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美媒刊文:预报地震有希望了

已有 15800 次阅读 2010-9-17 20:42 |个人分类:地震探秘|系统分类:观点评述| 火山, 地震, 预测, 预报, 异常

美媒刊文:预报地震有希望了

     新华网消息:美国《国防》月刊9月号发表文章,称预报地震有希望了,文章题为《科学家说他们比以往任何时候都更接近于预测地震(作者格雷丝·V·让)》,以下是全文:

 

关键词地震,火山,预报,预测,异常,地球物理,地磁,地电,红外,地球化学,动物

 

 


我国泥石流、地震带和火山的分布(图片来源于网络)

    每次大地震袭来,人们都批评政府反应不够迅速。参与救援的美军一般在几个小时或者几天后抵达现场。更快做出反应的一个办法是,准确预报地震将在何时何地发生。

    然而,虽然地震学家开展了大量研究,但是准确预报地震的具体时间和地点仍然难以办到。眼下,新的研究结果带来了希望。

    研究人员发现,在地震发生前的几周和几小时能够监测到一些警报信号。如果用合适的传感器加以监测,这些信号可能有助于军方官员更好地部署军队,开展救援。

    当地壳构造板块突然在地质断层上滑动时,就会发生地震。这种滑动会释放蓄积的动能,并以地震波的形式传到地表。美国地质勘探局报告说,地球每年要发生几百万起地震。但其中只有少数地震达到破坏性的强度,造成大范围的破坏和人员伤亡。

    目前有许多国家致力于研发能监测通常在地震发生前几秒钟出现的微弱机械波的系统。不过,地震发生前还会出现其他迹象。观察者会不经意地看到,在地震发生前的几小时或几天,天空中有亮光。有些人发现,动物行为古怪,还有人发现电讯信号有变化,地面上的红外线异常。这些现象长期以来被视作幻觉和巧合而未被理睬,不过研究人员已经把它们与随后的地震联系起来。



世界地震剧烈区和地震带(图片来源于网络)

    这些表面上看起来不相干的现象可以追溯到一个根源,即位于地壳深处的岩石。随着构造板块的移动,它们向断层处的岩石施加了巨大的压力。岩石通常被认为是绝缘体。可是在压力之下,它们会释放出被称作空穴电荷载流子的粒子。这些粒子能在地壳中传播几十英里,到达地表。

    美国州立圣何塞大学物理学教授弗里德曼·弗罗因德目前在美国航天局艾姆斯研究中心开展岩石压力试验。他发现,大小从几毫米的碎片到重达几吨的巨石在压力之下都会释放出电流。他说:“岩石是绝缘体的观点不再正确。如果面积达到几平方公里,那么能从地壳中输出上千安培的电流。”

    在地壳下部几英里处流动的电流会改变地表的磁场。空穴使空气发生电离,干扰地球大气上部的电离层。可以利用卫星和称作电离层探测装置的雷达系统追踪大气的这些变化。

    为监测地面上的变化,由QuakeFinder公司首席技术官汤姆·布莱尔领导的一个科学家小组正在加利福尼亚州各处、台湾地区和几个南美国家部署传感器。这套装置包括磁强计、空气电导探测器、全球定位系统和地震检波器。

    布莱尔说:“我们要监测地球磁场上部发生的微小波动。”

 

20100917 08:51:51  来源: 新华国际

http://news.xinhuanet.com/world/2010-09/17/c_12578673.htm

 

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扩展阅读:

“从地质学的角度考虑,作为一种地质现象,地震发生前一定会有许多前兆,对地震前兆掌握得不够多、不够准,是目前我们无法预报地震的核心问题。”

“如果我们能在强震发生前的一两天或者哪怕提前几个小时发布强震预警,我们将能挽救无数生命,降低地震灾害所造成的损失,而这正是我们所从事基础理论研究的价值体现。

 

“虽然我们在攻克地震预报这一世界性难题方面已迈出了第一步,但它离实际应用于地震预报还有漫长的路要走,我们还将不断继续深入探索下去,用我们所学到的知识造福于祖国,造福于全人类。

 

—— 陈辉为了地震逝去人们

http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=314431

 

 

 

 

过去,西方主流科学家地震预报时,我国地震界主流科学家也跟着说地震不可预报;只有极少人坚信:地震,作为一种自然现象,有自身规律可循,因而可以进行预测

 

现在,西方主流科学家地震有预报时,我国地震界主流科学科学家说。。。。。。

 

 

 

 

来自科学网博主网民的相关讨论:

 

 

学者贾鹤鹏 发表于2008-6-12 15:07:40
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科学传播

无国界的地震科学

《南方周末》66日发表的一篇译自美国地质调查局网站地震常见问题答疑的报道,第一个问题就是人类能够预报地震吗? 答曰,不能。无论是美国地质调查局还是加州理工学院或者任何其他科学家都没有预报过一次大地震

不出笔者所料,在网易上转载的公众评论中,很多人都对此不屑一顾。一位网友说,“美国不能中国就不能吗?找什么借口”;另一位网友说:“美国是不能预报的!没有这个水平!地震方面中国是老大。完全有能力预报的,只是不敢预报!”。类似这样的表述在上述《南方周末》在网易转载该新闻24小时后的网上留言中比比皆是。

然而,至少到目前为止的科学结论是美国不能中国也不能,这既不是用美国来给中国无法预测出汶川大地震找借口,也不是自贬中国科学界的能力,现实是,科学是没有国界的,科学家有国界,但是地震这样重大的科学问题上,也不会有哪个科学家真的在依据确实的科学证据基础上判断出另外一个国家会发生地震而不会通报给对方

那么,地震预测何以难呢?地震学家们已经给出了答案。他们认为地震预报之所以难,主要体现在三个方面,一个是地球难以进入。现在我们的气象预报依赖的有卫星平台,航空当中有飞机,可以放气象气球,地面上有很多的测站,海里面可以由船测,就是说观测已经是立体化了。因为地球有不可入性,所以我们做不到同样的观测。另一个难点在于经验的不系统,因为人类有确切科学数据的地震记录并不多,一个地震工作者一生中经历扎重大地震的次数也不会很多。还有一点,则是对地球构造运动的理论还不成熟。

看看以上这三点困难,可以说是中外无别的,解决困难的方法也不必要中外有别。比如,地球不可进入这一点,不会因为在中国而变得容易。如果说需要技术和设备进入地壳的话,恐怕美国人领先中国的可能性要大一些。同样,虽然美国没有中国那样的专门地震局(美国地质调查局的功能兼有中国地震局和中国地质调查局的功能),但是地震台网的密度比中国要密集得多,检测地震波的设备恐怕也不会不如中国灵敏。

然而,我们也看到一些这样的提法,“在西方现代临震预报不可能的科学主义主导下,破坏性地震(5级以上)不能预报,这成为了国内外地震界主流的共识······而在中国,一批地震工作者学习中国传统文化的精华(包括充分利用历史文献记载和“取象比类”的方法等),取得遥遥领先国际的科研成果······”

