地震预警系统

365官方登录入口 admin 2025-08-14 18:23:27 阅读 5752

中国大陆地区

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国家地震烈度速报与预警工程计划部署的监测台站分布图,由图中可见监测台站密集分布于重点地震预警区,形成绵密的地震预警网。

中华人民共和国对地震预警系统的研究历史可以追溯到1990年代中期[3]。1994年,在广东大亚湾核电站运营之初,国家地震局工程力学研究所就为之配备了一套由6台加速度计、4台峰值加速度计及2个地震触发器组成的地震报警系统[3]。当观测地震动超过预先设定的阈值,中心控制室的报警器就会自动报警,经专家系统决策后即可立即采取紧急处置措施[3]。其后,浙江秦山核电站、广东岭澳核电站中也采用了相应的地震报警装置[3]。2007年,中华人民共和国在冀宁高压输气管道项目中建设了该国第一个输油气管道的地震预警系统[3]。2011年年中,京津、京沪高铁地震监控预警系统通过验收,这是地震预警技术在中华人民共和国铁路系统的首次运用[23]。

2008年汶川大地震后,中华人民共和国政府决心建设全国性的地震预警系统——国家地震烈度速报与预警工程(简称“国家地震预警工程”)[24][25]。中国地震局于同年开始实施《地震预警系统研究及系统建设》等两项地震行业专项,并于2010年实施国家科技支撑项目《地震预警与烈度速报系统的研究与示范应用》,并在福建省、首都圈地区、甘肃省兰州市部署了地震预警示范系统[24][26][27]。2015年7月起,中国地震局启动了项目可研工作,其项目可研报告已于2017年2月得到了国家发展和改革委员会批复[24]。2024年7月25日,中国地震局宣布国家地震预警工程通过竣工验收[25]。

中国地震局合共计划在中国大陆建设地震预警台站15510个,包括1960个配置测震仪和强震仪的基准站、3309个配置强震仪的基本站以及10241个配置烈度仪的一般站[24]。实际建成地震预警台站15899个、地震预警终端12082个[25]。

除中国地震局的国家地震预警工程外,中国大陆另有民营成都高新减灾研究所建设的ICL地震预警技术系统一家自行架设预警台站的第三方地震预警网[28]。该系统于2012年投入使用,通过简易的加速度计、嵌入式转换器等设备实现地震预警功能[28],并通过付费订阅[29]、地震预警仪器销售[28]、技术出口[30]等方式实现盈利。

法国

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法国国家铁路在长度约250千米的法国高速铁路地中海线沿线设置了24个地震监测点,构成了地中海线地震预警系统[4]。各地震监测点平均间隔10千米,且与位于马赛的控制中心及位于巴黎的法国国家地震局验证中心相连[4]。当预警系统监测到的地震动超过65伽的预警阈值时,可向列车发出运行指令扣停列车[4]。该系统的预警准确率高,但信号传输环节过多、延时长,预警时效性不足[4]。

意大利

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意大利目前建有一个实验性的地震预警系统[3]。意大利研究人员利用该国南部伊尔皮尼亚(Irpinia)地区的28个监测台站所构成的IsNet台网产出实时观测数据,并籍此设计了采用概率进化算法的Preto地震预警系统[3]。该系统能够较准确地判定地震的震中和震级等要素,但对峰值地震动的估计值偏差较大[3]。研究人员同时认为,该系统的对大规模地震的处理能力不佳,大震时震源的有限性可能对系统性能的发挥产生较大影响[3]。

日本

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截至2018年4月1日,日本紧急地震速报系统使用的监测台站分布图。

目前,日本国内有多套地震预警系统正在运行,包括面向公众的紧急地震速报系统(日语:緊急地震速報)和面向新干线铁路系统的地震动早期检知警报系统(日语:ユレダス)(UrEDAS)等。

1964年,日本国铁铁道技术研究所设计的新干线报警器—地震计式地震预警系统首先为东海道新干线提供服务,其后扩展到多条高速铁路线上[2][4]。1982年,日本国铁将改进后的报警地震仪安装在新开行的东北新干线上[4]。日本国铁总共安装了四百余台报警地震仪,在常规铁路线上架设间距为40至50千米,新干线上布设间距为20千米[4]。但这种报警地震仪在实践中暴露出预警时效性差和误报率高的特点[4]。1983年,铁道技术研究所结合报警地震仪的使用情况推出了UrEDAS系统,并于同年完成了原型系统,亦于次年完成了试验观测[31]。1989年左右,铁道综合技术研究所开始在东海道新干线设置UrEDAS系统[32]。考虑到多台站系统的复杂性和网络系统的脆弱性,该系统采用单台信号预警模式,能根据地震波形估算地震震级和震源深度,对20千米以内的破坏性地震发出预警[2]。1995年阪神大地震后,铁道综合技术研究所对原有系统加以改进,推出了Compact UrEDAS系统,并将预警范围扩展到200千米[2]。

