2016, Vol. 31
1996年9月24日在联合国总部公开供签署的全面禁止核试验条约(CTBT)禁止一切核武器试验爆炸及任何其他核爆炸.条约规定设立条约组织以实现条约的宗旨和目标，确保各项规定得到执行.条约设立缔约国大会、执行理事会以及技术秘书处作为条约组织的机构，技术秘书处包括国际数据中心(IDC).为保障条约得到有效履行，该条约规定了一套严格的核查机制，由国际监测系统(IMS)、磋商和澄清、现场视察以及建立信任措施四个部分组成(CTBTO，2009).IMS由分布在全球不同地方的地震、放射性核素、水声和次声监测台站及相关通信手段组成.IMS系统中的台站监测数据实时汇集到IDC进行处理和分析，监测数据和分析结果都可以无偿提供给各缔约国授权用户.除此条约组织之外，各主要签约国指定国内的官方机构建立国家数据中心(NDC)，代表该国履行相应的条约义务并积极发展自己的国家技术手段(NTM).
为更好地发展我国禁核试条约的核查技术能力，我国于2005年建立了自己的NDC，需要及时掌握其他主流国家NDC的技术能力发展现状，了解其在核查技术研究、国家技术手段发展中采用的先进技术、措施以及核查技术水平，尽量做到知己知彼，在CTBT领域更好地发挥职能.
1 CTBT国家数据中心截至2012年4月，全球196个国家和地区中签署《全面禁止核试验条约》的国家有183个，批准条约的国家有162个(http://www.ctbto.org).签署CTBT后，各签约国依据自身需要，指定国内的官方机构作为国家数据中心代表其处理全面禁核试条约的相关事宜，履行条约规定的义务；积极参与条约组织的各项活动.
1.1 国家数据中心简介目前在183个签约国中，美国、俄罗斯、中国、英国以及挪威等国都设有自己的NDC，具有较强的核查技术能力；美国、法国等国还承担了条约组织的大量技术研发工作.按照《全面禁止核试验条约》文本及议定书的相关规定，各国NDC主要承担与IMS和IDC的数据及数据产品交换任务.其他国家NDC的核查机构规模和监测技术能力，远远落后于上述国家.
各签约国一般会指定国内的地震或放射性核素监测研究机构来承担NDC角色.也有例外的，如美国NDC隶属于美国空军技术应用中心(AFTAC)(见表 1)，它不仅是美国NDC的大本营所在，承担着与IMS和IDC的数据及数据产品交换，负责收集和分析各种来源的数据；同时也是美国原子能探测系统的实际运营者.各种核爆炸监测新技术和改进技术的研发最终由AFTAC进行技术应用和集成，从而提高各种核爆炸试验监测能力.
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表 1 各主要签约国NDC隶属机构基本情况 Table 1 The basic situation of the main signatory NDC affiliates |
从可搜集到的公开资料中可以看出，依托于国内的地震、放射性核素监测研究机构等实体单位的各国NDC主要负责国家数据中心及全面禁试条约的相关事宜；部分NDC还承担着国内IMS台站的建立、运行和维护；同时开展地震学及地震工程学等项目研究工作.
1.2.1 运行和维护数据中心各国NDC承担的主要任务之一是检测、定位和识别大气层、水下、地下和空间中的特别事件，将来源于IMS或者IRIS(国际地震学协会)的地震数据经过分析处理确认是否为核事件并向国家安全机构提供速报(定位和检测结果)和技术评估，发布事件公报.部分国家NDC除对国内及周边地区、热点核试验场等地震或爆炸事件持续监测外，把核试验监测重点转向俄罗斯、朝鲜、中东等敏感地区，并对感兴趣的事件进行独立评估.例如俄罗斯新地岛核试验场是美国高度关注的核试验场，美国和挪威共同合作了40多年，主要研究两方面的问题：
1)在新地岛及其附近部署地震台阵来监测地震活动；
2)研发更好的探测和识别地震的方法.
挪威北部和南部、斯匹次卑尔根岛、芬兰以及欧洲其他地方的台站能够实时提供有效可用的数据，新地岛及其附近的地震活动水平较低，使对俄罗斯核试验的监测更加容易.韩国NDC挂靠在韩国地震研究中心(KERC)，目前接收有境内42个不同类型台站的近实时数据，与韩国气象厅等其他机构或大学交换数据，也与美国NDC有合作关系.主要负责台站数据情况监控与人工交互分析和北韩核试验监测.日本是一个地震多发国，有着丰富的地震监测经验，对外主要侧重于北韩核试验监测.