怎么看待这一点呢?首先,如果说我们的中华传统文明为我们在地震预报中提供的是大量的历史纪录,毫无疑问这是值得我们骄傲的、领先西方的成果,但是这样的成果恐怕不会自动转化成中国在地震预测预报方法上的领先,原因很简单,资料,特别是古代资料是人类共有的,在美国欧洲也有大量读得懂中文的地震地质科学家,包括很多在美国从事相关研究的华裔科学家,他们在处理各国历史地质数据也有非常丰富的成果。这一点毋庸多言。

那么,中国传统文明是否发展出了超越西方的“取象比类”等地震预报方法呢?在得出结论性意见之前,让我们不妨作出如下假设。首先,假设中国古人依靠的是地质观测资料,由于不论今日中国还是今日西方观测手段和技术毫无疑问大大优于古代,所以得出古代超越现代科学的结论恐怕难以成立。

其次,如果我们假设古人依靠的是观察天象或者旱灾规律等进行类比,那么我们则需要问一句,是否有支持这种类比成立的足够证据。上面已经提过,中国古代的资料实际上已经成为全人类科技文明的一部分,假设这些古代资料能在现代科学意义上得出联系足够强的证据,这也可以变成我们今日领先西方的一个科学成就。但是包括中国天文学家和气候学家在内的科学家,并没有认可这种联系。

最后还剩下一点,就是所谓古代人可能有对地震的超常的直觉,也许事实如此,但是我们今天看不到证据,只好放弃这种本来可以皆大欢喜的结论。

也许仍然有论者指出,不是历史上迄今最准确的一次强震临震预报是1975年中国辽宁海城地震吗?但第二年发生的唐山大地震说明,海城地震预报的成功经验仍缺乏理论依据。虽然我们不必据此否定自己做出的成就,但是海城地震预测的成功,也难以得出我们在方法论上已经独树一帜的结论。

实际上,不论是中国还是美国欧洲日本,本来就没有谁的地震预报方法更好,谁超越谁的问题只要相信并实施现代科学,也就是根据可观测、可检验的证据进行逻辑的推演得出结论,那么几乎可以确定的说,现在我们人类还没有找到一种方法,能提供足够多的证据,表明我们已经能在确定的时间能做出确定的地震预报的结论

值得一提的是,美国地质调查局的答疑中并没有有些论者指出的悲观末世论的“人类永远不能预报地震”的态度。上述南方周末编译的答疑随后指出,“在可预见的未来他们不知道如何预报,并且也不打算知道。不过,借助科学数据,科学家可以计算出未来将发生地震的可能性。比如,科学家预测在未来30年内,旧金山湾区发生一次重大地震的概率为67%,而南加利福尼亚的概率是60%。”在笔者看来许多人说美国人不能预报地震不能成为中国不能预报地震借口的时候,并没有仔细看后面这些概率推算,在现有科学水平下,给出这样的概率,恐怕已经是把不确定性的事情的确定性提升到一个很高的层次

也正是根据“以可观测、可检验的证据进行逻辑的推演得出结论”这一没有国界的原则,我们可以比较放心地说,今日我们看到的大多数声称做出了地震预报的提法并没有真正的符合科学地做出预报。比如,有一位地震局退休的研究员,声称发现了地震发生的规律,即“6级以上大地震的震中区,震前1-3.5年往往是旱区。旱区越大,干旱时间越长,相应的震级越高”的统计规律。

但是我们在现实生活中,看到1-3.5年发生大旱灾但是没有地震的地区比比皆是。即使我们回过头来,看到那些发生地震的地区的确在这个时间发生了旱灾,我们也难以把旱灾地震两者建立起因果关联

类似于此的提法还包括“汶川大地震发生的日期可能与天文因素有关,并提醒6月初两个强天文潮汐值得关注”。我们可以不懂什么叫做强天文潮汐,但是我们同样可以推测出,发生强天文潮汐的几率恐怕比强地震次数多得多。

那么,假如我们没有那么多科学知识,该如何判断那些地震预言、预报的真实性呢?如果我们愿意把地震预报作为一个科学问题,还是有很多科学界的惯例来遵循,帮助我们做出判断。这些惯例同样没有国界。下面只是其中的一些供读者参考。

第一,重大信息特别是突发性事件的重大信息需要有符合发布该重大信息的相关机构。这一点中外皆如此。如果我们看到重大信息没有来自相关部门至少我们需要存疑并考虑其原因

第二,科学是科学,道德是道德,政治是政治。当我们看到那些声称自己预测出地震的人在道德上谴责地震局的时候,我们虽然不必拒斥这些说法,但是也要留心仔细观察。与此类似,我们见到那些谴责“美国人不能预报地震,怎么中国人也不能”的各种说法时,我们也要警惕,认真分辨其中哪些是合理的逻辑推测,这一点不光在地震预测上,在其它的科学领域中也一样。

第三,科学界的基本规范是论文或者正式学术会议的会议报告,这代表着学术共同体的认可。也许诸如地震这么紧急的事情来不及发表论文,但是至少要看看,作出声明的人是否是经常在权威的、同行评议的学术刊物上发表过类似论文没有一项研究是平白无故冒出来的作出一项重大预测,即使其预测本身来不及发表,其用来预报的方法也应该是科学界认可的在这方面,笔者编著的《全球化时代的科学传播》一书,收录了方舟子的“如何识别真假科学新闻”一文,有非常实用的参考价值发表在同行评议的学术刊物是非常重要的,因为编辑们也不能具有该领域全部知识,而相关专家(审稿人)的认可,才代表着科学界的认可

第四,如果我们有时间,我们还要看看做出重大声明的人,不论是在学术刊物上还是在博客或者是非正式的网络上(后两种情况更多)发表的论文是否建立在公认的科学理论的基础上我们可能不懂得这些理论,那至少可以看一看文献索引部分,是否引述了那些他人在权威刊物上发表的论文。笔者看到的一篇描绘“强潮汐周期、地球自转加速度的变化与特大地震的对应关系”的文章,在14个文献索引中,11个是引自作者自己以前撰写的文章,另外3个是通讯社的电稿,这足够说明这样一项“研究”是非主流的,其可靠性要打上一个很大的问号。

上述工作可能显得比较麻烦,但是为了确保重大信息的精确性,恐怕我们只能付出更多的劳动,这一点,同样没有国界。

 

作者单位:科学与发展网络 (SciDev.Net)。该机构是一家来源于英国《自然》杂志的报道发展中国家科技和促进发展中国家科学传播的网站

 

本文引用地址: http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=28786

* 本文仅代表博主个人观点,与科学网无关。

 

当前推荐数:4    

[16] 标题:

发表评论人:[游客]回复12 [2008-9-18 19:23:23]   

"徐道一博士认为地震是可以预测的汶川地震事先已有精确预测" -- 这徐道一博士显然是个骗子。要不这厮该下地狱:事先已有精确预测,却到事后才说,忍心让这么多人遇难!

