地震預警

地震的成因是由於地下幾公里至數百公里的巖體發生突然破裂和錯動。而這些破裂和錯動釋放的能量又以地震波的形式向四周輻射出去。地震波是一種機械波，具有一定的傳播速度，當地震發生後，要等相應的地震波傳播到人所在的位置。這個時間差給地震預警留下了空間。 ^[1] 

地震發生時，首先出現的是上下震動的P波，震動幅度較小，要過大約10秒到1分鐘時間，水平運動的S波才會到來，造成嚴重破壞。地震預警就是利用地震發生後，P波與S波之間的時間差。原理上，在距離震源50公里內的地區，會在地震前10秒收到預警信息；90-100公里內的地區，能提前20多秒收到預警信息。根據數據準確估計震級、震中位置以及快速估計地震對預警目標的影響等。

地震預警，是指在地震發生後，利用地震波傳播速度小於電波傳播速度的特點，提前對地震波尚未到達的地方進行預警。一般來説，地震波的傳播速度是每秒幾公里，而電波的速度為每秒30萬公里。因此，如果能夠利用實時監測台網獲取的地震信息，以及對地震可能的破壞範圍和程度的快速評估結果，就有利用破壞性地震波到達之前的短暫時間發出預警。

研究表明，如果預警時間為3秒，可使傷亡率減少14%；如果預警時間為10秒和60秒，則可使人員傷亡分別減少39%和95%。 ^[1] 

“地震預警”與“地震預報”的區別

“地震預警”並非“地震預報”，兩者不屬同一概念。地震預報是對尚未發生、但有可能發生的地震事件事先發出通告；而“地震預警”是指突發性大震已發生、搶在嚴重災害尚未形成之前發出警告並採取措施的行動，也稱作“震時預警”。 ^[2] 

地震預警（earthquake early warning），不是地震預測或預報。地震預警是指在地震發生以後，搶在地震波傳播到設防地區前，向設防地區提前幾秒至數十秒發出警報，以減小當地的損失。

地震預報是對尚未發生、但有可能發生的地震事先發出通告；地震預警則是指在地震發生以後，搶在地震波傳播到設防區域前，向其提前幾秒至數十秒發出警報，以告知當地人們採取應急措施，儘可能減少傷亡。

地震預警系統是指實現地震預警的配套設施。按照系統響應的順序可包括：地震監測台網、地震參數快速判測系統、警報信息快速發佈系統和預警信息接受終端。整套系統的特點是高度集成、實時監控、飛速響應，尤其是飛速響應這一點至關重要。因為地震預警系統其實就是在和地震波賽跑，多跑贏一秒，就能多獲得一秒的應對時間，用分秒必爭來形容最為恰當不過地震預警系統的工作原理就在於可以探測到地震發生最初時發射出來的無破壞性的地震波（縱波即P-波，primary wave），而破壞性的地震波（橫波即S-波，secondary wave）由於傳播速度相對較慢則會延後10～30秒到達地表。深入地下的地震探測儀器檢測到縱波（P-波）後傳給計算機，即刻計算出震級、烈度、震源、震中位，於是預警系統搶先在橫波（S-波）到達地面前10～30秒通過電視和廣播發出警報。並且，由於電磁波比地震波傳播得更快，預警也可能趕在P波之前到達。

當地震發生後，離震中最近的幾個預警台站會陸續接收到地震信號，觸發地震參數快速判測系統；在收到信號的幾秒至十幾秒內，快速判測系統將估算出地震的發震時刻，發震位置，震源的類型和震級的大小；然後利用這些參數模擬出相關區域內地面運動的強烈程度；根據模擬的結果，搶在相應地震波以前，向不同地區發出相應的預警信息。

2014年，全球有五個國家和地區擁有能夠為一個或多個用户提供預警信息的預警系統。除了墨西哥和日本擁有通過多種通信信道提供給公眾預警信息的預警系統外，土耳其和羅馬尼亞也擁有為一個或多個用户提供信息的地震預警系統。 ^[3] 

日本國土交通省所屬的日本氣象廳於2006年8月1日啓用高度利用向緊急地震速報系統，並於次年10月1日上午9時開始向全國的一般大眾發佈警報。

日本緊急地震速報分為“預報”和“警報”，“預報”向高度利用者提供，警報的發報條件為“預測震度5弱以上”。 ^[3] 