1.2.2 建立、运行和维护本国境内的IMS台站除上述职能外，部分NDC还负责国内IMS台站的建立、运行和维护，提供这些台站和IDC之间的数据传输.目前美国、俄罗斯是IMS台站建设最多的国家.值得一提的是，NORSAR自成立以来，一直致力于发展先进的台阵处理技术.研究重点从大孔径台阵转移到小台阵，其中使用STA/LTA检测、单台定位等区域震数据处理方法不仅通过了测试，还被大量的科学出版物刊载，目前是国际地震学的使用标准(IDC Document，1999).
1.2.3 技术研究技术研究集中在三个方面：
(1)基础和应用研究.开展用于核试验监测的地震台阵技术的研究；提高地震事件检测、关联、定位、震级/当量比估计等能力，以满足条约监测需求.
(2)信息技术基础设施研究(如软硬件和数据库).改进系统整体性能，降低维护成本和人员需求.
(3)地震学及地震工程学研究.主要进行强震、物理震源、地震波的传播、地震构造、地震预测等几个方面的研究(陈运泰，2007)；实时监测各种地震事件，深入研究地球运动规律，规避地震风险.
1.2.4 其他各国NDC还会承担一些其他方面的任务.比如:
(1)参与PTS组织的IMS地震台站的校准试验和国家数据中心综合演练(NPE).NPE演练始于2007年，最初是由德、法、意、日等8个国家的数据中心发起的.
(2)参与地震台站举办的操作员培训课程.
(3)参加B工作组会议.
2 国家技术手段发展现状为了保证条约的有效履行，条约要求建立一个由国际监测系统、磋商与澄清、现场视察以及建立信任措施四个部分组成的条约核查机制.除了地震监测、放射性核素监测、水声监测和次声监测四种监测技术以外，为CTBT目的服务的国家核查技术手段(NTM)也是合法的CTBT核查监测技术手段，电磁脉冲监测与卫星监测技术甚至在未来适当时机也可能纳入IMS.NTM既可能是国际监测系统与现场视察之外的新技术，也可能包括在地震、放射性核素、水声以及次声等方面新的或有特色的技术等(张利兴等，2005).IMS采用了上述四种监测技术，由分布在全球的170个地震台站、80个放射性核素台站与经核证的16个放射性核素实验室、11个水声台站、60个次声台站及相关的全球通信设施(GCI)组成.IMS的监测数据和有关的数据处理技术为签约国所共享，作为全球核爆炸监测数据来源，其建设进展和数据质量决定了各种技术手段的核查能力.
美国国家技术手段(NTM)包括了地震、放射性核素(大气输运)、水声、次声、星基探测技术和情报收集等多种监测技术手段，具有监测地下、水下、大气层和太空等所有环境条件下核试验的技术能力，其监测能力要优于条约组织.主要原因一是充分利用了现有的数据资源，美国NDC跟IDC、IMS始终保持密切联系，IMS的所有数据都会实时转发到美国NDC，全球其他地方数以千计的非IMS台站也会通过科学研究或数据交换的方式为其所用；二是美国国家技术手段含有其他一些新的监测技术(比如星基监测技术)，可以充分利用综合监测技术对美国感兴趣的区域实施重点监测.同时重视核查监测能力的整合、较大的经费投入等.从以往的技术交流可以初步分析和判断出俄罗斯、英国、法国、德国、韩国、澳大利亚等国核查监测技术能力较强，但还无法对它们的核查监测能力和现状给出准确的综合分析.
2.1 核爆炸地震监测技术地震监测技术是监测地下核试验的最有效手段.84%的IMS基本地震台站和83%的IMS辅助地震台站已经完成认证并临时试运行.当前IMS地震台网全球监测能力可达mb 3.8，在欧洲、亚洲、北非和北美的部分地区，监测能力可达mb 3.4.我国已系统地掌握了地震台站建设、地震监测数据传输、数据分析和处理等关键技术.开展了地震信号自动处理、事件识别、震源机制反演、事件高精度定位、台网监测能力评估等重点课题的研究(刘林和郝保国，2001).在此基础上，自主设计建立了地震数据处理系统，已具备地震监测数据实时接收、存储以及日常监测数据处理和分析能力.
