数字化地震监测抵抗震灾来袭
来源:中国计算机用户 更新时间:2012-04-14

我国在“九五”、“十五”、“十一五”三个关键时期,耗资数十亿元,建立了全国数字化地震台网和地壳运动观测网络,以及实施了中国地震数字化网络工程,就是为了进一步对地球的各种内在机理有一个深入的研究和理解。

地震总是给人类以最沉重的打击,我国是遭受地震灾害最严重的国家之一,20世纪全世界发生的7级以上地震中,中国占35%。

数字化时代

我国通过中美地震科技合作计划,在1985年建立了由11个数字化地震台组成的中国数字地震台网(CDSN)。

1987年中国地震局开始规划数字地震观测技术的发展,战略性地提出要在90年代建设我国自己的数字地震台网,而地震传感器应在世界现有地震计水平的基础上做到频带更宽,并下达了研制计划。

到上世纪90年代初,我国建立了规模宏大的地震观测系统,这个系统包括地震学、地磁、地电、重力、地壳形变、应力应变、地下水动态、水化学、地热、电磁波等学科的地震监测台网。

2002年12月“中国数字地震观测网络”项目专家委员会同中国地震局科技委委托部分专家起草了《中国数字地震科学计划》建议书,目的是配合“中国地震数字观测网络”的实施,重点解决工程建设中的重要科学技术问题,提高地震数字观测网络的性能和产出的质量;利用工程建设完成后形成的硬件设施和高质量的海量数据,抓住地学研究。

对地震成因研究和地震减灾中的一些重大科学技术问题进行研究,推动了我国地震科学的跨越式发展,增强防震减灾工作的科技支撑能力。2003年1月中国地震局科技委和“中国数字地震观测网络”项目专家委员会在京专家,对建议书进行了认真讨论和修改。

如今,已经到了第十一个五年规划时期,就在今年1月,地震局刚刚完成了中国数字地震观测网络系统的调试。它是一整套的全数字化观测体系,投资总额近27亿元,建设中国数字地震观测网络工程,重点是测震、前兆、强震动三大检测网和地震活断层探测、地震信息服务、地震应急指挥三大技术系统,以及一个国家地震灾害紧急求援训练基地,工作计划于2007年全面完成。

在地震这个特殊的领域,实现100%的信息化几乎是不可能的,中国地震局地质研究所减灾信息与计算中心李志强博士介绍说,我国在地震方面信息化程度达到80%,其中20%还是需要人工去进行检测。举一个例子,以水位的监测来说,由于各个地区测量水位的标准不同,有的地方从水底测量,有的地方从水面测量,因此相差的尺度会很大,即使用了信息化手段,也不能完全满足信息化需求。

布局观测网络

“国家地震网络计算应用节点建设”项目在科技部的支持下,已经正式开始实施了。该项目以网络信息平台为依托,充分利用和有效整合现有的地震科学研究成果、观测数据、信息网络技术系统等资源,构建地震科学观测与研究的网络科技环境。

项目由局地球物理所牵头,地震预测所、地壳应力所、地质所等协作承担。

目前,已经完成了地震网络计算支撑平台的基本构架,初步实现计算应用系统的计算应用资源注册管理、任务分发与调度管理、集群计算资源管理、用户认证与访问管理等功能,基本完成了“加卸载响应比时空扫描地震预测”、“各向异性壳幔结构反演”、“地壳应力场分析”和“构造变形场模拟”的计算模型并行重构和应用程序的设计,并开始网络计算应用试验。

中国地震局办公室主任李强华说,中国目前已经建成国家和省级专业地震台网400多个,区域观测台网30个,建有地方台,企业台1400多个,以及群观测点8000多个。

中国地震观测实现了由单台观测和台网观测、模拟观测到数字观测的转变,建成了以全球卫星定位系统为主要手段的中国地壳运动观测网络。

以2005年江西地震的为例,在第一次地震发生后,位于当地的中国地震台网迅速测定震中所在位置,并及时预测两天内发生的数次不同级别的大震,在救灾调度系统配合下,为政府在抗震救灾行动,提供了非常重要的数据,及时有效地防止了余震对人民生命财产的危害。而这一切与“地震观测网络”对地震后重要数据及时收取、分析是分不开的。