墨西哥城地震預警系統SAS於1991年8月投入使用，向公眾發佈地震警報的地震預警系統。該系統可以使墨西哥城2000萬人口中約有440萬人能夠接收到警報信號。

SAS系統已經使用十多年了，錯報率和誤報率很高，探測的地域還有一定限制，這使得SAS系統的作用有限。

2005年，墨西哥國家理工學院的巴埃納?迪亞斯等人發明了一種地震預警系統，如震動超過里氏5級，該系統將自動激活，在地震波抵達前200s通過手機向人們發送預警信號，據試驗，該系統預警成功率在90%以上。 ^[3] 

1994年，中國廣東大亞灣核電站建立了用於地震報警的地震儀表系統；2001年10月，遼寧省地震局為中國石油天然氣股份有限公司大連分公司建立了大型石化企業地震預警系統投入使用。

在政府層面，2009年開始，中國地震局在科技部支持下，開始啓動“地震預警與烈度速報系統的研究與示範應用”項目。2013年，據中國地震局相關人員介紹，“國家地震烈度速報與預警工程”已經進入發改委立項程序，計劃投入20億元，用五年時間建設覆蓋全國的由5000多個台站組成的國家地震烈度速報與預警系統。 ^[3] 

2014年8月，“成都高新減災研究所”的民間機構成功預警雲南魯甸6.5級地震，成立於汶川地震後，研究所通過自主研發的ICL地震預警技術系統對民眾進行地震預警。據研究所所長王暾介紹，與日本的預警系統相比，ICL系統的響應時間快25%，可靠性更高。

據介紹，此次雲南的地震是成都高新減災研究所的地震預警系統預警的第14次造成了破壞的地震，第一次預警破壞性地震是2013年2月19日巧家4.9級地震，迄今國內最大的被預警的地震為2013年4月20日的蘆山7級強震。 ^[3] 

2014年7月28日，該研究所宣佈，跨越中國五省區（寧夏、甘肅、陝西、四川、雲南）的南北地震預警網貫通並啓用，預警網包括1960個地震預警監測台站，覆蓋近80萬平方公里，可為超過3億人服務的地震預警系統。 ^[3] 

2014年8月，中國正在廣東等地開展地震預警試驗，未來將在全國範圍內挖掘數千口地震深井，保證每個縣城至少有一個，共同編織成一張巨大的地震預警網。在一口口深度1公里以上的深井中，將放入各種地震波檢測儀器，一旦捕捉到地震波，即發射無線電波啓動相應預警裝置。然後，通過一系列自動化裝置與交通運輸、重大工程、廠礦企業等相連，趕在有破壞力的地震波尚未到來之時，及時斷水斷電。 ^[1] 

2015年1月，成都高新區已通過其新浪政務微博“成都高新”開通地震預警信息發佈功能，這也是中國首個開通地震預警服務的政務微博 ^[4]  。

新華社成都12月20日電（記者董小紅、張海磊）到2020年底，四川將建成2003個監測台站，全省可提供秒級地震預警服務，並可在震後數分鐘內快速獲取縣城和鄉鎮的實測地震烈度，快速確定災情分佈、重災區範圍等信息，為各級政府震後高效指揮救災行動提供科技支撐 ^[5]  。從四川省地震局獲悉，該項目全稱為“烈度速報與預警工程”，總投資2.3億元，建成後將形成“三網合一”的實時傳輸地震觀測台網，提升全省的地震監測能力，促進地震科學研究的發展。 “等監測台站全部建成，全省範圍內將可實現5-15秒地震預警，形成台站間距在20千米左右的高密度綜合地震觀測網絡。”四川省地震監測中心副主任高級工程師蘇金蓉介紹，該項目建成後，四川地震烈度速報精度將達到10-20千米。 記者瞭解到，該項目建設分為五大方面：一是省級預警中心的建設，包括數據處理、通信網絡、技術支持與保障和緊急地震信息服務系統；二是台站觀測系統的建設；三是通信網絡系統的建設；四是緊急地震信息服務系統建設，包括158個縣級轉發平台，213個政府部門、11個企業、324所學校接收終端；五是技術支持與保障系統：包括1個阿壩州分中心、1個九寨溝服務站。 “今後，地震預警功能還將接入全省鄉村廣播系統‘村村響’，及時提醒村民安全有效避險，打通地震預警‘最後一公里’。”蘇金蓉説。

