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ICL 地震預警技術系統的工作原理什麼?如何實現震前預警?

2018年01月20日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 9 ℃ 次

【知乎用戶的回答(38票)】:

這個問題其實沒那麼複雜,核心就是 s = v*t。

要瞭解地震預警的原理,我們需要知道地震波的差別。

首先,我們來瞭解一下地震波。

絕大部分的地震是先存斷層的兩盤發生快速錯動,造成了斷層周邊介質的破裂,從而釋放能量的一種自然現象。地震發生時會產生地震波(從震源向四周輻射),按照其傳播方式,我們可將它分為:縱波、橫波和面波。

引用一下百度百科的圖片,這張挺直觀的。引用一下百度百科的圖片,這張挺直觀的。

縱波是圖中左側的 (b),又稱為P波,其傳播方向與振動方向相同。在本問題中其重點是速度最快,破壞性最小,在地殼中的傳播速度為 5.5~7km/s。

橫波是圖中左側的 (c),又稱為S波,其傳播方向與振動方向垂直。在本問題中其重點是速度慢一些,破壞性較大,在地殼中的傳播速度為 3.2~4.0km/s。

面波是圖中左側最上方的 (a),是縱波與橫波在相變界面相遇後激發產生的混合波,按其運動方式可以分為 瑞雷波,勒夫波和斯通利波。在本問題中其重點是速度最慢,破壞性大。

當然,我們還需要瞭解電磁波。簡單的說,預警系統發出的通知我們要地震的信息,就是通過電磁波傳遞的,其真空中的速度等於光速,3*1E5km/s。

好了,該地震預警系統出場了。

又引用百度百科的圖片,這張也挺直觀的。又引用百度百科的圖片,這張也挺直觀的。

以本次魯甸地震為例,假設地震預警系統的檢波器建立在本次地震震源的正上方,震源深度假設與測量深度相同,為12km。

假設地殼中所有介質為各向同性均勻介質:

地震發生時,首先激發縱波,假設其速度為 6km/s,從地震發生直到傳播到預警系統的檢波器,t=s/v,需要 2s 的時間。

我們再次假設電腦只需要 0.5s,知曉發生了地震,由縱波的「表現」(本題中該預警系統使用的是加速度傳感器),計算出本次地震產生的烈度(描述地震破壞能力大小的參數,與地震震級及距離有關)會高於3度。於是,該系統自動發出預警信息,通知周圍 100km 範圍內的所有單位。由於電磁波速度實在太快,這些時間忽略不計。

地震發生時,還要激發橫波,假設其速度為3.5km/s,從地震發生直到傳播至地表發生破壞,t=s/v,大約需要3.43。

因此,地震預警系統提前3.43-(2+0.5)=0.87秒告訴大家,地震了,快跑啊!

這就是地震預警系統的工作原理。

當然,這是在理想情況下,加入了大量的假設。

而實際上,震中的烈度不一定是最大的,還有大部分周圍地區的群眾得知這個消息。隨著距離的增加(s上升),預警系統告知大家的時間也就越早,留給大家逃生的時間也就越長。

其次,第二個問題是「如何實現震前預警」。

從上面的回答可以看出,預警是在地震發生後才得以實現的,因此不存在震前預警這個概念。震前的那叫預報,可以參看別的答案。

最後,地震預警這個概念是在我研一的時候瞭解的,當時我得知的是,可以通過「電視、電腦、手機信息、廣播等等」方式告知大家,現在的發展情況如何,我並不知曉。

就是這樣。

對了,瀉藥。

【何晟迪的回答(4票)】:

瀉藥,第一次被邀請回答,微緊張。繆淼對地震預警系統回答的已經蠻詳細了,我在這裡就簡單介紹下國際上這方面的現狀吧~國際上講的話,地震預警做的最好的應該要說是日本了(多火山多地震嘛,不做好點早滅絕了~)

日本國土交通省所屬的日本氣象廳於2006年8月1日啟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。

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」[1],在其預警系統的宣傳手冊中提到,如果您距離震中太近,預警信息和地震波可能同時到達。

2008年6月14日,日本發生的裡氏7.2級地震中,距離震中30公里的鷗州,在3.5秒後收到了預警信息,但此時破壞性的S波已經到達。在遭受嚴重衝擊的栗原,地震預警信息只提供了0.3秒的應急時間。對應於距離震中50公里和80公里的居民,則分別獲得了5秒和15秒的應急時間。

2011年3月11日的東北太平洋沖9.0級地震中,系統分別在地震發生後5.4秒和8.6秒向高度利用者和一般民眾發佈了地震預警,幾乎是在地震波到達陸地的一瞬間,在警報地域居住的居民都收到了警報。其中距離震源較近的巖手縣大船渡縣(觀測震度6弱)獲得了12秒的預警時間,搖晃最劇烈的極震區宮城縣栗原市(觀測震度7,最大加速度約3.8個重力加速度)則獲得了18秒的預警時間,而東京都(震度5強)在警報發出1分鐘後也感受到了劇烈的搖晃。

預警系統在關鍵技術上還沒能做到十全十美,尤其是地震參數的快速判定,以及複數個地震同時發生時,震源參數分離獨立判定。作為5個部署了地震預警系統的國家地區之一,日本的投入最大,性能也是最好的。然而2008年1月27日,日本時報(The Japan Times)一則標題為「地震預警系統再次失效」的新聞,從一個側面反映出了地震預警系統的現狀。

