電視和收音機(jī)突然播放警報聲：“嘀……嘀……嘀……嘀……。請注意強(qiáng)烈振動！”。這就是日本開發(fā)的、趕在感覺到震動前發(fā)布通知的“緊急地震速報”。在2011年3月11日發(fā)生東日本大地震以后，相信很多日本人聽到這個聲音后都會精神緊張。

　　“緊急地震速報”是日本氣象廳提供的警報系統(tǒng)之一。當(dāng)推測地震的最大震級會達(dá)到5級以上時，該系統(tǒng)就會向有可能發(fā)生4級以上強(qiáng)震的地區(qū)發(fā)出警報。

　　從警報的發(fā)送次數(shù)來看，從3月11日發(fā)生東日本大地震到4月28日上午，日本氣象廳共發(fā)布70次以上的警報。2009年的發(fā)送次數(shù)只有3次，2010年也不過5次，由此可見此次震災(zāi)的規(guī)模之大。

　　備受關(guān)注的緊急地震速報究竟是以怎樣的機(jī)制運行的呢？本文將為讀者介紹一下緊急地震速報系統(tǒng)的現(xiàn)狀。

2006年開始投入使用

　　緊急地震速報服務(wù)于2006年開始向企業(yè)提供。2007年10月起開通了面向普通消費者的服務(wù)。

　　工作原理如下。日本氣象廳和防災(zāi)科學(xué)技術(shù)研究所配備在各地的地震儀捕捉到地震的初期微震P波（primary wave）后，在主震S波（secondary wave）到來之前發(fā)出速報（圖1）。P波的傳播速度一般為約7km/s，比S波（約4km/s）傳播速度快，利用這種時間差，及早提醒人們做好防范。日本氣象廳通過分析P波的數(shù)據(jù)，在幾秒內(nèi)推測出地震規(guī)模和波及范圍，并向?qū)ο蟮貐^(qū)發(fā)出警報。
 

 

圖1：緊急地震速報工作原理 在震源附近測量地震波（P波，初期微震）以推斷震源、規(guī)模及震級等。在地震引起的強(qiáng)烈震動（S波，主震）開始之前發(fā)出速報，發(fā)送給電視、收音機(jī)、手機(jī)、防災(zāi)行政無線及專用接收終端等。

　　日本的廣播電視在收到氣象廳發(fā)出的警報后，立即通過電視和收音機(jī)進(jìn)行播報。并通過手機(jī)運營商發(fā)送給手機(jī)用戶。采用的是由基站端單向發(fā)出信息、強(qiáng)制所有對象手機(jī)接收的“播報通知功能”。由于通過不同于普通通話和數(shù)據(jù)通信的優(yōu)先路徑發(fā)送，因此不會受到頻帶擁擠和數(shù)據(jù)包集中所帶來的延遲的影響。

　　緊急地震速報中使用的地震儀設(shè)在日本全國約1000個網(wǎng)點（圖2）。其中，氣象廳設(shè)置的多功能型地震儀約有200個網(wǎng)點。地震儀由Takamisawa Cybernetics和明星電氣供貨。地震儀尺寸跟電飯煲的內(nèi)膽相當(dāng)，其中配備有3軸加速度計。過去采用的是速度計，但發(fā)生巨大地震時速度計被震斷的話就不能測量了，因此改成了用加速度計測量運算的方式。
 

 

圖2：全國約1000個網(wǎng)點設(shè)有地震儀 緊急地震速報中使用的地震儀設(shè)在氣象廳的約200個網(wǎng)點（圖中的紅點）和防災(zāi)科學(xué)技術(shù)研究所運營的高靈敏度地震觀測網(wǎng)（Hi-net）的約800個網(wǎng)點（圖中的黃點）。（本圖由日本氣象廳提供）

浮現(xiàn)出的課題

　　雖然得益于緊急地震速報，有人能在地震中確保安全，但該系統(tǒng)的問題也日益突出。首先是“誤報”多。據(jù)氣象廳介紹，東日本大地震后的70次警報中，有44次是不準(zhǔn)確的速報。其次是該系統(tǒng)在支持智能手機(jī)方面還進(jìn)展緩慢。