2020年01月10日，TCL電視正式啓用地震預警功能，於1月10日上午率先在成都上線，當天覆蓋到四川全省。本次TCL電視上線的地震預警功能，是由雷鳥科技和成都高新減災研究所共同研發的技術成果。在本次合作中，成都高新減災研究所提供預警信息源和後台技術，雷鳥科技負責電視地震預警功能的產品設計，數據服務和技術支持。

該功能上線後，用户只需開啓地震預警服務，一旦周邊發生地震時，TCL電視會在破壞性地震波到達前，提前幾秒到幾十秒，以彈窗和警報聲的形式，把震中位置、預警震級、預估烈度等地震預警信息告知用户，為用户爭取避險時間，減少傷亡和次生災害。 ^[6] 

地震預警的主要意義在於為人們避險提供更多時間。

地震發生後，房屋從開始晃動到倒塌的平均時間大約12秒。最新的預警科技提供逃生和避險的時間可以超過30秒。有了預警系統後，預警時間增加了，判斷決策時間減少了，避險時間以大大增加。但是避險時間的長短根據震中離用户的距離不同而不同，據成都高新減災研究所所長王暾介紹，預警時間大概等於“震中離用户的距離（公里）/4”或者“震中離用户的距離（公里）/350-6”。 ^[3] 

相關研究表明，地震預警時間為三秒，傷亡率可減少14%；預警時間為10秒，傷亡率可減少39%；預警時間為20秒，傷亡率可減少63%。從這個數據來看，增加預警時間是非常有意義的。

例如，2014年8月4日雲南魯甸6.5級地震發生後，距魯甸58公里處的四川雲南縣民眾，在地震波到達前十秒接收到預警信號。 ^[3] 

舊金山地震提前10秒被預測 未來可提前50秒

2014年8月24日，美國加利福尼亞州舊金山北部地區發生6.0級地震。此次地震為當地25年來最強烈的地震，造成至少170人受傷，舊金山地震發生10秒前，美國伯克利地震學實驗室的一個地震警報系統成功探測到了這次地震，並向地震學家發出了預警。 ^[7] 

儘管該實驗室開發的這一實驗地震警告系統還處於演示階段，僅向一小部分測試用户推送信息，但該系統提前探測到了24日的地震，並向實驗室人員發出警告。提前10秒鐘發佈地震預警，可以讓人們有時間進行躲避，從而減少在地震中受傷或死亡的風險。科學界希望這一系統最多可在地震來臨前50秒向民眾發佈地震預警。 ^[7] 

首都圈是以國家首都城市為核心形成的都市圈，該區域地質構造複雜，也中國東部地震多發區之一，1976年唐山地震就發生在這一區域。此次系統覆蓋了北京、天津、唐山、承德、張家口、保定、廊坊、滄州、大同等首都圈區域13萬平方公里範圍。當首都圈及周邊區域發生地震時，預警系統可以在地震發生7秒內為民眾和重大工程發出警報，減少人員傷亡和次生災害。 ^[8] 

據成都高新減災研究所所長，地震預警四川省重點實驗室主任王暾介紹，首都圈地震預警系統應用了該所自主研發的ICL地震預警技術。該技術是2008年汶川地震後，在來自中國地震局等國內外專家的支持下研發的，經過大量汶川餘震檢驗而逐漸完善與成熟，形成了中國具有完全自主知識產權的地震預警技術。 ^[8] 

中國首次實現微博自動發佈地震預警信息

2013年1月5日13時6分14秒四川綿竹(N31.7，E104.1)發生3.0級地震，發送本信息時(13時6分23秒)地震橫波還有15秒到達成都，預計烈度0.0度。此次微博發佈的地震預警信息是由電腦自動發送，該預警信息在通過微博發送的同時，也通過計算機、手機、專用預警接收服務器、電視等實時同步發佈。

此次地震預警信息是由在汶川區域佈設的預警試驗網發出，僅四川境內，儀器已覆蓋了包括汶川、青川、都江堰、龍門山斷裂帶在內的廣大地震多發區域。

成都高新減災研究所，從2008年汶川地震後開始研製地震預警技術；在來自中國地震局、中國地震局地球物理研究所、中國地震局工程力學研究所、四川省地震局、福建省地震局、雲南省地震局、成都市防震減災局等單位專家的幫助下，成都高新減災研究所初步掌握了地震預警和烈度速報的核心技術，且已經將這些技術融入到其開發的軟硬件一體化系統中，形成了自主知識產權。