 

[15] 标题:

发表评论人:[游客]po [2008-9-10 16:22:50]   

有人利用地震云也可准确预报….并且有背后的理论…..你们如何看….有证有据
zhonghao 地震云-> http://earthquakesignals.com/zhonghao296/imageindex.htm
台湾地区人士-岩浆气象学
http://blog.sina.com.tw/dd8dd8/article.php?pbgid=43688&entryid=579215
给这些人多一些时间,不要再批评人,难道又要重演古代盲目认同地心说,极力反对日心说事件吗?又要像古人不同意牛顿的F=ma ,又要这些人花心力在研究之外的事吗?

 

[14] 标题:

发表评论人:[游客]科学革命 [2008-7-1 21:18:43]   

文章作者无知!寓懣!为漏报汶川地震找借口!

 

[13] 标题:

发表评论人:[游客]dd [2008-6-22 8:32:12]   

一些岩石在特殊情况下会释放水,二氧化碳等这些会起到润滑作用

 

[12] 标题:主题已经被科学网删除!

发表评论人:已删除 [2008-6-21 19:01:33]   

此评论已被科学网删除!

 

[11] 标题:地震不可预报,但可预知

发表评论人:[游客]shjzhcaojl [2008-6-21 8:39:51]   

《灾害学》杂志,2006213):81-84
总结以上几种预测结果,可以看出从灾害信息来讲,2007年和2008年的灾害信号比较强,尤其是2008 年更符合已有地震资料的统计规律,因此,川滇地区下(几)次可能发生≥6. 7 级地震的年份为2008 年。

 

[10] 标题:

发表评论人:[游客]Someone [2008-6-20 22:22:40]   

首先,博主的知识结构决定了您的认知取向,我想博主看过的关于地震的专业文献可能并不多;其次,方舟子的话可能实在不能有什么太好的参考价值;第三,个人认为科学与发展网络,以及科学报道沙龙,应该是为更多的人提供一个交流的平台,而不是告诉记者或者读者什么是对的,什么是错的望博主慎思,切忌哗众取宠

 

[9] 标题:预测?预报?

发表评论人:[游客]bigmouth [2008-6-15 9:41:31]   

同意贾先生的观点。我认为predict译为预测比较准确,和预报相差太远。预报必须提供时间,震中地点,强度等等,现在显然做不到。即使100年后真的能预报地震,和目前的防震工作也毫不相关。与其指望地震能预报,倒不如出台措施保证新建筑物能在8级地震时不塌。

 

[8] 标题:也行将来行,但现在还不行

发表评论人:[游客]官科 [2008-6-13 14:38:30]   

地震也许将来可预警预测预报,但现在还不行.
请问那一位民科准确地预警预测预报这次的大地震?
都是事后猪
---!
博主回复:非常赞同您的观点,我看到的情况是某月某日密件呈送某某机构。查无对证。

 

[7] 标题:先生可是识时务者呀!

发表评论人:[游客]谢文武 [2008-6-13 13:47:52]   

说地震不可预警预测预报,最讨洋人喜欢,最受领导欢迎.少做事,多睡懒觉还能升官发财,多好!哪些认为地震可一预警预测预报的学者是苯蛋,累死不讨好.预测对了,是碰巧,还是骗子.先生可是识时务者呀!
《早期急性白血病论坛http://club.xilu.com/jst123》和中医发热论坛http://club.xilu.com/jst1111版主:
峨眉山市济生堂 谢文武
2008.6.13
博主回复:本人没有说地震不可预警预测,只是说现在不可短临预报,这是科学界的共识当然,您讲的领导喜欢这也许没有错,但是科学共同体应该有的逻辑是不论领导喜欢不喜欢,都应该坚持科学界共识。不能因为这一次领导喜欢了就说不可预报,下一次(我们假设举例南水北调)领导喜欢说不会引起血吸虫北移就说不会,尽管后者已经成为很多人的共识。

 

 

[6] 标题:

发表评论人:[游客]古庵 [2008-6-13 11:54:39]   

请贾先生看看2008610日〈燕赵都市报〉第6版,〈“中国地震观测第一井”兴衰记〉,就知道中国观测预报地震的水平了
博主回复:刚刚拜读您说的文章。但是正如我文章中谈到的那样,得出科学的结论之前需要看科学界的共识,所以尽管本人是媒体人士,但是在涉及到要得出科学结论的时候,不会依靠媒体对一件事情的报道。但是谢谢您为我提供了一篇文本分析的样本。

 

[5] 标题:

发表评论人:heimao20079 [2008-6-13 9:36:12]   

向贾先生推荐一篇文章:地震预报,路在何方?http://www.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2008/6/207374.html

看看我国地震研究的各个方向的进展。看看为什么没有预测出来是不是把一些很好的方法丢弃了,例如地应力法,现在只剩下了测震方法。而测震方法在日本,美国和中国的使用效果并不好。

现在一味的宣讲不可预测,却没有勇气正视地震局在地震研究策略上的问题。大家真正着急的问题是在这里。

 

[4] 标题:建议

发表评论人:刘玉平 [2008-6-12 21:06:39]   

贾先生的出发点是好的,但不要人云亦云,建议您看USGS的原文吧。“Can you predict earthquakes?”翻译成人类能否预报地震?,是否妥当;或者参考本人博文新闻媒体,请在科学问题上实事求是!” http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=28388
不当之处,请直言指教!在此博客上,本人是唯一(别人说的)自荐而且写致谦信的。

博主回复:感谢刘老师的指导。我看了您的这篇博客,非常赞同您指出的翻译问题。这里的确说的是USGS预报地震的问题而不是人类预报的问题,而且翻译的时候如果能把原文中的现代时语气表述出来就更好,即USGS的原文中没有体现出永远不能预测的意思但是对于后面您表述的意思,我并不完全认同。因为不论是美国也好,中国也好,日本也好,不能(短临)预报是确定的事实,我觉得辩证唯物主义也“告诉”我们,结论一定要建立在证据上,而现有科学文献的证据不能表明,美国不行中国就行
看到刘老师是从事地球化学研究的,我也发现了几篇地球化学方面与地震前兆相关的研究,其中一项是地下水化学组分在强震活动下的突变,发表于《安全与环境学报》2007年第四期,其中指出,在唐山地震等过去40年来的地震中,最早在震前两年,临近震区的地下水化学组分已经发生了很大变化,尤其是氡元素,而且异常变化时间持续到地震结束后一年。《地 与研究》200412期的一项研究粤闽地区水化学地震前兆异常特征分析也揭示了其它元素类似的变化。不过作者们都很谨慎,指出现在这些水分变化不足以用于地震预测,因为第一不能完全排除其它因素,第二无法得出准确的时间地点,只能作为参考。

 

[3] 标题:

发表评论人:Bobby [2008-6-12 18:32:02]   

我将您的文章贴到"留言板"中推荐,如果能将文章中引用别人的部分注明出处,效果将会更好.可能您担心别人会反击您吗?有顾虑.
博主回复:是的。这些引用部分我都留有记录,如果您感兴趣,可以给我发邮件。jiahepeng@263.net。其实对于许多民科,我从个人角度非常尊敬,佩服他们的奉献精神,所以不愿意做出伤害。不过作为记者和科学传播的推动者,在中国科学新闻还非常缺乏规范的情况下,我又必须努力推广基于证据的科学报道(尽可能建立在同行评议的文献基础上)。

 

[2] 标题:文章靠谱

发表评论人:Bobby [2008-6-12 18:18:48]   

我是外行,但听起来有理.特推荐一次.