随着台站建设和数据分析技术的进步，各国NDC的核爆炸地震监测技术能力日益增强.最根本的技术改进体现在三个方面：
(1)区域地震监测数据的应用.利用区域地震台站的监测数据，能够近距离监测感兴趣的一些国家或地区，有助于监测到小震级事件.但地震监测能力和定位精度有待进一步提高；挪威在阈值监测方面的研究居于世界前列.其开发的阈值连续监测技术，不仅可对特定地点或区域假设可能被检测到的最小的地震事件进行估算，还可估算出特定地点或区域可能发生的最大的地震事件(Kværna et al.，2002).
(2)监测数据可用范围的拓展及数据质量、数据利用率的提高.例如：俄罗斯国家数据中心除对俄罗斯及周边地区的地震监测外，还开展了对核爆炸地震、远东地区的海啸，以及勘察加和库页岛地区的火山进行监测.其中，对核爆炸地震的监测是与俄罗斯国防部联合开展的.美国NDC在近十年，核爆炸监测数据量增加了约10倍，数据通讯能力提高了约100倍，数据存储和检索能力提高了约10倍.获取了很多以前根本无法得到的数据资源，如来自其他国家或地区的监测数据(De Geer，2001).
(3)小震级事件识别技术的应用和改进.宽频带高采样率数字记录的广泛使用，推动了多频带事件识别新技术的应用和发展.
值得一提的是，美国核监测地震技术的发展，将有望在未来几年到十年大大提升对地震事件的探测、定位和识别能力.表现为：
(1)高频地震地区与区域地震方法学的逐步发展，将会降低监测、定位、识别小震级事件的阈值；
(2)地球三维模型的精细化，将会提高事件定位与识别的准确性；
(3)地震源模型的逐步完善，将能够对潜在爆炸信号进行预测，从而增强监测能力；
(4)大量的模拟能力与震源和传输模型的深入结合，监测能力也会逐步提高；
(5)通过利用大量监测台站高质量实时或近实时数据，美国评估核爆炸的能力将会得到进一步增强，尤其是美国所关注的国家及其邻国的监测台站；
(6)集成了其他监测数据的地震模型的使用也能够潜在增强监测能力.
2.2 放射性核素监测技术放射性核素监测是CTBT四种核查技术之一，在判定可疑事件性质方面具有决定作用.各国NDC也在积极开展放射性核素监测技术研究.其中取样技术研究重点是如何提高固定式台站氙取样器长期运行的稳定性和移动氙取样器的环境适应性及便携能力.瑞典研制的移动氙取样器SAUNA(Cansi，1995)，具备移动惰性气体氙取样能力，已为条约组织IMS 16个放射性核素台站所采用.美国、法国更具备了机载气溶胶和气体氙取样监测能力(Zähringer et al.，2009).我国基本掌握了大气气溶胶和惰性气体氙取样关键技术，具备了研制流量大、稳定性能高的放射性核素取样设备的能力.在实验室测量分析技术方面，基本具备了气溶胶样品和惰性气体氙样品测试分析能力.目前各国NDC在气溶胶样品的测量能力上也存在一定差距，还需研究建立惰性气体测量的新方法、新技术.
2.3 水声核查技术水声监测技术是监测水下核爆炸的最直接、最有效的技术手段.水声台网还能监测地下核爆炸，尤其是小岛上的地下核爆炸和沿海大陆的地下核爆炸.IMS水声监测网络主要用来监测水下核爆炸.水声监测具有强烈的军事需求背景，因此美国关于水声监测技术的发展和水声数据的处理基本处于保密状态.IMS水声监测网络由11个水声台站组成，分布在9个不同的国家，目前只有美、英、法、澳建有水声台站.美国在水声监测技术研究方面已有几十年的历史，由于美国的国家技术手段网络使用了大量的水听器传感器，因此，美国的水声监测能力要远好于国际监测系统的水声监测能力.我国禁核试核查水声监测技术在所有核查技术中起步较晚且基础薄弱.其他签约国的水声监测技术水平和国际先进水平仍然存在较大差距，主要表现在：
(1)没有掌握台站建设和管理运行技术；
(2)对IMS系统水声台站的监测能力还不能作全面的评估；
(3)对IMS水声台站的信号自动处理、不同类型水声事件和水声信号的识别方法需要进一步研究等等.
