨率光學衛星成像。”國家航天局對地觀測與數據中心數據應用部副部長、研究員姚濤告訴記者。

　　據介紹，民商衛星分屬不同部門和單位管理運行，此前各自運行，互不協同。2021年，國家航天局建立了民商航天指揮控制中心，統籌指揮調度民商航天衛星資源，初步建立了民商航天應急響應機制，從而成體系地支持國家重大應急需求。

　　“四川當地氣象條件不佳，陰雨云霧天氣多。高分三號SAR衛星不受云雨天氣影響，具有全天候、全天時的觀測能力，在洪澇、臺風、地震等惡劣天氣條件下可以監測淹沒面積、受損范圍和道路損毀情況等，是這次馳援災區的‘主力’。”姚濤說，高分三號共有13種工作模式，可以針對陸地、海洋等不同觀測條件和需求選擇相應模式。在此次應用的聚束模式下，它的分辨率可以達到1米。

　　“高分一號D星等高分辨率光學遙感衛星提供輔助，它們在分辨率上更具優勢，在云層散開間隙等也能發現對災區救援有價值的信息。”姚濤說。

　　“高分一號D星、高分三號同屬高分辨率對地觀測系統重大專項。高分衛星觀測要素最全、響應時間最快、協同觀測能力最優，形成了體系化的應急服務能力。”姚濤舉例，高分一號、二號、六號衛星可在房屋損毀、橋梁垮塌、化工園區爆炸等方面發揮重要作用，高分四號衛星在林火應急中可連續監測火情動態發展，高分五號衛星可對水源地污染災害進行監測，高分七號立體測繪衛星可在尾礦庫垮塌、滑坡泥石流監測中大顯身手。

　　長期堅持、不斷創新，地震應急科技產品經歷了從無到有、由慢到快、由弱到強的跨越式發展

　　我國是世界上自然災害最為嚴重的國家之一，災害種類多，分布地域廣，發生頻率高，造成損失重。同時，我國又是世界上地震災害最嚴重的國家之一。

　　黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高度重視防災減災救災工作，全社會防災減災救災能力建設取得顯著進展。

　　黨的十九屆三中全會確立了我國“大應急”管理體系。2018年4月，新組建的應急管理部掛牌成立，先后整合了原有11個部門的13項職責。經過四年多的實踐檢驗，統一指揮、專常兼備、反應靈敏、上下聯動的中國特色應急管理體系基本形成，新部門新機制新隊伍的優勢逐漸得到彰顯。

　　防震減災史，也是科技進步史。

　　趙翠萍回憶，汶川8.0級地震時，我國地震監測剛剛進入數字記錄時代，臺站數量不足，監測能力有限，數據處理大多依賴人工，科研人員無法及時獲取數據。余震序列處理能力跟不上震情研判要求，震源機制解、震源破裂過程還停留在科學研究層面，尚未納入震后應急工作發揮作用。

　　談及這些年來的進步，蘇金蓉告訴記者，從觀測臺站的數字，可見一斑。2008年汶川8.0級地震時，四川共有臺站52個；2013年蘆山7.0級地震、2017年九寨溝7.0級地震時，這個數字分別增長為234、402個；到了2021年，四川預警系統共有臺站2246個，增加了40多倍。

　　不僅如此，監測能力、產出速度也有了很大提升。2008年，四川地震臺只能對3.5級以上地震作出處置，如今全省平均1.6級就可以處置，瀘定6.8級地震的余震甚至能監測到1級以下地震。2008年汶川8.0級地震時，最快處理出地震參數需要13分鐘，2013年蘆山7.0級地震55秒產出自動速報結果，2021年瀘縣6.0級地震，震后4.8秒就已對外發布地震預警信息。

　　“科研要急國家之所急，還要先走一步。”中國科學院院士、中國科學院地球物理研究所首任所長趙九章這句話給房立華留下深刻印象。在房立華看來，地震科技創新必須始終面向國家需求、面向國際前沿開展研究。“十多年來，我們的地震應急科技產品，比如地震破裂過程圖、震源機制圖、地震動參數圖、儀器地震烈度圖和余震序列精定位圖等系列產品，經歷了從無到有、由慢到快、由弱到強，由人工到自動再到智能化的跨越式發展，應急科技產品不斷豐富，產出速度和準確度不斷提升。這都是長期堅持、不斷創新的結果。”

　　“經過十多年發展，我國在高分衛星應用方面徹底扭轉了長期依賴國外遙感數據的局面，衛星數據自給率達90%以上。”姚濤稱，高分專項實施之前，中國的衛星數量還相對少。2008年汶川地震發生時，我們還需依靠國際上提供衛星數據支持。如今，高分一號、二號、三號和四號衛星相繼加入“空間與重大災害國際憲章”，已有效響應全球36個國家和地區的上百起重大災害。