 

[1] 标题:

发表评论人:scibbszb [2008-6-12 16:47:12]   

中国以前重视地震预测,在70年代成功预测过7级以上地震!现在的情况是,高层被不可预测论思想左右,对预测工作毫不重视,由此导致了对地震的茫然!!!----不重视地震预测是绝对错误的!
博主回复:不是高层被不可预测论思想左右,而是认识到了科学共同体的共识。

 

记录总数:16 总页数:2 当前页:2      93[1][2]4:

作者:邸利会 来源:科学新闻杂志 发布时间:2009-8-13 10:11:31
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地震“预报”学术评价
 
编前语:
 
学术评议本来是再正常不过的事情,但对于地震预报这一问题,接受本刊邀请的诸多科学家都表示“非常有压力”。
 
但既然是发表在正式学术刊物上的文章,至少就应该接受同行的检验。如果连这点都不存在的话,所谓的科学的公正性又如何体现?本刊选出了22篇支撑“地震预测术”的研究论文(其中一部分不能算是真正意义上的论文),如参考资料所列。以下所载是对这些论文的评议意见。
 
中国科学院院士、地质与地球物理研究所研究员姚振兴:
 
对于几篇文章(7、15、17、20),我认为,地震预测的问题到现在也没有解决,通过气象能达到预测的目的,基本上是不行的。但是,我经常见他们报到地震局。地震预报要有完整的三要素,他们基本都是马后炮的做法,不可能真正预测准确,他们预测的位置和时间都相差很多。对于我来说,不相信他们作的这些事情。他们声称预测了唐山地震等,都是似是而非的,实际并不是他们预测了什么。震级相差一个级别,破坏程度要差一个数量级,精确预测是很难的。依靠月亮等天体的引力的一些东西作为预报依据也基本不可能,因为月亮是对整个地球的,并非对应地球的某个点发生作用。地震预测到目前还是没有解决的难题。
 
天气预报会通过测量、方程计算等方法在一定程度上作出来,但地震到底要测量哪些量都不清楚,对于一些前兆和地震到底是什么关系也不清楚,无法预测。天气因素,如旱涝和地震的关系基本不大。对于他们的论证逻辑,我不太欣赏,因为地震毕竟是一个物理过程和地质过程,而他们的东西太玄乎。对于他们提到的东方科学,我认为所有科学都是一样的。
 
中国地震局地球物理研究所研究员丁志峰:
 
已经读过这些文章(15、17、18、21),这个仅仅是通过现象提出的假说吧。就统计上而言,灾害少,地震也少,缺乏大样本量的统计。目前整个地震的预测都没有过关,而造成地震的真正的原因不是很清楚。
 
中国科学技术大学地球与空间科学学院教授倪四道:
 
已看过这些文章(1、11、13、14),地震预测问题是非常重要也是非常困难的问题。固体潮伴随的应力变化而触发地震的研究一直有争议,正反观点都有,目前没有确定的结论。固体潮触发地震的结论具有统计学的基础,但是固体潮与地震发生的相关性并不显著,似乎只比50%大了一些。基于前震的地震预测是地震学界认可的指标,但是前震有广义及狭义两种。狭义的前震(离主震非常近的、机制类似的前震)对于地震预测效果较好。其它的地震预测指标我不是这方面的专家,无法发表意见。地震不能预报这个断言,我不认可。科学的发展,会使我们更深入地理解地震孕震过程。当我们理解了孕震过程后,我们才能知道地震是否能预报。
 
成都信息工程学院大气科学学院教授李国平:
 
这组文章(15、17、18、20)论文格式还算较规范,但比较单薄,不够系统、详实。对天文、地质构造、地震带方面的论证比较好,起码有一些定量的分析,有一定的逻辑性和可信度;但对与气象灾害的关系、物理机理则分析得很不够,推测、牵强的成分很重,有一些关于气象学中天气系统和大气环流系统的论述不够严谨、专业。
 
建议根据地震——气象系统现有观测资料开展一些客观、定量的统计研究,还要分析系统在空间尺度上的关系(如龙卷风是中小尺度,西太副高是行星尺度),并且对于提出的地震——气象灾害之间的关联以及预测,进行全面客观的检验、评分,不能只讲预测成功的例子;应给出一段时间内,应用某种方法得出的完整的预测准确率(包括空报、漏报)。
 
中国地震台网中心一位不愿意透露姓名的专家:
 
冯向东、魏东平的“地震活动性与日月引潮力相关性统计分析”,该文对天体对地球的作用,以及统计分析上做了大量工作。但存在的主要问题是没有考虑地震本身的情况,因此,虽然样本量很大,但结论是不正确的。实际上,国内外一些研究都采用类似方法,却得到地震活动性与日月引潮力无关的结论。建议参考Cochran等人的方法对地震进行分类及量化分析。从物理学角度分析,笼统将所有东西放在一起,是得不到有用的结果的。
 
李勇的“太阳系天体位置、固体潮与地震预测”存在如下问题:太阳系中各天体对地球的作用是通过固体潮的作用反映出来的,月亮和太阳作用占的比例非常大。
 
因此,天体的作用最好是通过固体潮来表征,而不是用位置,后者突出了其它天体的作用。另一个问题是即使是北京一个较小区域,地震类型也有差别,也应分别考虑。最后是天体作用是个外因,对地震发生时间有一定作用,但与发生多大地震本质上没有多大关系。
 
任振球等人的“大地震临震预测的研究进展”是将很多东西放在了一起。首先,天体(包括月亮)对地震的作用有很多研究成果,对预测发震时间是有用的,但地震是否在这个时间发生取决于地震所在地区的介质是否已接近破裂,仅有这个因素是无法作地震预测的,最简单的,每个月均有一次最大、最小值。而地震接近发生时,震源区会出现一定异常,包括地应力突跳、地电和地磁异常、卫星红外异常、重力高频脉冲等在一些地震前能够观测到,也是目前地震预测使用的方法。
 
现在主要问题是每次地震前表现形式并不一样,即不是一一对应。地震前有一些慢破裂现象,目前已有所观测,但有待深入研究。这可能是产生上述前兆现象的原因,但是否可产生传播距离很远的次声波异常,并没有公认,但也不要否认。
 