李志强对记者说,将来网格计算对地震信息化的帮助能够起到更大的作用,实现各个地区的数据共享,高性能数据运算和数据集中汇总。但是从目前的情况来看,由于网格计算对数据通信的依赖程度较高,数据通信方面达不到海量数据传输的要求,而且费用高,技术也还不够成熟。

应急新阶段

地震是一个综合性领域,地震应急是在破坏性地震发生后为减少灾害损失采取的系列应急行动。地震应急涉及的领域如医疗救护、灾民安置、生命线工程的应急恢复、次生灾害的防治,还包括地震损失评估和灾区现场的地震科考。

2006年1月11日国家正式颁布《国家地震应急预案》,实际上在这之前,在各个省市地区地震应急预案已经运行了一段时间。进入20世纪90年代中叶以来,各地地震重点监视防御区的政府和有关部门均制定了应急预案,且每年进行检查和演练。

震后应急主要包括破坏性地震发生后对地震参数(发震的地点、地震的震级等)的快速测定和报告;震后震情的发展趋势、强余震预测和地震灾害损失的快速评估;成立救灾指挥机构等。

李志强说,目前我国的地震应急已经进入业务运行的应急指挥体系中,进入到应急体系第二个重要阶段。可以对地震灾情进行动态计算,对损失进行评估、灾难的处理方法、医疗物资的供给和救援队伍的需求量等方面都有明确的体系标准,在全球来说都是领先的。

当遇到地震灾难的时候,震后通过灾害盲估系统进行评估预测,对灾区人员伤、亡、无家可归者、经济损失进行运算和损失评估,及时为决策者提供决策依据。在没有指挥车的情况下,也能够在短时间内对救灾现场进行指挥调度。

我国的震后救援能力显著增强,2001年组建的中国第一支地震灾害紧急救援队,已在灾区的震后救助工组中做出了贡献。

迅速获取地震灾区灾情信息,是进行有效应急行动的前提。在此方面,震前通讯信息网络的建设、前面提及的地震预警系统和健康诊断系统的建设,都将在应急行动中发挥重要作用。

■ 我国的地震监测方法和手段

地震前兆是与地震孕育和发生相关联的异常现象。由于地震的孕育和发生是很复杂的自然现象,因此在这个过程中将出现地球物理学、地质学、大地测量学、地球化学乃至生物学、气象学等多学科领域中的各种异常现象。

经过系统的清理和研究,自1966年邢台地震以来,我国已在70多次中强以上地震前记录到1000多条前兆异常。这些异常可归为十大类,即地震学前兆、地壳形变、重力地磁、地电、水文地球化学、地下流体(水、汽、气、油)动态、应力应变、气象异常以及宏观前兆现象。

每一类前兆又包含多种监测手段和异常分析项目。如地壳形变包含有大面积水准测量、断层位移测量、海平面观测、湖面观测、地面倾斜观测等手段。地震学前兆分析项目是各大类前兆中最丰富的,包括地震活动分布的条带、空区集中、地震频度、能量、应变、b值、震群、前震、地震波速、波形、应力降等三十多种异常分析项目。

宏观异常项目亦是丰富多彩,如地声、地光、光球、喷水、喷油、喷气、地气味、地气雾,井水翻花、冒泡、突升、突降、变色、变味、井孔变形、各种动物行为的反常现象等。

总之,由于地震孕育和发生的复杂性,决定了地震前兆具有丰富,多样和综合的特点。归纳起来,前兆现象可分为十大类,其中包含异常分析项目和观测手段可达近百项。(摘自中国地震网)