　　首先是誤報問題，日本氣象廳指出原因在于“兩個小規(guī)模地震同時在接近的區(qū)域發(fā)生時，緊急地震速報系統(tǒng)會把它當(dāng)作一次大地震給出預(yù)測值”。因此，不僅要提高系統(tǒng)準(zhǔn)確度，還要增設(shè)地震儀以掌握更加詳細(xì)的情況。“‘未捕捉到地震波’這種信息也是重要數(shù)據(jù)”（氣象廳）。

　　支持智能手機(jī)方面，知名手機(jī)運營商正在加快腳步。比如，軟銀移動將使2011年夏季款中除部分機(jī)型外的所有終端支持該系統(tǒng)。

　　NTT DoCoMo到夏季，將使現(xiàn)有智能手機(jī)支持發(fā)送緊急地震速報的機(jī)制“Area Mail”。擬于2011年冬季發(fā)布的支持LTE服務(wù)“Xi”的智能手機(jī)將能夠使用基于Area Mail新方式“ETWS”的緊急地震速報。“通過導(dǎo)入ETWS，發(fā)送時間將能夠縮短1～2秒”（NTT DoCoMo代表董事社長山田隆持）。KDDI也表示“今后所有機(jī)型都將支持該系統(tǒng)”（KDDI代表董事社長田中孝司）。

防備大地震的發(fā)生

　　除緊急地震速報外，強(qiáng)化海嘯速報體制也是重要課題。目前，大部分的做法是根據(jù)陸上地震儀的數(shù)據(jù)來推測海嘯。“在盡量靠近震源的海上觀測地震比什么都重要”（東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所海中工學(xué)國際研究中心教授浦環(huán)）。因為如果能在靠近震源的海底觀測到地震，那么發(fā)生地震時能贏得10秒左右的避難時間，發(fā)生海嘯時能贏得10分鐘左右的避難時間（圖3）。如果能有10分鐘時間，向高處逃生的可能性也會增大。
 

圖3：盡量靠近震源進(jìn)行觀測 在海底設(shè)置地震海嘯儀，模擬了P波的到達(dá)時間（南海地震時）（a）。黃線上的數(shù)字表示P波到達(dá)所需要的秒數(shù)。地震海嘯儀“DONET2”的電纜和觀測點（圖中的藍(lán)點）的設(shè)置場所現(xiàn)在正在調(diào)整。如果在海底設(shè)置觀測網(wǎng)，與使用陸上觀測網(wǎng)相比，能夠更快通報地震和海嘯（b，c）。另外，串本和室戶岬深入斷層內(nèi)，因此海嘯到達(dá)時間為零，但實際上會稍晚到達(dá)。（圖由JAMSTEC繪制）

　　日本氣象廳已在御前崎海底設(shè)立了地震海嘯觀測點，與緊急地震速報系統(tǒng)相連。這被叫做“在線型”，用一根海底電纜直接連接到地震儀和海嘯儀上使用。

　　另一種是以日本海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAMSTEC）為中心正在開發(fā)的“節(jié)點型”。其通過名為“節(jié)點”的分支裝置配置各種傳感器。正準(zhǔn)備作為“地震海嘯觀測監(jiān)測系統(tǒng)（DONET1）”設(shè)在紀(jì)伊半島的熊野灘上。另外，臺灣也啟動了類似的項目。以上系統(tǒng)均由NEC制造。

　　節(jié)點型系統(tǒng)的特點是，從面上設(shè)立觀測點，提高了預(yù)報的準(zhǔn)確度（圖4）?，F(xiàn)在，在紀(jì)伊水道海域正考慮設(shè)置“DONET2”，目標(biāo)是配合DONET1，將東海、東南海、南海地震所造成的損害降至最小。

圖4：節(jié)點型系統(tǒng)“DONET1”的概要 JAMSTEC從2006年起，已在紀(jì)伊半島的熊野灘上設(shè)置了20個觀測點。獲得的地震和海嘯數(shù)據(jù)不僅傳給JAMSTEC，還傳給了日本氣象廳等。（圖由JAMSTEC繪制）