不过,利用虎皮鹦鹉跳跃次数报地震就存在很大不确定性。不可否认,某些动物可能对一些频段的波比较敏感,但动物本身一些其它行为的排除是很难的。上述的一些仪器观测在实际工作中也在做,但综合起来达到40%的成功率是不可能的。
 
(本文由实习记者邸利会整理)
 
参考资料:
 
1.任振球,李均之,曾小苹:《大地震临震预测的研究进展》,地学前缘,2001年第2期。
 
2.任振球:《突发性特大自然灾害触发因子的发现及其物理研究方案》,中国工程科学,2004年第12期。
 
3.任振球:《走中西两种文化优势融合道路争取实现地震预报的突破性进展》,国际地震动态,2005年第5期。
 
4.任振球:《用天地耦合方法预测重大自然灾害》,科学决策,2008年第4期。
 
5.任振球,孙丽娟:《从科学观反思汶川特大地震的深层次教训》,前沿科学,2009年第1期。
 
6.龙小霞,延军平,孙虎,王祖正:《基于可公度方法的川滇地区地震趋势研究》,灾害学,2006年第3期。
 
7.徐道一,王明太,耿庆国,汪纬林:《翁文波院士的信息预测理论体系的创新性及其意义》,地球物理学进展,2007年第4期。
 
8.杨杰,李爱群:《之质疑》,东南大学学报,2008年第4期。
 
9.高伟,许绍燮,刘蒲雄,彭克银:《地震与太阳、月亮位置的关系(一)——强震孕育区广义前震序列的某些时间特征》,地震学报,1996年第1期。
 
10.高伟,许绍燮,刘蒲雄,彭克银:《地震与太阳、月亮位置的关系(二)——强震孕育区广义前震序列的某些时间特征》,地震学报,1996年第3期。
 
11.E. S. Cochran, J. E. Vidale, S. Tanaka;朱大庆、邹本良译:《地球潮汐能够触发浅源逆冲断层地震》,世界地震译丛,2006年第2期。
 
12.冯向东、魏东平:《地震活动性与日月引潮力相关性统计分析》,国际地震动态,2007年第5期。
 
13.李勇:《太阳系天体位置、固体潮与地震预测》,中国科学G辑 物理学 力学 天文学,2005年第3期。
 
14.郭增建、韩延本、吴瑾冰、郭安宁:《固体潮与矿井坍塌事故》,内陆地震,2004年第4期。
 
15.郭增建、荣代潞:《从地气耦合讨论某些天灾预测问题》,自然灾害学报,1996年4期。
 
16.郭增建:《地球系统科学提出前我国科学界的某些思维》,灾害学,2005年第1期。
 
17.郭增建,郭安红,张颖:《孟加拉特大风暴潮与滇缅地区大震的关系》,灾害学,2007年第3期。
 
18.郭增建:《我国天灾预测的综合地球物理研究》,地球物理学报,1997年第40卷增刊。
 
19.郭增建:《穴位论与地球物理灾害链》,地球物理学进展,2007年第4期。
 
20.郭增建、秦保燕、郭安宁:《灾害互斥链研究》,灾害学,2006年第3期。
 
21.高建国、王涌泉、郭增建等:《印尼苏门答腊三次大地震与中国珠江洪水关系的研究》,地球物理学进展,2007年第4期。
 
22.门可佩、高建国:《重大灾害链及其防御》,地球物理学进展,2008年第1期。
 

 

 

学者刘玉平 发表于2008-6-9 15:42:46
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时评闲论

[原创*杂谈]新闻媒体,请在科学问题上实事求是!

新闻媒体,请在科学问题上实事求是!

刘玉平

        200866,《南方网》上的一则新闻美国地质调查局:人类不能预报地震http://news.southcn.com/china/zgkx/content/2008-06/06/content_4428100.htm ),在网络上广泛传播。追根溯源,该则新闻来源于美国地质调查局USGS网站上常见问题FAQ栏目地震Earthquake条目,《南方网》的记者从约300个问题中,选取了12组问题与回答翻译汇编成文。将其中的一个问题“Can you predict earthquakes?” 你们能预报地震吗?),以偏概全地翻译为人类能预报地震吗?,并作为本则新闻的副标题。

 
    辩证唯物主义告诉我们,客观世界是可以认知的。人类认知客观世界,是一个历史的过程。地震预报,是人类认知客观世界的一种具体形式,是一个严肃的、全人类关注的科学问题。目前,世界各国无数地学研究者正在致力于地震预报的探索,并已在中长期预测领域取得了一些有意义的进展。在这种情况下,USGS网站上具有科普性质的常见问题解答,能代表USGS的官方认识吗?能代表美国地学界的认识吗?能代表世界各国地震研究者的认识吗?能代表全人类的认识吗? USGS网站认为现在开展地震预报还存在较大难度,并不等于其他国家不能预报地震,更不能说明人类不能预报地震!

    新闻媒体,请在科学问题上实事求是!

主要相关链接:

1、《南方网》200866美国地质调查局:人类不能预报地震(注:USGS上的问题是你们能预报地震吗?Can you predict earthquakes?))http://news.southcn.com/china/zgkx/content/2008-06/06/content_4428100.htm

2、美国地质调查局网站(USGS“FAQ”(常见问题)“Earthquake”(地震)条目 http://www.usgs.gov/faq/list_faq_by_category/get_questions_for_category.asp?category_id=5

 

本文引用地址: http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=28388

* 本文仅代表博主个人观点,与科学网无关。

 

当前推荐数:4    

[6] 标题:翻译问题有道理,后面则需要商榷

发表评论人:jiahepeng [2008-6-14 9:08:43]   

感谢刘老师。非常赞同您指出的翻译问题。这里的确说的是USGS预报地震的问题而不是人类预报的问题,而且翻译的时候如果能把原文中的现代时语气表述出来就更好,即USGS的原文中没有体现出永远不能预测的意思。但是对于后面您表述的意思,我并不完全认同。因为不论是美国也好,中国也好,日本也好,不能(短临)预报是确定的事实,我觉得辩证唯物主义也“告诉”我们,结论一定要建立在证据上,而现有科学文献的证据不能表明,美国不行中国就行
看到刘老师是从事地球化学研究的,我也发现了几篇地球化学方面与地震前兆相关的研究,其中一项是地下水化学组分在强震活动下的突变,发表于《安全与环境学报》2007年第四期,其中指出,在唐山地震等过去40年来的地震中,最早在震前两年,临近震区的地下水化学组分已经发生了很大变化,尤其是氡元素,而且异常变化时间持续到地震结束后一年。《地 与研究》200412期的一项研究粤闽地区水化学地震前兆异常特征分析也揭示了其它元素类似的变化。不过作者们都很谨慎,指出现在这些水分变化不足以用于地震预测,因为第一不能完全排除其它因素,第二无法得出准确的时间地点,只能作为参考。


博主回复:谢谢贾老师点评!
在地震预测(预报)方面中国处于世界领先水平的,据初步统计,我国比较成功的地震短期预测(预报)已有十余次。但是,得到国际(其实以美国为主)认可的只有海城地震。
本人在中国科学院地球化学研究所工作,偏重于基础地质方面,主要从事区域成矿学、变质-变形地质学与前寒武纪地质学、资源综合利用和同位素年代学等方向的研究。惭愧的是,文章不多,应当加倍努力!

