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地震是可预测的

 地震预测与预警

 

     如果你在网上搜索地震预测“Earthquake Prediction”,你会发现世界各地的五花八门的地震预报“大师”,他们能掐会算,看天象,查日时,频频公布全球即将来临的大地震的地点与时间。地震学家对此只是哈哈一笑。但地震预测实在是一门经典的尖端科学,全球有千名以上的科学家在兢兢业业地从事地震预测的研究。我在美国地震研究行业学习工作了二十多年,还从没见过有人争议是否应该放弃研究地震预测,也无人断言地震是不可预测的。这是一门正在不断发展,不断进步的科学。一些多震国家的政府(如日本和美国)不断增加这个领域的科研投入并壮大科研队伍。科学家们不断地发现新线索,新现象,提出新理论、新方法。

 

     1968年来,全世界每年平均有18次大地震在(M7.0级或7.0级以上。尽管我们还无法预测每一次大地震,但震后,我们分析每一个地震实例过程,大部分大地震都呈现出某种模式、显示出种种震前异常现象。理论上说,地震是可预测的。但我们必须要有足够的科学认识并研发出强有力的综合预测系统。正如前不久中科院陈运泰院士对媒体总结的:地震长期预测还是有可行的办法的,中期预测也有成功的例子,争论的焦点是短(期)临(震)预测。

 

     所谓“地震预测”,就是寻找大震之前的种种异常现象,它包括地震的与非地震的震前征兆。分长期(10年以上),中期(1-10年),和短期前兆。如大震前的前震,微地震的突然平静,小震群的出现,以及生物现象异常等等。每个地震的情况可能不一样,每个地震活动区域又可能有其独特的变化规律。所以需要长年跟踪观测并用理论模型和实验室模拟来分析、认识其中的物理规律。有一些成功预测的实例:

 

197524日我国海城M7.3级地震,我国地震学家成功地预报了这个地震,并疏散了大部分市民。这次地震发生在人口稠密、工业发达的地区。死亡人数为2041人,占总人口的0.02%。地震预报挽救了多少人的生命!

 

19781129日墨西哥M7.7级的地震,地震学家在1977年做出了公开预报,后来大地震发生的地点和震级都和预测的非常接近。

 

2004928日美国加州M6.0级地震,美国国家地质局(USGS)根据两个前震,提前做出预报,但地震发生时已超出了预期的时间范围,地点也有所不同。

 

    虽然有些大地震当时没有预测成功,但震后分析显示是可以预测的。如最近(2011218日)《科学》杂志发表了法国地震学家Michel Bouchon教授等人的文章,分析发现1999817日土耳其M7.6级地震在44分钟前开始缓慢地出现连续的地壳错动,发出地震前兆信号,并在大震2分钟前断层错动突然加快。想像一下:如果我们早就能够把Bouchon教授的信号分析过程变成一个全自动即时分析软件系统,成功地预报这个地震,那就是挽救了4万人的生命!

 

     我曾和一个医生朋友讨论过癌症治疗的问题。他说,癌症是可以治愈的。我大吃了一惊, 难道不是很多人都死于癌症吗?他解释说,只要我们能够治愈一部分癌症患者,那就是说癌症可以治愈!这使我联想到地震预测。地震也是可以预测的,虽然我们还不能预测所有类型的地震。地震学家可以告诉你,有关地震的科学问题,太多的内容需要研究,目前的观测数据也很有限,还远不到束手无策的时候。大家都公认气象可预报。可是如果你仔细观察,你也会发现气象预报也常常不准确。我们不是也没有因此而否定气象可以预报吗?

 

     这次日本大地震启动了全自动预警系统。《科学》杂志今天报道:日本大地震前的小颤动激发的预警信号在大地震到来1分钟之前传到了电视台等关键设施。全世界都在等待着日本对该预警系统的评估结果,急于想知道这个造价5千万美元的系统到底这次帮助日本减少了多少损失。 所谓“地震预警”,中国地震局局长陈建民已经对媒体做了准确的描述。就是在大地震可能发生的区域,设置地震监测仪。当地震发生时,初至波触动最近的地震仪,引发警报。地震的初至波继续以平均每秒5公里的速度传播,最有破坏力的横波以平均每秒3公里的速度传播,而警报电信号在电缆中则以每秒约30万公里的速度传播,因此在地震横波到来之前可能有几秒到十几秒的时间差。但是,如果是大震前的小颤动(地震前兆)激发了预警系统,那麽预警时间还可能更长,实际上已经是地震预测了。短暂时间的预警也十分关键,人员可以快速疏散或就地做好防震准备,火车可以停止运行,重要的设施可以有时间断电,等等。

