2) 中国北京 100045 中国地震台网中心
2) China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China
地震是一种突发性强、破坏力大的自然灾害,常常导致严重的人员伤亡与财产损失。随着地震监测和预警技术的不断进步,地震预警信息服务正逐渐成为减轻地震灾害损失的重要手段。2018年,我国正式启动国家地震烈度速报与预警工程(赵国峰等,2022),标志着我国在地震预警领域的重大进展。通过预警工程建设,各省均部署了紧急地震信息服务系统,旨在为本地用户提供地震预警信息服务。该服务的核心在于确保信息的时效性与准确性,能够在地震发生时迅速、精准地向用户推送预警信息,并引导其采取科学有效的应急避险措施,从而最大限度地降低地震带来的危害。
然而,地震预警信息服务涉及多个环节,包括信息的接收、处理、发布以及终端用户的响应等。在全球范围内,各国也在积极探索和实施适当的地震预警服务策略,以减少地震对人民生命财产的威胁。以日本为例,当预计地震震动强度SI(shindo seismic intensity scale)≥3或地震预警事件的震级M≥3.5时,预警信息将发送给注册的机构用户。若SI达到或超过5L,则通过电视、广播和手机广播等多种方式发送“警报”(Given et al,2018)。与此相比,美国的ShakeAlert预警系统对公众的警报阈值设置为M≥5.0,发布范围为预测MMI(Modified Mercalli Intensity)≥Ⅳ的区域(刘赫奕等,2021)。加州大学伯克利分校开发了一款名为“Myshake”的手机应用程序,于2019年10月17日成为加州ShakeAlert系统的发布途径,当地震震级M≥4.5时,Myshake将向用户发布地震预警信息(Kohler et al,2020)。这些国际实施经验可提供宝贵的参考依据,有助于设计和优化本地地震预警服务策略。本文从紧急地震信息服务系统的接收策略、发布策略、终端的响应策略以及策略设置等方面进行探讨,旨在为提高地震预警信息服务的实效性和精准度提供依据和实践指导。
1 信息服务接收策略地震预警信息接收是预警信息服务的起点。作为整个预警信息发布流程的开端,其直接决定了后续信息发布和响应的有效性。
在此过程中,用户可以基于自身实际需求和关注区域,按照属地管理原则,灵活设置接收地震预警信息的个性化过滤条件。这些条件包括地震发生的经纬度范围、预警震级大小、震中烈度以及地震定位所需最小台站数量等。基于上述过滤标准,确保用户能够准确、及时地接收上游推送的特定预警信息,从而实现预警信息接收的靶向性和可信性。该发布系统为用户提供了直观便捷的操作平台,为确保能够全面接收地震预警信息,避免遗漏任何可能对本地产生影响的预警信息,用户通常倾向于选择较为宽泛的接收策略设置。发布系统接收策略设置界面见图 1。
作为一项关键的安全防护手段,地震预警信息服务能够协助公众及时采取必要的逃生和保护措施。当地震发生后,发布系统借助多种渠道及时向用户发送警报,使之及时避险。
地震预警信息服务的有效性和可靠性取决于发布阈值的合理设置。发布阈值是指触发预警发布系统向用户推送预警信息的地震参数设定值。科学合理地设置发布阈值,对于确保预警信息的准确无误和及时传达,具有不可估量的重要意义。图 2直观展示了发布系统中发布策略的设置界面。
基于Gutenberg-Richter关系,每减少一个震级单位,地震数量将增加10倍。若将预警信息对外服务发布策略设置阈值过低,则符合对外服务策略的预警事件将大幅增加,且其中绝大多数地震对本地并无实际影响。这样不仅给用户带来困扰,还会渐渐引发“警报疲劳”,导致在破坏性地震来临时,可能遭受无法估量的损失。相反,若将预警信息对外服务发布策略阈值设置过高,则可能需较长时间才会触发预警策略阈值。一方面,高阈值减少了触发预警几率,难以确保及时检验发布系统的正常运行,一旦有大地震发生,系统可能存在故障而延误预警;另一方面,长期缺乏预警,预警系统操作和用户的应急响应将逐渐生疏,影响对实际地震发生时的正确反应。
为有效平衡策略阈值过高或过低造成的影响,在系统运行初期,设置相对较高的预警阈值,如设定M≥5.0地震为预警标准(Given et al,2018),旨在确保预警信息发布频率既不不打扰用户,也能保证信息的充足性,使公众逐步适应并熟悉预警系统。通过这种渐进式的引导,可以增强公众对预警系统的认知和信任,同时避免无直接关联预警信息的负面效应,从而更加高效地实现预警初衷。
随着预警系统性能的持续增强和用户信任度的不断提升,特定用户可以根据实际需求,灵活调整预警阈值,如将阈值设置为M≥4.0,以更精确地满足预警需求。同时,需加强对预警系统的定期维护与检查,以及面向公众的科普宣传与教育,提高公众对预警系统的认知和响应能力,确保预警系统的有效性与公信力。