 

[5] 标题:

发表评论人:[游客]不是不能自荐 [2008-6-10 10:12:40]   

不是不能自荐,而是不要强奸民意,大家希望看到公认的好文章,早就发现你的文章点击率只有一点点时就有推荐票数,你自己说说你自荐了几票?靠着自荐来博取点击率在这个网上大概只有你一个吧。另外穿不穿马甲是我的自由。坦白说来我不是科学网的注册用户,因为达不到你们这样的学者档次,注册也不被批准。但这个科学网不是只有你们这样的学者才关注的所以穿着马甲说话也是迫不得已,敬请谅解。


博主回复:谢谢!
人不怕犯错误,怕的是知错不改!本人脾气倔,对就要对个清楚,错就要错个明白。鉴于您的忠告,本人今天中午就写一份致歉声明。
游客也可以实名的啊,我又不是什么人物,害怕什么呢?

 

[4] 标题:几个关于方肘子的几个事

发表评论人:heimao20079 [2008-6-10 9:38:29]   

1方肘子是学生物的,现在却在媒体上大谈地*震不可预测,太奇怪了
2
本人曾在他的博客上回帖,主要是一些关于*震可预测的证据和思考,第二天,发现我的回帖不见了。可能是那些证据让他太不舒服了吧。那也不能删帖呀,太小人了
3方以反“伪*科学”斗士自居。反对学术界的不正之风,当然应该。但他却把一些有益的探索也一概打成伪科学,我不赞同。最近看了凤*凰的一虎一席谈,方质疑任振球的地*震预测是伪科学,问任有证据吗?当任振球拿出地**局的证明时,方却说这不能证明什么让人感觉方肘子很无赖
博主回复:您写错了,是方舟子不是方肘子

 

[3] 标题:昨天看了《对话》,谈几点感受

发表评论人:heimao20079 [2008-6-10 9:15:48]   

昨天看了中央二套的《对话》,谈几点感受:
1
。那一期节目应该叫《访谈》,或《一家之言》更恰当。
2
。不知道为什么把方肘子拉去。方肘子是学生物的,不是学地*震或研究地*震的,却在那里大谈地*震不可*预测,感觉太奇怪了。
3
。那个女预报员,谈到她不能送儿子去高考,几度哽咽。汶*川地*震那么多孩子遇难了,没见她在电视上表示丝毫愧疚。
4
。预报卡的事,说的不明不白。预报的误差也没有交代。

 

[2] 标题:我们不能预报地震

发表评论人:[游客]山人 [2008-6-9 16:24:57]   

USGS上的问题是读者问USGS的问题,这段文字是以USGS的名义回答提出的问题,因此这段文字翻译出来以后的题目应当是:我们不能预报地震。并非人类不能预报地震。
我个人认为地震能否预报这个命题是个伪命题关键在predict这个英文词并不等同于中文里的预报predict意味着对于时间、地点、震级进行准确的预言,而中文里的预报也包括对某一地区长期内发生一定级别地震的可能性的预言。
严格意义上的科学只研究可以重复,可以预言并证实的事物,每一次地震都是不可重复的,完全不同的,任何研究只能得出概率性的结果,因此是不可以predict的。


博主回复:谢谢山人先生点评!
此处的“地震”是泛指,而不是特指

 

[1] 标题:

发表评论人:[游客]学风不正 [2008-6-9 15:45:06]   

主要相关链接:3、刘玉平. 也谈地震是否可以预测” http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=28201
这就是所谓的自引吧。

博主回复:学风不正先生,已删除该引文,谢谢指正!

 

 

记录总数:6 总页数:1 当前页:1

93[1]4:

 

 

作者:王中宇 来源:科学时报 发布时间:2008-6-10 0:0:8

http://www.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2008/6/207374.html

 

地震预报,路在何方?

 

 “科学理论不应该只是已知世界的家政服务员,一种好的科学理论还应该是一把用来开启未知世界大门的钥匙。”

 

地震到底能不能预报?汶川地震后出现了对立的声音:一方搜索各种相关文献,将那些警告龙门山地震危险的文章一一公布,以证明地震局失职;一方则以科学权威的身份指出,在现今科学水平下,短临预报成功率很低,即使人们津津乐道的海城预报,也有“运气”的成分,现在不应对预报(尤其是短临预报)寄以不切实际的希望,而应在地震监测网站上加大投入,以期若干代人后,或许能攻克这个世界难题。

 

看来,地震预报是个尚未取得共识的学术领域,让我们从研究思路着眼,领略一下学者们在这条道路上走过的艰难历程。

 

回顾过去的地震预报研究,可以识别出研究中的三类主要思路。

 

思路一:构造运动

 

地下岩层突然发生断裂,在极短时间内释放出大量的能量,产生了地面位移和错动并辐射出地震波。构造地震就是这样产生的。这个概念叫做地震的断层成因论。多数地震学专家对此都无异议,差不多已成定论。

 

至于断层的产生,一般都假设是由于构造运动使地球内部的切应力慢慢积累并在某些地区集中。当积累的应力超过一定限度时,便产生了断裂。这样,地震活动性就与最新大地构造形态发生了联系,即是说,地震应发生在构造差异运动最显著的地区。

 

沿着这一思路,地震预报的基础是摸清构造运动的态势。1967年初,李四光提出要调查和鉴定现今还在活动的构造带和构造体系,确定活动的程度和频度,进行地应力场的分析,找出确有发生地震危险的地带或地区。1970年编制完1400万《中国主要构造体系与震中分布图》。成图后,在20世纪70年代,我国发生7级以上地震共l4次,其中有10次发生在该图预测的危险区域或边缘,即该图覆盖了71%的强震发生区域。此次汶川地震就发生于早已发现的龙门山断裂带。

 

摸清断层分布后,就需要检测各板块或地块的相对运动,发现那些挤压或拉伸最强烈的断层,它们可能就孕育着地震。

 

由于当时的技术手段还无力精确、可靠地监测板块或地块的相对运动,可行的选择是监测这种运动的后果——应力异常。邢台地震后,地质部地质力学研究所在李四光指导下,立即在河北隆尧尧山建立了压磁地应力观测站。到1976年唐山地震前后,我国共建立110个地应力观测站。

 

1966322日河北宁晋发生7.2级震,震中烈度10度。震前十几小时,尧山压磁地应力观测站获得了一个突然加压,地应力曲线呈“膝”状的压力信号,提示了地震与地应力异常的相关性。