1995年的阪神大地震促使日本发展全国性的地震预警系统[3]。由文部科学省主导研制的紧急地震速报系统基于部署在日本全国各地的观测台站为日本全体国民提供了地震预警服务[3]。2004年2月,日本气象厅和防灾科学技术研究所开始对紧急地震速报系统进行在线测试[3]。并于2006年8月至2007年10月开始向部分用户发送测试性警报信息[3]。2007年10月1日,紧急地震速报系统正式开始向全体公众发布地震预警信息[3]。

截至2018年7月,在日本全国范围内被日本气象厅用于烈度观测的地震台站共有4372个,其中属于气象厅的有670个,属于地方自治体的有2913个,属于防灾科学技术研究所的有789个[33]。

墨西哥

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位于墨西哥国立自治大学图书馆的一个地震预警接收机。

墨西哥的地震预警系统原有两个,分别名为“墨西哥城地震预警系统”(西班牙语:Sistema de Alerta Sísmica para la Ciudad de México, SAS)和“瓦哈卡市地震预警系统”(西班牙语:Sistema de Alerta Sísmica para la Ciudad de Oaxaca, SASO),为墨西哥城和瓦哈卡州提供预警监测服务。2005年,这两个系统被合并为“墨西哥地震预警系统”(西班牙语:Sistema de Alerta Sísmica Mexicano, SASMEX)[3][7]。

墨西哥城地震预警系统于1993年开始向墨西哥城的公众发布地震预警信息,并于1995年格雷罗地震(英语:1995 Guerrero earthquake)中首次发布预警信息[8]。而在2003年时,墨西哥地震仪表与记录中心研制的瓦哈卡市地震预警系统投入使用[3]。墨西哥地震预警系统的预警台网主要分布在巴亚尔塔港沿岸南部、格雷罗州山区、普埃布拉北部和瓦哈卡州大部地区,由墨西哥地震仪表与记录中心负责建设和维护工作,采用甚高频波段广播地震预警,可为墨西哥腹地的民众争取数十秒的避险时间[7]。该系统设施设备较为简易,预警技术较为原始,可靠性较差[7]。而且由于墨西哥政府对系统的重要性认识不足,运行维护资金缺乏,导致系统的覆盖人口较少,警报范围较小[3][2]。

目前,墨西哥地震预警系统下用于地震监测的台站共有97个,集中分布在该国西南沿海地区[7]。

罗马尼亚

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弗朗恰县是罗马尼亚地震活动性最高的地区,是欧洲活动性最高的壳下地震区和世界上最特殊的地震带之一[34]。具有活动性的本地孤立性和有限性、壳下能量释放的有限性、破坏性地震重复率高的特点[34]。鉴于发震区域的高度局限性,罗马尼亚国家地球物理研究所在弗朗恰地区布设了2组台阵和102座台站[35],并基于这两组台阵建立起专门为布加勒斯特提供地震预警信息服务的地震预警系统[3]。此外,该系统还为罗马尼亚国家物理与核工业研究所提供预警信息服务,以保证所内核燃料的安全[3]。

台湾地区

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在2013年台北国际发明暨技术交易展中,国家实验研究院国家地震工程研究中心展示的现地型强震即时警报系统。

1986年花莲地震的灾情状况促使交通部中央气象局(今中央气象署)启动地震预警系统的研发工作[36]。1994年,交通部中央气象局在台湾花莲县装设地震预警试验系统,后于1998年停止监测[37]。2001年,中央气象局开始进行地震预警系统的成效测试[38]。2008年,中华民国国家实验研究院下属的国家灾害防救科技中心、国家地震工程研究中心与国家高速网路与计算中心开始与中央气象局合作研发强震即时警报系统[39]。2014年中央气象局开始全面对中小学发布强震即时警报[40]。同年,中华民国交通部中央气象局与企业合作,推出强震即时警报移动应用程序以供大众使用[41]。2016年强震即时警报系统与灾防告警细胞广播系统介接,使用4G服务的智慧型手机可接收地震预警讯息。另外截至2019年11月,P-Alert观测网已建成测站721个[42]。

交通部中央气象署通过计算机软件、移动应用程序、灾防告警系统、电视媒体等形式向社会快速发布预警信息[43][44]。据中央气象署数据显示,对于发生在台湾岛内和近海海域的地震,该系统可在震后20秒内对外发布警报,并可对震中70千米以外的地区提供预警[45]。但亦有批评指出该系统在预警发布经验、警报播送时效性、政府政策配套等方面存在不足[46]。

