日本地震防災(zāi)尖端技術(shù)一瞥

　　日本，這個(gè)國(guó)土面積雖然只有37萬(wàn)平方公里、約占全球陸地1/400的國(guó)家，卻集中了全球發(fā)生的約四分之一的地震災(zāi)害。記得筆者初次留學(xué)日本時(shí)，印象最深的就是貼滿地鐵列車車廂里的一幅宣傳畫。上面赫然寫著：日本平均每天會(huì)發(fā)生30次以上的有感地震。每天30次，合著每小時(shí)就會(huì)地震一次多！這是多么可怕的一個(gè)數(shù)字！

　　然而，就是這樣一個(gè)地震、火山爆發(fā)等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生的國(guó)家，卻形成了自有的一套應(yīng)急管理模式，成為世界上應(yīng)急管理卓有成效的國(guó)家之一。2004年10月23日，日本新瀉中越發(fā)生6.8級(jí)地震，這是日本繼1995年1月13日阪神大地震后最為嚴(yán)重的一次地震。然而有統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，在這次地震中日本死亡的人數(shù)僅為40人。

　　日本在應(yīng)急管理方面所取得的成績(jī)，與日本政府對(duì)災(zāi)害預(yù)警等科技的巨大投入是密不可分的。據(jù)了解，近 40 多年來，包括科學(xué)研究在內(nèi)的日本防災(zāi)預(yù)算在國(guó)家整個(gè)年度財(cái)政預(yù)算中始終保持在 6%－7% 左右，發(fā)生特大災(zāi)害時(shí)這個(gè)比例還會(huì)有明顯提高。

　　下面就簡(jiǎn)單介紹一下21世紀(jì)日本已開發(fā)或正在開發(fā)的地震防災(zāi)軟件技術(shù)。

　　計(jì)算地震震動(dòng)的次數(shù)——高密度地震震動(dòng)監(jiān)控儀

　　日本安裝了有史以來最多，也是世界上最多的強(qiáng)震計(jì)（計(jì)算強(qiáng)烈震動(dòng)的地震儀器）。1993年，以日本奧尾島為中心，遭遇了巨大的海嘯災(zāi)害。海嘯致使北海道西南海面和兵庫(kù)縣南部發(fā)生地震。為了使海嘯警報(bào)發(fā)布得更為迅捷，避免更多地域遭受地震的侵襲，日本氣象廳以此為契機(jī)，將全國(guó)的強(qiáng)震觀測(cè)點(diǎn)擴(kuò)大到了約600個(gè)。此外，地震后不久，日本政府與神戶海洋氣象臺(tái)的通信曾一度中斷，通過這個(gè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，日本在通信手段上做出了改進(jìn)，將NTT線路分成兩個(gè)回路，與此同時(shí)，氣象官署和都市部門也能夠利用衛(wèi)星進(jìn)行通信。而日本消防廳則在全國(guó)每個(gè)市町村都分別安裝了一臺(tái)強(qiáng)震計(jì)，科學(xué)技術(shù)廳也在全國(guó)鋪設(shè)了由1000臺(tái)強(qiáng)震計(jì)構(gòu)成的地震觀測(cè)網(wǎng)（K-NET）。這樣一來，通過安裝密度比過去高達(dá)數(shù)十倍的強(qiáng)震計(jì)，就能夠正確且迅速地獲得地震發(fā)生時(shí)震動(dòng)強(qiáng)度的分布狀況，這是巨大的進(jìn)步。而且，如果能夠由這些計(jì)算地震震動(dòng)的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)積累震源附近強(qiáng)烈震動(dòng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，加深對(duì)地震震動(dòng)強(qiáng)度以及空間分布的認(rèn)識(shí)，就可以把它們進(jìn)一步反映到建筑物的設(shè)計(jì)上。