 

1969年谢挺通过河北省里坦镇一个4级多地震地应力状态变化,在世界上第一个提出:地应力曲线的“凹兜”异常主应力方向可以指向震中,多台可交汇震中。

 

1971年一季度,地震地质大队运用“凹兜”负异常及其异常主应力方向交汇震中区,基本正确地预报了在山西、河北交界南段发生的34级左右的地震(222日黎城43级地震、31日临城4.4级地震、316日巨鹿4.0级地震),当年6320时,地震地质大队向中央地震办公室上报《地震预报登记卡》:

 

时间:197164日~6l2日。

 

地点与震级:

 

1.昔阳、长治、平遥、临汾连线范围发生5级左右或3.54级震群。

 

2.渤海地区(包括辽宁、长海)发生4级左右。

 

结果是197165日发生了4.8级和5.2级地震,震中距昔阳30公里。这是中国及世界上第一张预测破坏性地震三参数基本正确的文字地震预测记录。

 

200412月,中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室尹祥础在《力学与实践》第26卷第6期上发表《地震预报的新途径加卸载响应比理论》,提出:

 

“地震的孕育过程就是震源区介质的损伤、演化、破坏过程。这一过程主要是力学过程,抓住这一点就抓住了问题的本质。”

 

“如果材料的受力单调增加,材料将分别经历弹性变形、损伤、失稳等过程。弹性变形的最本质特征为其可逆性,即加载过程和卸载过程是可逆的,因而,其加载响应率和卸载响应率相同,损伤过程的本质特征与弹性过程相反,具有不可逆性,反映在本构曲线上,其加载响应率大于卸载响应率,这种差异反映了材料的损伤或劣化程度。”

 

他用岩石作破坏试验,以岩石在压力下的声发射作为响应,计算其加卸载比。试验证明,在弹性变形区间,加卸载比在1附近波动,在试件破坏前夕加卸载比显著上升。论文提供了用此法预测1990~2002年底北京地区4.5级以上地震的效果,预测的准确率高达80%。

 

类似地,民间学者孙威也从岩石破坏试验和加载、卸载角度研究,但他选择的“响应”是用自制仪器记录的地应力,并用多个站点交汇出可能的震源。

 

思路二:由前兆找机理

 

第二种思路认为构造运动不足以解释地震,应从前兆与地震的对应关系中寻求其他解释。

 

美国地震学家李克特在《地震学初步》中就指出过,真正伴有明确的成因断层的大地震,观测到的并不很多,典型的有日本浓尾地震(1891年)和美国的旧金山地震(1906年),但是更多的大地震是找不到成因断层的,看到的断层多半是次生的,即是说,它们是地震之“果”,不是地震之“因”。

 

1976年的唐山大地震时,人们在震中区发现了很长的断层,但是在断层上打钻,证明它是很浅的。一个很浅的断层,即使很长,也未必能产生那样大的地震。所以它很可能只是地震的次生现象。

 

根据断层成因的概念,大地震应该发生在大地构造差异运动较强烈的地区,因此地面上可以观测到的构造差异运动的痕迹就成了估计一个地区的地震危险性的一种判据。但事实上,大地震往往并不发生在有明显差异运动的地方,1966年之前,邢台地区就未发现明显的构造差异运动。

 

虽然几十公里长的断层所释放的能量是可观的,但分布得也很广。如何能集中在局部地区以产生山崩地裂的破坏,其物理机制也还不清楚。(见《傅承义谈地震》1988年《科学》322期)

 

这次汶川地震,我国在构造运动方面的监测能力已大大增强,2001年启用的中国地壳运动观测网络正式运行7年,每年超过0.5毫米的移动就能测出。据美国地质勘探局地震学家露西尔·琼斯称:龙门山断层带属于活跃断层,以每年若干毫米的速度在移动,今年的研究记录显示,它今年来每年移动15毫米。(《美国地震专家:短期临震预报是世界性难题》2008520日新华网北京)

 

尽管如此,在516日人民网强国论坛的访谈中,中国地震局原副局长何永年仍表示:

 

“对于地震预报来说,研究人员有发现地震前兆的手段,但是通过对地震记录的研究表明,汶川地震确实在震前没有异常前兆。”

 

看来地震预测不能吊死在一个理论假说上。

 

傅承义院士于1971年提出关于地震成因的红肿假说:震源区是破裂区,前兆异常场区域是红肿区。根据这样的假说,地震预测的重点应是寻找与地震相关的前兆信息,并试图作出解释。

 

北京市地震队耿庆国从史料中寻找地震与气象的关系,发现:

 

6级以上大地震的震中区,震前13年半时间内往往是旱区。旱区面积随震级大小而增减。在旱后第三年发震时,震级要比旱后第一年内发震增大半级。”

 

197211月,在山西临汾召开的地震科学讨论会上,耿庆国据此提出了“旱震关系大地震中期预报方法”。他对旱震关系的解释是:因为地热的变化,引起不容易降雨。事实上有相当多的地震前兆研究在关注地表热辐射。

 

1975115日,在全国地震趋势会商会议中国东半部组讨论会上,傅承义认为:

 

“旱震关系是红肿假说的最好的证据——震中所在的特旱区是红区,而大面积旱区则是肿区。”

 

耿庆国据此作出了一系列的大震的中期预报,涉及的地区包括北京、天津、石家庄、太原或包头、张家口、唐山、沧州、邯郸、介休、大同、银川、固原,以至于被人称为“敢报大震的人”。

 

旱震关系解决的是中期预报,耿庆国又从气象角度研究短临预报的方法,19755月写了第一篇有关论文,在北京市地震队内外进行交流,正式提出地震前30天内的短期临震气象要素五项指标异常的概念、特征及其震例。他据此预测了唐山地震,时间在30天范围内,地点在京、津、唐、渤、张地区。

 

其实,民国年间《重修隆德县志》总结出的“地震之兆约有六端”,也属此类:

 

一、井水本湛静无波,倏忽浑如墨,泥渣上浮,势必地震。

 

二、池沼之水,风吹成谷荇交萦,无端泡沫上腾,若沸煎茶,势必地震。

 

三、海面遇风,波浪高涌,奔腾萍淘,此常情。若风日晴和,台飓不作,海水忽然绕起,汹涌异常,势必地震。

 

四、夜半晦黑,天忽开朗,光明照耀,无异日中,势必地震。

 

五、天晴日暖,碧空晴静,忽见黑云如缕,蜿如长蛇横亘空际,久而不散,势必地震。

 

六、时值盛暑,酷热蒸腾,挥汗如雨,蓦觉清凉如冰雪冷气袭人,肌之为栗,势必地震。

 

其中的“天晴日暖,碧空晴静,忽见黑云如缕,蜿如长蛇横亘空际,久而不散,势必地震”,以后就发展为“地震云预测法”。有了卫星云图后,就有人专门观察卫星云图,试图寻找地震的征兆,如民间学者寿仲浩,还曾连续在网络上公布自己据此作出的预报(http://quake.exit.com)。

