日本的“紧急地震速报”系统是怎样运作的?

2011-06-24 20:02:43来源: 技术在线 关键字:日本  紧急地震速报系统

  电视和收音机突然播放警报声:“嘀……嘀……嘀……嘀……。请注意强烈振动!”。这就是日本开发的、赶在感觉到震动前发布通知的“紧急地震速报”。在2011年3月11日发生东日本大地震以后,相信很多日本人听到这个声音后都会精神紧张。

  “紧急地震速报”是日本气象厅提供的警报系统之一。当推测地震的最大震级会达到5级以上时,该系统就会向有可能发生4级以上强震的地区发出警报。

  从警报的发送次数来看,从3月11日发生东日本大地震到4月28日上午,日本气象厅共发布70次以上的警报。2009年的发送次数只有3次,2010年也不过5次,由此可见此次震灾的规模之大。

  备受关注的紧急地震速报究竟是以怎样的机制运行的呢?本文将为读者介绍一下紧急地震速报系统的现状。

2006年开始投入使用

  紧急地震速报服务于2006年开始向企业提供。2007年10月起开通了面向普通消费者的服务。

  工作原理如下。日本气象厅和防灾科学技术研究所配备在各地的地震仪捕捉到地震的初期微震P波(primary wave)后,在主震S波(secondary wave)到来之前发出速报(图1)。P波的传播速度一般为约7km/s,比S波(约4km/s)传播速度快,利用这种时间差,及早提醒人们做好防范。日本气象厅通过分析P波的数据,在几秒内推测出地震规模和波及范围,并向对象地区发出警报。

图1:紧急地震速报工作原理
在震源附近测量地震波(P波,初期微震)以推断震源、规模及震级等。在地震引起的强烈震动(S波,主震)开始之前发出速报,发送给电视、收音机、手机、防灾行政无线及专用接收终端等。

  日本的广播电视在收到气象厅发出的警报后,立即通过电视和收音机进行播报。并通过手机运营商发送给手机用户。采用的是由基站端单向发出信息、强制所有对象手机接收的“播报通知功能”。由于通过不同于普通通话和数据通信的优先路径发送,因此不会受到频带拥挤和数据包集中所带来的延迟的影响。

  紧急地震速报中使用的地震仪设在日本全国约1000个网点(图2)。其中,气象厅设置的多功能型地震仪约有200个网点。地震仪由Takamisawa Cybernetics和明星电气供货。地震仪尺寸跟电饭煲的内胆相当,其中配备有3轴加速度计。过去采用的是速度计,但发生巨大地震时速度计被震断的话就不能测量了,因此改成了用加速度计测量运算的方式。

图2:全国约1000个网点设有地震仪
紧急地震速报中使用的地震仪设在气象厅的约200个网点(图中的红点)和防灾科学技术研究所运营的高灵敏度地震观测网(Hi-net)的约800个网点(图中的黄点)。(本图由日本气象厅提供)

浮现出的课题

  虽然得益于紧急地震速报,有人能在地震中确保安全,但该系统的问题也日益突出。首先是“误报”多。据气象厅介绍,东日本大地震后的70次警报中,有44次是不准确的速报。其次是该系统在支持智能手机方面还进展缓慢。

  首先是误报问题,日本气象厅指出原因在于“两个小规模地震同时在接近的区域发生时,紧急地震速报系统会把它当作一次大地震给出预测值”。因此,不仅要提高系统准确度,还要增设地震仪以掌握更加详细的情况。“‘未捕捉到地震波’这种信息也是重要数据”(气象厅)。

  支持智能手机方面,知名手机运营商正在加快脚步。比如,软银移动将使2011年夏季款中除部分机型外的所有终端支持该系统。

  NTT DoCoMo到夏季,将使现有智能手机支持发送紧急地震速报的机制“Area Mail”。拟于2011年冬季发布的支持LTE服务“Xi”的智能手机将能够使用基于Area Mail新方式“ETWS”的紧急地震速报。“通过导入ETWS,发送时间将能够缩短1~2秒”(NTT DoCoMo代表董事社长山田隆持)。KDDI也表示“今后所有机型都将支持该系统”(KDDI代表董事社长田中孝司)。

防备大地震的发生

  除紧急地震速报外,强化海啸速报体制也是重要课题。目前,大部分的做法是根据陆上地震仪的数据来推测海啸。“在尽量靠近震源的海上观测地震比什么都重要”(东京大学生产技术研究所海中工学国际研究中心教授浦环)。因为如果能在靠近震源的海底观测到地震,那么发生地震时能赢得10秒左右的避难时间,发生海啸时能赢得10分钟左右的避难时间(图3)。如果能有10分钟时间,向高处逃生的可能性也会增大。

图3:尽量靠近震源进行观测
在海底设置地震海啸仪,模拟了P波的到达时间(南海地震时)(a)。黄线上的数字表示P波到达所需要的秒数。地震海啸仪“DONET2”的电缆和观测点(图中的蓝点)的设置场所现在正在调整。如果在海底设置观测网,与使用陆上观测网相比,能够更快通报地震和海啸(b,c)。另外,串本和室户岬深入断层内,因此海啸到达时间为零,但实际上会稍晚到达。(图由JAMSTEC绘制)

  日本气象厅已在御前崎海底设立了地震海啸观测点,与紧急地震速报系统相连。这被叫做“在线型”,用一根海底电缆直接连接到地震仪和海啸仪上使用。

  另一种是以日本海洋研究开发机构(JAMSTEC)为中心正在开发的“节点型”。其通过名为“节点”的分支装置配置各种传感器。正准备作为“地震海啸观测监测系统(DONET1)”设在纪伊半岛的熊野滩上。另外,台湾也启动了类似的项目。以上系统均由NEC制造。

  节点型系统的特点是,从面上设立观测点,提高了预报的准确度(图4)。现在,在纪伊水道海域正考虑设置“DONET2”,目标是配合DONET1,将东海、东南海、南海地震所造成的损害降至最小。

图4:节点型系统“DONET1”的概要
JAMSTEC从2006年起,已在纪伊半岛的熊野滩上设置了20个观测点。获得的地震和海啸数据不仅传给JAMSTEC,还传给了日本气象厅等。(图由JAMSTEC绘制)

关键字:日本  紧急地震速报系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0624/article_3815.html
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