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手机如何实现“地震预警”?

手机如何实现“地震预警”?
2023年08月31日 19:36 新浪网 作者 石头科普工作室

  几乎每次发生对社会产生较大影响力的地震后,“手机地震预警”这个词条都会出现在公众面前。什么是地震预警?地震预警的原理是什么?从地震发生到我们在手机上收到通知,其中又经历了怎样的过程?

  Part.01

  区分地震预警和地震预报

  地震预警利用电波比地震波传播更快的原理,在地震发生后而地震波尚未到达某地区之前向预警目标发出警告,以最大程度减少人员伤亡的技术。

  “预报”指的是尚未发生但可能发生的预先通告,例如天气预报明天大概率降雨。明天是否降雨我们无法提前给出肯定答案,它受到很多因素影响,因此是概率事件。地震预报不同于天气预报,具有“非确定不通报”原则,即需考虑社会公信力。倘若权威部门多次预报地震失误,则会在民众心中产生“狼来了”的负面影响(图1)。

图1 《狼来了》插画(图源网络)

  中国地震预报发布权在省级以上政府。根据《中华人民共和国防震减灾法》第二十九条,国家对地震预报意见实行统一发布制度。全国范围内的地震长期和中期预报意见,由国务院发布。省、自治区、直辖市行政区域内的地震预报意见,由省、自治区、直辖市人民政府按照国务院规定的程序发布。除发表本人或者本单位对长期、中期地震活动趋势的研究成果及进行相关学术交流外,任何单位和个人不得向社会散布地震预测意见。任何单位和个人不得向社会散布地震预报意见及其评审结果。目前从世界范围看,地震预报仍是尚未解决的难题,因此目前较为靠谱的防震措施为地震预警。

  Part.02

  地震预警的原理

  电波的传播远快于地震波且不同类型的地震波传播速度不同,人们可以利用这些时间差实现地震预警。地震发生后,释放的能量以地震波的形式在地下传播,这些地震波包括纵波和横波。由于地震产生的纵波比破坏力更强的横波传播速度快,故可率先抵达地面,为预警系统“通风报信”。同时地震从震源传播到某地区需要时间(即为传播距离与地震波波速的比值),人们可以利用这一时间差与地震赛跑进而实现预警。当地震监测站点检测到初至P波(纵波)后,系统会在处理信息后发送警报。震源在地表的投影点称为震中,某点到震中的球面距离为震中距。因此一般震中距越大的区域对应获取的预警时间更长。8月6日在山东德州市平原县发生的地震使得不少地区震感明显,包括北京、天津、石家庄、太原、郑州等,预警时间因地区距震源远近有几秒至几十秒不等(图2)。

图2 地震预警app页面

  虽然普通人在十几秒内很难采取有效的避难逃生方法,甚至可能因为慌乱造成伤害,但是预警为公众争取了紧急处置以及避难逃生的时间。这也启示我们平时应该积极了解地震应对措施,例如①寻找合适的躲避位置,例如承重墙的墙根墙角或形成三角区域的小房间;②保护好头部,避免躺卧姿势;③关闭明火电源,禁止乘坐电梯;④利用水管或暖气管等管道敲击求助,避免大声呼叫以节省体力等。

  Part.03

  手机实现地震预警全过程

  手机“地震预警”是指通过手机设备接收地震预警信息并及时传递给用户,以提前通知用户地震发生的功能,综合利用了地震传感器、数据传输系统、地震预警分析系统等多种技术手段(图3)。

  ①地震传感器是一种能够感知地震震动的设备,通常使用加速度计来测量地震波的强度。当地震传感器探测到地震波传播时,会通过数据传输将触发信号发送给数据中心。分布在不同地理位置的监测站点利用地震传感器实时监测地震活动,组成地震检测网络。

  ②数据传输系统负责将监测到的地震数据从地震监测站点传输到数据中心。这一过程通常使用无线通信技术实现,如移动通信网络、卫星通信等,确保数据的实时传输和准确性。

  ③地震预警分析系统根据地震监测网络传输的数据进行实时分析和处理,以确定地震的震级、震源和预计影响范围。当地震预警分析系统确认后,将预警信息传输到相应的手机等用户终端。

图3 地震预警流程(来源:成都高新减灾研究站网站)

  手机不仅可以在地震预警中承担信号接收器的作用,被动地接收地震监测站发送过来的预警信息,同样也可以用作地震监测仪。为进一步减少预警盲区、提升预警效率,更多研究人员已经开始尝试通过内置传感器取代传统预警接收仪器的目标。通过内置地震传感器和其他传感器检测地震波,手机可以在感知震动信号时实现本地计算以确定地震波信号。手机的数量远超目前安装的地震监测仪器数量,这可以提升预警网的覆盖度和精准度,有效解决预警盲区的问题。同时其可扩展性强且运营成本低,因此能有效提高防震减灾能力。

  手机“地震预警”功能基于地震预警系统,可实现对地震的实时监测和预警。这一功能的实现使得用户能够及时获取地震预警信息,从而采取相应的预防和保护措施。相信随着科技水平的不断进步,手机“地震预警”功能的发展将在未来地震灾害防范和减灾工作中发挥重要的作用。

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