日本地震防災(zāi)尖端技術(shù)一瞥

　　日本，這個國土面積雖然只有37萬平方公里、約占全球陸地1/400的國家，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，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：日本平均每天會發(fā)生30次以上的有感地震。每天30次，合著每小時就會地震一次多！這是多么可怕的一個數(shù)字！

　　然而，就是這樣一個地震、火山爆發(fā)等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生的國家，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家之一。2004年10月23日，日本新瀉中越發(fā)生6.8級地震，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，與日本政府對災(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)算在國家整個年度財政預(yù)算中始終保持在 6%－7% 左右，發(fā)生特大災(zāi)害時這個比例還會有明顯提高。

　　下面就簡單介紹一下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)。

　　計算地震震動的次數(shù)——高密度地震震動監(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（計算強(qiáng)烈震動的地震儀器）。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縣南部發(fā)生地震。為了使海嘯警報發(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)，將全國的強(qiáng)震觀測點擴(kuò)大到了約600個。此外，地震后不久，日本政府與神戶海洋氣象臺的通信曾一度中斷，通過這個經(jīng)驗教訓(xùn)，日本在通信手段上做出了改進(jìn)，將NTT線路分成兩個回路，與此同時，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每個市町村都分別安裝了一臺強(qiáng)震計，科學(xué)技術(shù)廳也在全國鋪設(shè)了由1000臺強(qiáng)震計構(gòu)成的地震觀測網(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，就能夠正確且迅速地獲得地震發(fā)生時震動強(qiáng)度的分布狀況，這是巨大的進(jìn)步。而且，如果能夠由這些計算地震震動的觀測網(wǎng)絡(luò)積累震源附近強(qiáng)烈震動的相關(guān)數(shù)據(jù)，加深對地震震動強(qiáng)度以及空間分布的認(rèn)識，就可以把它們進(jìn)一步反映到建筑物的設(shè)計上。

　　下面以該強(qiáng)震計算網(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個觀測點和3個中心構(gòu)成的高密度強(qiáng)震計算網(wǎng)。強(qiáng)震計的安裝以2km的間隔覆蓋了整個市內(nèi)，地震發(fā)生后3分鐘內(nèi)，通過NTT的ISDN專用線路收集震級等信息，將它作為判斷災(zāi)害剛發(fā)生時應(yīng)做出何種應(yīng)對措施的數(shù)據(jù)資料，同時盡快將震級數(shù)據(jù)傳達(dá)給相關(guān)機(jī)構(gòu)。此外，利用這些震級信息，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，震級也會發(fā)生2級左右的差異。因此，在沒有建立高密度觀測網(wǎng)絡(luò)之前，我們無從知道的有關(guān)地震震動的實際數(shù)據(jù)，現(xiàn)在也變得能夠輕而易舉地獲得了，這不能不說是一個巨大的進(jìn)步。

　　東京天然氣公司在兵庫縣南部地震發(fā)生的1年前，就已經(jīng)構(gòu)建了由331個強(qiáng)震計組成的觀測網(wǎng)，完成了SIGNAL這一早期受害預(yù)測體系的建設(shè)。SIGNAL體系是通過專用無線由強(qiáng)震計發(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，對地震受害程度進(jìn)行推測。之后，隨著地震計和通信設(shè)備等技術(shù)的開發(fā)，即使在根據(jù)地震搖晃的強(qiáng)度對天然氣管道進(jìn)行自動切斷的地區(qū)控制臺（降低天然氣壓力的設(shè)備），也實現(xiàn)了對地震搖晃的強(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)控到日本整個首都圈中約3600個地區(qū)控制臺中的地震震動情況。這確實堪稱為世界首屈一指的地震觀測網(wǎng)。

　　跑在地震波的前面——早期地震檢測體系

　　實時地震防災(zāi)體系在日本和美國都非常盛行。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，列車需要做出緊急停車等最為迅速的應(yīng)對措施。但是，高速行駛中的列車沒法立即停下來，因此在大的震動來臨前檢測到初期的小的震動，或者是在震動降臨到鐵路之前，在震源的附近能夠檢測到地震的震動，就成為對地震發(fā)出警報的兩個不可或缺的手段。優(yōu)來達(dá)斯等早期地震檢測系統(tǒng)運用的就是這一原理。通過在單一地點觀測到的P波（最快的地震波）初動部，瞬時對地震的震級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，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、類似于優(yōu)來達(dá)斯的系統(tǒng)。