以上信息來自百度百科。由上述資料可以看出,一套完備的地震預警系統不僅需要良好的預測和及時的播報,還需要通訊、廣播電視、互聯網的配合。在日本每有大震發生前,居民都會在震前幾秒到十幾秒左右受到來自短信、電視甚至廣播的全方位提醒,從而能夠避免較大的傷亡。(當然,由於上面繆淼所說的機理,確實會在部分淺源地震發生時出現提前預警時間過短的情況)在本次的雲南昭通6.5級地震中雖然用到了這一預警技術,但是其預警信息尚無法完全播報到個人(這個和預警信息系統未能全面搭建也有一定關係)。希望在不久將來能夠看到這個系統完全搭建成功後,為百姓帶來更大的安全保障。

本來想到知網上找到些相關資料貼進來的,結果發現賬號出了點問題,無法登陸。以後有機會補上吧。

最後,為災區祈福吧~

【王韜的回答(3票)】:

給你們一盆冷水。

原理上已經有人說的很清楚了,我在這裡講一下實用性問題。

由於是使用速度差原理,所以,越是遠離震源的地點,預警的提前時間也就越長。

也就是說,在某次地震中,越是危險性大的地方,預警時間越短。

下面來粗略的估計一下這套系統的作用,以512汶川地震為例。

圖1

上圖中的黃色菱形為地震震中或地震斷層的初始破裂點,圓圈用來描述地震斷層的破裂傳播過程,圈的大小表示地震能量的相對大小,圈的顏色由深到淺表示傳播的先後順序。

圖2

此為震動烈度圖此為震動烈度圖

下表是死亡1000人以上地區與震源的距離統計。

顯然除了廣元,青川,平武三個地區是因為處於斷裂帶方向所以距離震中比較遠仍然烈度很高外,絕大多數死亡人數多的地區在45-60km之內。

而根據百度百科的描述-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2008年6月14日,日本發生的裡氏7.2級地震中,距離震中30公里的鷗州,在3.5秒後收到了預警信息,但此時破壞性的S波已經到達。在遭受嚴重衝擊的栗原,地震預警信息只提供了0.3秒的應急時間。對應於距離震中50公里和80公里的居民,則分別獲得了5秒和15秒的應急時間。

震源深度不同預警時間也會有差別,但是根據上面數據簡單推算,這些地區的預警時間如下。

而廣元,青川,平武三個地區,由於地層破裂傳播的方向上,所以雖然距離震源比較遠,但是實際上的預警時間應該大幅短於震源為起始點計算的結果。而廣元,青川,平武三個地區,由於地層破裂傳播的方向上,所以雖然距離震源比較遠,但是實際上的預警時間應該大幅短於震源為起始點計算的結果。

但是此系統也不是完全沒有用, @Smallay提到了,應急機制。

比如煤氣管道的關閉,核電站的控制,火車,飛機場等等地方都可以使用。

不過,指望著它通知跑路,暫時還是遠遠不如老老實實按照地區的抗震等級把房子造合格。

【Smallay的回答(1票)】:

常識性回答:

地震預警系統,基本都是監測到發生地震之後,利用信息傳輸(光纖、無線電等)與地震波的速度差,先於地震波傳播到遠處某地之前送達告警信息。

更多細節不瞭解,等看到相關報道再補充。

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補充松鼠會的一篇文章:

查看微信同步消息

【荒原的回答(1票)】:

地震了---P波來了(縱波,速度快破壞小)---warning !(檢測到P波後在S波來之前預警)---S波來了(橫波速度慢破壞大)地震了---P波來了(縱波,速度快破壞小)---warning !(檢測到P波後在S波來之前預警)---S波來了(橫波速度慢破壞大)

預警系統耗資較大,很難在中國大範圍建立。

【青木的回答(0票)】:

瀉藥。排在前面的答案已經答的很清楚了,我就簡略通俗地再答一下。預警的原理就是利用了地震波的特點。通過縱波(傳播速度快,危害小)和面波(傳播速度相對較慢,危害大)之間的傳播速度差,在收到縱波信號後,預警面波的到達時間。然後通過電纜光纖等把消息傳達至各個地方。雖然這個時間差不大,但是人們可以在這個時間差內做出一些逃生或者保護行為了。

【裴成的回答(0票)】:

震前,叫預測;震後但未到達,叫預警。

目前最有可能的突破點,應該是地震發生時激發的電磁波,如果能準確判定這個信號,並發佈警告的話,就可以比目前的系統提前幾秒到幾十秒。這個目前還存在一些困難,比這個更現實一些的是將地震誘導電磁波和P波(首先到達的波)結合起來,這樣雖然在時間上沒什麼優勢,但是可以大幅降低誤報率,也是不錯的。

【熊pierce的回答(0票)】:

這個是兩個概念,預警和預報。我國目前對滴真的預警,能做到提前數秒進行通知。完全是由於波的傳播速度同我們監測預警傳感器傳播速度的時間差導致。日本對地震能做到十秒的預警,但是日本對地震研究如此,也沒法對地震進行準確的預報。目前最為靠譜的地震預報手段,其實就是空間電離層分佈規律分析法。當然這個是通過空間衛星發送回的數據,對電離層的分佈進行分析,找到分佈異常點。目前這個領域也有一定的研究,很多微博上面預測的都是這麼玩的。通過中科院空間技術中心發佈的數據,來分析大概位置。當然,我們提倡民科對問題進行探究,但是反對民科在沒有論證的情況下就擅自發佈消息。

標籤:-地震預測


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