　　下面以該強(qiáng)震計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中密度最大的橫濱市和東京天然氣公司為例，來做一介紹。橫濱市于1997年完成了由市內(nèi)150個(gè)觀測(cè)點(diǎn)和3個(gè)中心構(gòu)成的高密度強(qiáng)震計(jì)算網(wǎng)。強(qiáng)震計(jì)的安裝以2km的間隔覆蓋了整個(gè)市內(nèi)，地震發(fā)生后3分鐘內(nèi)，通過NTT的ISDN專用線路收集震級(jí)等信息，將它作為判斷災(zāi)害剛發(fā)生時(shí)應(yīng)做出何種應(yīng)對(duì)措施的數(shù)據(jù)資料，同時(shí)盡快將震級(jí)數(shù)據(jù)傳達(dá)給相關(guān)機(jī)構(gòu)。此外，利用這些震級(jí)信息，立即建立起能夠?qū)ㄖ锸軗p程度等做出判斷的體系。通過分析之前由強(qiáng)震計(jì)網(wǎng)絡(luò)所獲得的地震記錄，我們可以發(fā)現(xiàn)，即使在鄰近的地域，震級(jí)也會(huì)發(fā)生2級(jí)左右的差異。因此，在沒有建立高密度觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)之前，我們無從知道的有關(guān)地震震動(dòng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，現(xiàn)在也變得能夠輕而易舉地獲得了，這不能不說是一個(gè)巨大的進(jìn)步。

　　東京天然氣公司在兵庫(kù)縣南部地震發(fā)生的1年前，就已經(jīng)構(gòu)建了由331個(gè)強(qiáng)震計(jì)組成的觀測(cè)網(wǎng)，完成了SIGNAL這一早期受害預(yù)測(cè)體系的建設(shè)。SIGNAL體系是通過專用無線由強(qiáng)震計(jì)發(fā)來相關(guān)的地震信息和地理信息系統(tǒng)（GIS），并利用該系統(tǒng)上所配備的地基、埋設(shè)管道、建筑物等數(shù)值地圖信息，對(duì)地震受害程度進(jìn)行推測(cè)。之后，隨著地震計(jì)和通信設(shè)備等技術(shù)的開發(fā)，即使在根據(jù)地震搖晃的強(qiáng)度對(duì)天然氣管道進(jìn)行自動(dòng)切斷的地區(qū)控制臺(tái)（降低天然氣壓力的設(shè)備），也實(shí)現(xiàn)了對(duì)地震搖晃的強(qiáng)度以及天然氣流量的遠(yuǎn)程監(jiān)控。21世紀(jì)初，該監(jiān)控體系全面完工，能夠監(jiān)控到日本整個(gè)首都圈中約3600個(gè)地區(qū)控制臺(tái)中的地震震動(dòng)情況。這確實(shí)堪稱為世界首屈一指的地震觀測(cè)網(wǎng)。

　　跑在地震波的前面——早期地震檢測(cè)體系

　　實(shí)時(shí)地震防災(zāi)體系在日本和美國(guó)都非常盛行。其中處于領(lǐng)先地位的有日本JR公司在新干線等列車中配置的優(yōu)來達(dá)斯（UrEDAS）系統(tǒng)。當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，列車需要做出緊急停車等最為迅速的應(yīng)對(duì)措施。但是，高速行駛中的列車沒法立即停下來，因此在大的震動(dòng)來臨前檢測(cè)到初期的小的震動(dòng)，或者是在震動(dòng)降臨到鐵路之前，在震源的附近能夠檢測(cè)到地震的震動(dòng)，就成為對(duì)地震發(fā)出警報(bào)的兩個(gè)不可或缺的手段。優(yōu)來達(dá)斯等早期地震檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用的就是這一原理。通過在單一地點(diǎn)觀測(cè)到的P波（最快的地震波）初動(dòng)部，瞬時(shí)對(duì)地震的震級(jí)和震源位置做出推定，趕在S波（S-wave or secondary wave速度僅次于Ｐ波）來臨之前發(fā)出信號(hào)，趕在地震波之前使列車減速或停車。

　　據(jù)了解，在日本氣象廳，已經(jīng)在研究開發(fā)這種能夠趕在地震波到達(dá)之前發(fā)出警報(bào)、類似于優(yōu)來達(dá)斯的系統(tǒng)。