2.4 次声核查技术次声监测技术是监测大气层核试验和水面核爆炸的有效手段.在一定条件下，与地震监测台网相结合可以准确有效地监测地表及浅源地下核爆炸.次声信号的探测系统主要包括次声台站、数据传输及次声数据处理系统.对于大气层核试验监测，通常使用多个次声台站检测信号进行事件关联定位，对于地下核试验通常使用声震联合分析进行事件识别.由于在大气层爆炸探测方面(谢金来和谢照华，1997)，主要依靠的是卫星和放射性核素技术，而不是次声技术，因此美国对次声探测研究的经费支持力度较小.但是，美国的次声研究已经发现了地震-声学测量(使区域次声测量与地震信号相结合，用于事件识别)的实际价值.由于成本较高，核爆炸监测团体只能依托其他领域开展各种气象学研发项目，且外场试验只能局限于收集其他不同任务的试验测量结果.美国于1950年前后在内华达核试验场周边建立了核爆炸次声监测台网，根据1951年10月22日至1958年10月27日间大气层核爆炸次声监测结果，表明其监测能力在吨级(Reed，1969).
IMS次声监测网络由60个次声台站组成，截止目前已有70%的次声台站完成认证并投入实际运行.IMS次声台站全部建成后，对90%～95%地球表面的爆炸探测能力将会达到1 kt(Le Pichon and Vergoz，2011).法国的次声监测技术非常先进，目前在IDC应用的次声监测软件PMCC就是由法国研制并交付使用的(Allgeyer et al.，2013).挪威也在近年来致力于开发近震事件的地震/次声联合处理的事件分析方法.澳大利亚和加拿大专门成立了次声国家数据中心，主要从事技术建议、事件分析和报告以及地震次声研究工作.我国自主建立了多个研究型次声台站，掌握了次声台站降噪方法，实现了次声数据的实时传输，次声监测数据的实时与历史处理，具备了一定的地震、次声融合分析能力，可对一些特定地区的事件进行地震、次声联合分析.目前各国次声监测技术现有水平和国际先进水平及任务需求存在的差距表现在：①对次声信号的传播机理和理论模拟技术需要进一步掌握，次声信号传播与气象条件紧密相关，需建立全球近实时气象数据的获取途径；②次声事件的自动检测，次声信号的特征分析及次声事件识别需要进一步研究；③尚未完全掌握IMS次声台站监测能力评估方法.
3 结语3.1 通过对CTBT各主要签约国NDC及隶属机构公开资料的分析研究，可以看出各国NDC虽然在在规模和技术研究深度上存在较大差距，但在考虑整个核查监测体系的发展与研究规划的基础上，都尽可能对重点核查设施进行不断完善，以提高核查监测技术能力和水平；充分利用国际监测系统的数据资源，基本掌握了全球性地震台网数据处理和分析技术，在地震、放射性核素、卫星、水声和次声数据处理以及大气输运模拟等关键技术研究领域不断取得突破；尤其是美国、法国、德国、挪威等NDC已逐渐形成了统一、完整、系统的核查综合能力，不仅支持已有监测设施的运行和完善，同时加大了对新技术的经费投入和支持以及核查各单项技术集成和能力建设.
3.2 我国核查监测的目标定位不能仅限于履约，更重要的是要符合国家发展利益和安全需要；在核查技术发展上需强调各种单项监测技术的协同和配合；核查监测技术研发需要依托广泛的国家技术和设施资源，核查监测能力的形成需要实体单位承担.经费投入不但需要支持新技术研究，还需要支持已建成监测设施的运行和改进；以核试验核查监测技术为学科发展方向，充分利用条约组织国际监测系统的数据资源，合理利用IMS台站数据资源，拓展监测能力；在地震、放射性核素、卫星、水声和次声数据处理以及大气输运模拟等关键技术领域不断深入研究，继续支持已有监测设施的运行和完善，加大对新技术的投入和支持，进一步提高国家的综合实力.
致谢 感谢审稿专家和编辑部的指导和帮助.| [1] | Allgeyer S, Hébert H, Madariaga R. 2013. Modelling the tsunami free oscillations in the Marquesas(French Polynesia)[J]. Geophysical Journal International, 193(3):1447-1449. |
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