從2010年底開始，研究所已經先後在2萬餘平方公里的汶川餘震區域【見下圖一】（包含18個縣市，覆蓋了四川省、甘肅省、陝西省三省交界區域）佈設了預警試驗網絡【見圖二】，自2011年4月15日起，已經對試驗區域內發生的110次餘震實現了預警，並在國內首次實現了參試人員先收到預警短信，然後才感覺到地震（在四川省地震局台站管理中心、成都市防震減災局等單位都安裝了接收終端，並進行了實時錄像）。

圖一汶川試驗區域圖 圖中方框表明地震監測設備佈設區域，其中的小圓點表示監測設備。圖二

預警和烈度速報系統展示平台。該平台展示了台站監控（左上屏）、實時數據流（左下屏）、預警警報窗口（右上屏）、烈度速報輸出（右下屏）

中國建成世界最大地震預警網 覆蓋約6.5億人

2013年初中國地震局提出用五年時間建設具有5000餘台地震預警監測儀的中國地震預警網。 ^[9] 

2014年10月20日，地震預警四川省重點實驗室、成都高新減災研究所宣佈，在科技部、四川省科技廳、四川省應急辦、成都市防震減災局及其他市縣地震部門等支持下，中國25個省市部分區域已建成5010個地震預警台站，面積近200萬平方公里，覆蓋約6.5億人，是世界最大預警網。 ^[9] 

該預警網的核心技術是中國具備完全自主知識產權的“ICL地震預警技術系統”。該技術在吸收國內外，特別是日本地震預警技術並進行重大技術創新，經過汶川大量餘震試驗完善而形成的，其關鍵技術指標(盲區半徑、響應時間、誤報率)世界領先，是國內唯一以服務民眾和工程的地震預警技術。 ^[9] 

該地震預警系統已連續預警景谷6.6級地震、魯甸6.5級地震、蘆山7級強震等18破壞性地震，無誤報和漏報。同時已逐步在學校、社區等人員密集場所，以及高鐵、化工、地鐵、核反應堆等重大工程中開展地震預警應用。由此，中國成為繼日本、墨西哥後，世界上第三個具有地震預警能力的國家。 ^[9] 

2020年7月12日河北唐山地震 電視成功預警

2020年7月12日06時38分，河北唐山市古冶區發生5.1級地震。地震前五秒，TCL電視跳出地震預警信號。 ^[10]  TCL電視上線的地震預警功能，是由雷鳥科技和成都高新減災研究所共同研發的技術成果。 ^[6] 

一、地震預警的概念與基本原理

地震預警是在地震發生後，根據地震台站觀測到的地震波的初期信息，快速估計地震參數並預測對周邊地區的影響，搶在破壞性地震波到達之前，發佈地震動強度和到達時間的預警信息。對於一個特定的預警目標區，從發出預警信息到破壞性地震波到達的時間差通常稱為預警時間。地震監測台站越密集、預警目的地距離震中越遠，預警時間就越長。

地震預警與地震預報是有本質區別的。地震預報是通過對地震地質、地震活動性、地震前兆異常等多種信息的監測和研究，對未來破壞性地震發生的時間、地點和震級的預測。也就是説，地震預報是在地震發生之前作出的，而地震預警是在地震發生之後作出的。

地震預警系統利用了兩個時間差來實現地震預警，一是兩種地震波傳播速度的不同而形成的時間差，二是電磁波與地震波傳播速度的不同而形成的時間差。震中附近的地震台站自動檢測到縱波後，通過電磁波迅速傳送到數據處理中心，系統快速估算地震參數，在具有破壞性的橫波傳到某地之前發出地震預警信息。

二、地震預警信息的應用

地震預警信息可為政府應急決策提供依據。社會公眾可以根據地震預警信息及時採取措施避震逃生，大幅度減少人員傷亡。地震預警還可為重大工程提供安全保障服務，城市供氣和供電系統、核電站、水庫大壩、大型變電站及輸油輸氣管線、高速鐵路等重大工程可以根據預警信息啓動相應的制動、關閉等處置系統，減輕直接地震災害及次生災害損失。 ^[12]