 

     现在的科学技术水平可以完全实现地震预警。但这项技术的使用也要求有极其先进的综合性的软件系统。设想一下:时间短暂,这个软件系统是不可能等待人为干预的。它必须自动启动,自动发警告,并自动采取一系列减灾行动。相应配套的公民预警教育,定期的模拟试验等都需要建立起来。

 

中美日地震科研体制比较

 

     发展地震预测事业,必须首先解决地震预测科学前沿性的问题,才有可能建立预测应用技术系统。没有科学上的研究与突破,就无法做实际应用的努力。比较中、美、日三国在地震预测领域所做的投入和基础结构,不难发现我国在这一领域的科学研究还相当薄弱。

 

美国:采取的模式是以大学科研为主,以国家地质调查局(USGS)为应用实体, 国家地质调查局与大学紧密结合,并设有全美地震联合体IRIS Incorporated Research Institutions for Seismology)。另外,美国国家基金会、国家地质调查局和南加州大学联合成立了南加州地震中心(SCEC)。

 

美国大学科研人员:约450人, 分布在110所大学

南加州地震中心:约300

国家地质调查局:约40名地震学家从事地震预报

IRIS :会员包括110个美国大学或研究所和115个外国大学或研究所

 

日本:几乎在所有的大学都设置地震研究所,政府有三个科研机构组织,例如:

 

东京大学:地震科研人员约150

京都大学:地震科研人员约170

东北大学:地震科研人员约50

九州大学:地震科研人员约50

北海道大学:地震科研人员约50

三个政府研究所设在气象厅和科技厅之下,共有科研人员不少于200人。

 

中国:中国地震局(原名:国家地震局)几乎独家承担了国家的全部地震防灾减灾、以及地震预报基础科研和应用工作。在中国地震局之外,只有中科院,中国科大和北京大学少部分人从事与地震预报相关的科研:

 

中国地震局:全国员工约12千人,五个研究所

中国地震局之外的科研单位中,从事地震科研人员总和不超过20

在中国地震局之外没有专门从事地震科学研究的科研单位。

 

    从以上这些数字可以看出我国地震预测事业发展的严重局限性:这项尖端科学技术的研究与应用在我国完全成为政府机构行为。众所周知,科研并不是政府机构的职能优势。什麽时候我们听说过政府机构产生过科技诺贝尔奖得主?

 

我国地震预测事业独家经营的弊端

 

    由中国地震局独家承担国家的地震科学事业,以及我国大学地震科研极其薄弱的局面都不利于我国地震预测事业的长期发展。对于中国地震局,地震预测是“世界难题”,对于大学来说,科研永远意味着创新,不存在“世界难题”还是“国家难题”之说。只有大力扶植、加强大学地震科研能力,加强中国地震局与大学的合作,才能真正发挥各自的职能所长。中国地震局独家承担地震预测事业,对其本身的发展也不是一件好事。独揽了任务,也独揽了有些不该有的责任,承受了不该有的巨大的社会压力,反而影响其发挥自己主要职能的优势。在美国,地震发生之后,都是教授、专家对媒体解释地震,而在中国,是中国地震局的官员面对媒体做独家解释。教授是科学家,可以随时修正对一个地震的认识和理解,政府官员定了性的地震,还有学术讨论的余地了吗?

 

    大力扶植、加强大学地震科研能力有多方面的好处。大学科研与教学基地能为我国长期的震预测事业以及地球物理事业的发展培养人才。地震学的应用也很广,并不是有了地震才有事干。在科学探索上,我们也是用地震资料来了解地球内部的构造,了解我们人类生存的环境。地球是“活”的,运动的。地震也只是这种运动的结果之一。这门学科也可以应用于石油与天燃气,煤炭、矿藏的人工地震勘探,在这些领域人才的需求也极高。目前北大与中科大两校的固体地球物理专业加起来,每年的本科毕业生不超过50人。其中大部分学生出国留学。送学生出国深造是好事,但同时人才引进、把深造后的学生召回国的任务也很艰巨。显然在这方面大学要比中国地震局更有优势,不断地引进人才是一个科研单位可持续发展的基本条件。另外,大学是在一个国际学术交流的环境中做科研,对国际同行的科研进展极其敏感,易于建立国际合作、易于与国际接轨。