3 信息服务响应策略地震预警信息终端响应机制,是信息服务转化为产生减灾实效的重要手段和最终目标,要求根据预警等级和本地预测烈度情况,制定响应策略,以强化用户的应急响应能力。
3.1 自动响应机制地震预警终端借助MQTT协议与上游发布系统建立连接,订阅预警主题信息,并通过心跳等机制保持稳定的长期连接。一旦接收到发布系统推送的地震预警信息,终端将立即进行信息解析与计算,得到终端所在位置的预估本地烈度和预警倒计时。终端将根据响应策略预设阈值,智能判断是否启动声光电报警展示。同时,终端按要求将对事件的响应过程及时反馈给发布系统,以确保信息的实时性和准确性。
3.2 信息更新机制终端信息更新原则应基于不同用户的实际需求,制定相应预警信息更新机制,实现即时更新。
为确保预警信息的明确性和警示效果,避免信息混淆,面向公众的地震预警信息服务一般遵循预警等级提升时更新响应的原则(即预警等级只升不降的原则)。在相同预警等级设定条件下,用户可根据自身实际情况,参考震中位置偏差阈值、震中地名变动、震级增加或本地预测烈度值变化等因素,灵活设定终端响应更新的原则(中国地震台网中心,2022)。
对于不同地震预警事件,应优先保留对本地有显著影响的地震进行响应。在本地预警等级相同情况下,需在确保不引发用户混乱前提下,判断是否更新地震预警信息。
4 信息服务策略设置依据《京津冀紧急地震信息发布技术约定》,天津市地震局在紧急地震信息服务系统设置关注区域(111°—122°E,35°—44°N)范围内4级地震或震中烈度I =Ⅴ的公众预警信息发布策略,即当M≥4或震中烈度I≥Ⅴ时对公众发布地震预警信息。该策略与美国ShakeAlert系统和日本J-ALERT系统的策略设置类似。为了应对远场大震,在关注区域以外,即(73°—136°E,16°—54°N)范围内设置M≥7.0的阈值策略。也就是说,当关注区域外一定范围内发生M≥7.0地震时,紧急地震信息服务系统将推送该地震信息。表 1为天津市地震局本地预测烈度、避险指导信息表。
与地震预警信息接收和发布策略不同的是,预警终端响应策略主要在终端侧进行设置。设置前需根据用户实际需求和属地原则,确立地震预警等级与本地预测地震烈度的对应关系,随后,根据不同预警等级,设置相应响应策略。当终端接收到发布系统推送的地震预警信息后,即时启动本地计算流程,得到本地预测烈度及倒计时,并基于预设响应策略,智能判断是否执行预警响应操作。
对于接入天津市紧急地震信息服务系统的地震预警专用终端,完成本地预估烈度计算后,将根据表 1所列对应关系来启动相应响应措施。
若终端计算出本地预测烈度I≤Ⅱ,则视为蓝色预警,此级别预警通常不会对建筑物和人员造成显著影响,不会引发紧急状况。为避免不必要的资源耗损,按照既定响应策略,终端将不触发响应动作。然而,若终端计算的本地预测烈度≥Ⅴ,即触发橙色预警或红色预警,此时具有较高灾害风险及潜在次生灾害的可能,需立即启动应急响应机制,迅速调配更多资源以应对危机。终端将同步启动屏显、警报声、灯光和提示音等多重响应,为用户提供即时预警信息和应急避险指引,最大限度地保障人员生命安全,并减少财产损失。
自2021年6月起,作为国家烈度速报与预警工程的先行先试单位,天津市地震局紧急地震信息服务系统正式进入试运行阶段。在此期间,该系统共接收并向预警终端发布27条地震预警信息,统计结果见表 2。
27条地震预警信息集中在京津冀及周边地区,所涉及的地震震级均在4级及以上或烈度达到5度及以上,且多数地震对关注区域造成一定程度的影响。统计结果表明,通过该策略,能够迅速且准确地接收并发布关注区域内适宜的地震预警信息,同时避免了频繁发布对本地影响轻微的地震预警,既满足了地震预警信息的即时发布需求,又确保了信息发布的科学性和有效性。
5 结论地震预警信息服务是减轻地震灾害损失的有效途径,其设计需紧密贴合各地实际需求,涵盖接收策略、发布策略和终端响应策略等多个维度。通过构建科学合理的接收策略,确保接收信息的完整性和可靠性。同时,合理设置发布条件和阈值,避免信息发布策略阈值过高或过低,确保地震预警信息的科学性和有效性。此外,根据预警等级和本地预测烈度实际情况,设置预警终端设备的自动响应策略,为降低地震灾害损失提供有力的技术支撑。值得注意的是,地震预警信息服务策略及阈值设定,是一项经验性和主观性较强的工作。因此,需持续深化科学研究,力求探索更为适宜的策略阈值,以最大限度地提升地震预警的社会效益。
展望未来,今后将积极加强与相关部门的协作联动,致力于提升公众的地震预警意识,不断优化服务策略,以更加精准地契合用户需求,共筑地震安全防线。
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