除中央气象署的强震即时警报系统外,台湾另有“台湾即时地震监测”(TREM)和“P波警报器强震网”两家自行架设地震预警台站的第三方地震预警网。其中,“台湾即时地震监测”于2022年在全台各地部署80多个观测站点;中央研究院则结合国家科学及技术委员会、中研院地球科学研究所和国立台湾大学地质系所的相关资源成立“P波警报器强震网”,并在全台中小学、学术机构内,架设超过700个强震仪开展监测预警业务[47]。

土耳其

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在1999年伊兹密特地震和1999年迪兹杰地震后,土耳其政府开始对北安那托利亚断层高度的地震活动性加以重视,并启动了地震预警系统的设计与建设工作[3]。随后,土耳其政府先后在伊斯-库尔的高层写字楼和安隆-特拉尔基亚发电站建设了地震预警试验系统[3]。2002年,土耳其政府正式启动了伊斯坦布尔地震预警系统的部署工作。伊斯坦布尔地震预警系统以布设在马尔马拉海北海岸的10台强震仪和5台海底地震仪为依托,采异地预警模式进行工作[48]。若台网中有2至3个台站观测到的地面运动强度超过预先设定的阈值,系统即会对外发布警报[48]。

除伊斯坦布尔已启用的地震预警系统外,土耳其有关当局还基于伊斯坦布尔阿塔科伊(土耳其语:Ataköy, Bakırköy)的20座台站观测设备建立了“自适应性地震预警信息网络系统”(SOSEWIN),目前正处于测试运行状态[3]。该系统采用去中心化设计,在每个台站内都装配了传感器、内部处理器和无线通信器,并可将本地地震动参数向台网内其他台站共享[3]。因此,该系统未来可实现单台站输出和多通道输出两种方式发布预警信息[3]。

美国

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2016年,美国地质调查局的ANSS自由场地震台网分布图。

目前,美国地质调查局正在加利福尼亚州针对多套地震预警系统进行内部测试与研究,包括ElarmS预警系统、虚拟地震学家系统(Virtual Seismologist)、PreSEIS预警系统及ShakeAlert(英语:ShakeAlert)系统[3]。

ElarmS预警系统由加州大学伯克利分校地震学实验室(英语:Berkeley Seismological Laboratory)的艾伦教授设计研制[3]。该系统利用布设在加州州内400余个场地的约600个地震观测台站实时传输观测数据,在检测到P波时,实时计算特征周期、信噪比、每秒地震动峰值等地震参数数据,结合运算产生的震级和地震动水平估计结果,实时产生警报图(AlertMap)等预警产品[3]。

虚拟地震学家系统目前正在美国南加州地区和瑞士测试运行,该系统利用布设在加州的约600个地震观测台站传输数据,实时计算每秒的峰值地震运动加速度PGA、峰值地面运动速度PGV、峰值运动位移PGD数据,采用贝叶斯推断方法,以获得地震震级、震中位置等参数的最大似然函数[3]。

基于神经网络算法的PreSEIS预警系统由加州综合地震台网(California Integrated Seismic Network)运行维护[49]。在大震时能够估计断层破裂演化产生的地震动分布[3]。该系统目前正在美国加州和伊斯坦布尔地区进行测试研究[50]。

美国地质调查局投资建设的ShakeAlert(英语:ShakeAlert)预警系统当前正处于示范运行状态[51]。2012年1月以来,该系统一直向选定的测试版用户发送地震预警信息[51]。该系统汇集了ElarmS预警系统和虚拟地震学家系统的技术成果,其中西海岸部分计划耗资3800万美元完成[52]。该系统计划通过手机、电视、收音机和公共场所广播等方式,向公众播发地震预警[53]。2019年10月,加利福尼亚州州长加文·纽森宣布ShakeAlert系统正式对加州居民开放使用[54]。居民可通过MyShake及QuakeAlertUSA手机应用或无线应急警讯(英语:Wireless Emergency Alerts)接受预警。2020年8月起,加州居民的Android手机也会自动接收并推送地质调查局发布的地震预警[55]。俄勒冈州和华盛顿州随后于2021年3月及5月亦分别开放预警功能,完善了美国西海岸的预警系统,但两款手机应用截至2021年5月仍未覆盖华盛顿州。

其他国家

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2008年,停运前的伊格纳利纳核电站反应堆。

加拿大研究人员于21世纪初在温哥华试验安装了Shakealarm(英语:Shakealarm)系统,为当地提供地震预警服务[56]。同时,立陶宛伊格纳利纳核电站也在1999年建成了一套采用地震动值预警的核电站地震预警系统,该系统由核电站周围的6个台站组成地震围栏,从而使伊格纳利纳核电站有能力在地震波到达2秒前插入反应堆控制棒,该系统于2009年年末随着该核电站关闭而退役[57][58]。另外,伊朗水电资源开发公司也在该国的卡尔黑大坝(英语:Karkheh Dam)建设了一座由6台加速度计和6台强震记录仪组成的地震监测网络[57]。除此之外,瑞士、希腊也建造了特定设施专用地震预警系统[57]。

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