 

     对于我国发展地震防灾减灾事业的模式,我并不赞成完全照搬美国与日本的政府与大学合作的模式。我们已经落后了,照搬也只能跟在后面走。但在我国,随着经济的高速发展,防灾减灾是个分秒必争,刻不容缓的紧迫任务。我建议应该建立中国地震局-大学-企业三方联合体,快速推进这项事业的发展。研发地震预测与预警系统,其中系统研发的工作不是政府机构和大学所擅长的,需要专业化的IT企业参与。

 

     我在媒体上看到报道,中国地震局已经向国家发改委申请建立我国的地震预警系统,在“十二五”期间试用。我心里真为中国地震局捏把汗!我在美国的20多年期间,有幸在政府机构(美国国家地质调查局),大学(美国麻省理工学院),以及软件系统开发公司(GeoTomo)工作过,深知他们的职能优势是完全不同的。政府机构的工作方式是一旦确定了计划,就要严格执行计划。但在软件系统开发行业,随着80年代汽车设计行业引入“即时工程”的概念,都是将一个系统设计与研发视为一个动态的过程,不断地研发、不断地修改设计方案,但工作完成的时间是确定的。软件系统公司不仅有一套特定的职业运作与管理流程,在最后推出产品之前,常常是日夜兼程,经历一个白热化的倒计时测试与修正阶段。只有经过这样一个特定的研发过程,产品才能进入生产应用。我听说汶川大地震的时候,中国地震局的一个定位系统最初将其定在了北京通县,定为一个M3.6级的小地震。后来这个地震被取消了。我听说后并不觉得奇怪。美国软件公司经过严格职业研发过程所推出的软件系统也经常出错,系统研发本身就是一个十分艰巨而且专业化的任务。

 

中国科大地球物理所的发展设想

 

    我们目前在中国科大筹办地球物理研究所,欲大力加强我国地震研究, 从底层开始力求改变我国大学地震科研薄弱的状况。 目前我们的科研团队已有15位教授与副教授,其中包括教育部长江学者特聘教授一名,国家“千人计划”特聘教授两名,中科院“百人学者”一名等。中国科大校方全力支持我们学科的发展,为我们提供了良好的实验室条件。学科要发展,人才引进与资金引进是可持续发展的基本条件。我们已在国外确定了一个50人的杰出华人与外籍科学家名单,希望在国家政策的支持下,引进更多的杰出人才。在研发地震预测与预警科学技术领域,我们还在探索如何取得国家的经费与政策支持。与此同时,我们也设立了“防震减灾科研基金”,在科大校友中间与社会上筹款,目前已得到热烈的响应。

 

    我们和中国地震局也进行了诚挚的合作探讨。地震预报司车时司长迫切地希望看到中科大地球物理专业建立一支高精尖科研队伍,探索中国的地震机理。科学技术司胡春风司长专程来中科大与我们探讨科研方向与合作机会,我们的团队受到了很大的鼓舞!

 

    相信不久的将来,我们会成为我国防震减灾科研的一只重要力量。我们对这项科学事业的发展充满信心!

 

博客编后记

 

    在美国生活了22年,刚刚回国工作了3个月, 对国内的地震科研体制直抒己见, 很显然,我不一定有准确、全面的认识。我欢迎大家评论、批评我的观点。但无论我们怎麽看这些问题,我们应该坚持一条原则:国家的利益高于一切!如何最大限度地能为国家安全、人民的安危提供科学的、有效的解决方案,是我们筹划任何体制方案的前提。

 

   我在回国之前,每天睡觉前最大的事就是擦高尔夫球杆,或者研究第二天要去的高尔夫球场的球道。回国后,每天夜不能寐。和师生们讨论科研课题,思考人才引进的种种方案,筹划发展队伍的远景计划,也常常为自己有机会回国投入这项伟大的科学事业而感到心潮澎湃!在这个世界上,还有什么比挽救生命更伟大的事业?地震预测的确很难,但只要成功预报一次, 让百姓免于灾难,此生足矣!

 


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