 

“九五”期间,我国还在华北、西北、西南等地建立了卫星遥感观测站,接收卫星图像数据,开展相应区域的热异常监视。这或许可视为“红肿假说”的新实践。

 

沿着这一思路,还有很多研究方向,如地电、地磁、地形变、地下水、动物行为异常、磁暴、天文等等。

 

思路三:数据导向

 

1996年,美国学者S.G.Eubank从复杂性科学角度研究地震预测问题,他提出:传统物理的建立模型是试图依据在小尺度范围内得出的物理学定律来解释和预测大尺度事物的性质。对于复杂系统来说,上述方法不大适用。他提出应建立从数据出发的模型(data-driven mode1),但没有提供实例和具体方法。

 

在我国的实践中,有人直接利用统计理论进行地震预测。如中国地震局地球物理研究所陈学忠,发现自1800年以来,四川地区7级以上地震发生的时间间隔平均约为16年,最长为34,最短为3,时间间隔在23年以下的占83%。自1900年以来,四川地区7级以上地震平均时间间隔为11年,最长为19年,最短为3年。

 

同时他还发现:1900年以来,在四川地区发生的77级以上地震或者是大陆地区的首发地震,或者是其他地区发生7级以上地震,然后再在四川地区发生7级以上地震。

 

据此他指出:

 

“从1976年以来四川地区已经26年没有发生7级以上地震,远远超出平均时间间隔,是严重缺7级以上地震的背景。在这个背景下于20011114日在青海—新疆交界发生了8.1级巨大地震,这很可能意味着四川地区下一次7级以上地震孕育已经接近成熟,在未来12年的时间内就可能发生!2003年起就有发生的可能。”

 

换而言之,自2003年起,四川就进入了地震高危期。(陈学忠《四川地区7级以上地震危险性分析》)

 

1966年唐山地震后,与李四光一同临危受命的翁文波,在分析大量历史资料和数据后,意识到客观存在的事件集可分为常态子集和异态子集两类。常态子集可用数学期望、方差、平均值、中位值等统计量表现;而重大灾害往往属于异态子集,需另有方法探索其信息结构。由此他提出了“可公度性”等理论,发表了《预测论基础》等一批专著。

 

1982年到1992年,他据此预测了60次国内地震,实际发生52次(占86.67%),平均时间误差41.75天,平均距离误差399.71公里,平均震级误差0.72;预测了70次国外地震,实际发生57次(占81.42%),平均时间误差48.35天,平均距离误差692.10公里,平均震级误差0.61

 

20069月《灾害学》第1卷第三期上,刊登了陕西师范大学旅游与环境学院龙小霞等人的论文《基于可公度方法的川滇地区地震趋势研究》,用“可公度法”对川滇地区强烈地震的历史数据进行推算与预测,得出结论:

 

“川滇地区下()次可能发生≥6.7级地震的年份为2008年。”

 

成都地震局的徐水森也用可公度法预测过四川的强地震活动。

 

三次攻关

 

中国大陆1976年以后出现了10多年的强震活动较弱的时期,使地震工作者可以有足够的时间总结经验、认真反思、深入研究。这期间地震局的工作集中体现在三次“攻关”上。

 

19831986年,“清理攻关”:对各种预报地震的理论基础、观测仪器、观测技术、方法效能作出了评价。在这次清理攻关的基础上,利用清理后的全国精密水准资料研究和编制了第一张全国地壳运动速率图。同时因精度不足基本上停止了水平形变测量工作。

 

19871989年,“实用化攻关”:对各种观测资料曾出现过的所有异常进行系统的统计分析,着重对异常出现之后,伴有和不伴有中强以上地震发生的正反两方面情况作了系统的对比研究。在此基础上编制了许多“实用化”软件。然而,由于对地震前兆的机理缺乏深入认识,地震预报的实际水平始终没有实质性提高。加之经费投入的原因,被认为是比较有效的垂直变形测量的规模也大大萎缩。重力测量也大为减少,定点和流动测量经过改造、新建和撤销,在较小的规模维持。

 

19911995年,“地震短临预报攻关”:重点放在寻找地震的“前兆标志”上,以图解决地震预报问题。其思路,是将各学科前兆的一般性特征标志综合起来,建立起“前兆标志体系”。有了各单学科的实用化的方法、软件,结合“前兆标志”,以及综合判别的“专家系统”和“前兆标志体系”,只要将观测结果输入计算机,输出的就是具体的预报意见。为此,广大地震工作者花了大量的时间和精力,但用于预测预报实践的效果却有限。

 

可以看出,历时超过10年的连续三次攻关,其目标是指向短临预报。

 

1972年,在全国地震工作会议上,马宗晋院士提出了渐进式地震预报模式:以7级左右地震的预报为目标,提出了长期(几年以上)、中期(几个月至几年)、短期(几天至几个月)和临震(几天以内)的预报分期方案,同时把震时和震后也列为两个必要的阶段,并整理了当时所知各阶段可能出现的主要前兆表现。由此,长、中、短、临渐进式预报思路初步形成。此后,这种模式成为全国年度地震形势研究的基本工作程式,延续至今,国外称之为中国地震预报程式。

 

197211月山西临汾召开的地震科学讨论会上,决定建立一年一度的全国地震形势会商会制度,对近一两年地震形势进行估计,并指导和协调近期的监测预报工作。这一措施推动全国地震预报工作进一步走向科学化与制度化。

 

海城地震与唐山地震的经验告诉我们,对于破坏性地震,有无短临预报,后果如霄壤之别。然而连续三次攻关,却未达到预期目的。地震学界普遍认为,其根源在于对孕育地震的机理认识不清。

 

目前,主流地震理论是从构造运动的角度研究地震。中国地震局地质研究所副研究员楚全芝等人在《中国大陆地震构造特点及其在地震危险性预测中的作用》(《地球物理学进展》第22卷第220074月)中描述了这种研究的进展和遇到的难题:

 

目前多数人接受将晚更新世以来有过活动的断层定义为活断层。一般认为,如果某断裂晚更新世以来不活动,那么就不会发生7级以上的大震,并且认为发生6级左右地震的可能性也大大减小。

 

然而,到目前为止中国大陆内部已知的活断层有数百条。随着活断层研究的不断深入,活断层的数目还在不断增加。据统计,中国大陆平均约一年半就有一次大震(M7.0)发生,如果要作出13年的中短期地震危险性预测,可能发生的地点仅有一至两个。若从这数百条活断层中挑选出一两个可能发生大震的地点绝非易事。因为这些都是活断层,彼此都处于同一个水平线上,缺乏进一步取舍的依据。若再考虑到相当一部分断层晚更新世以来是否活动还远远没研究清楚,特别是在第四系覆盖的隐伏区,预测发震地点的难度就更大。

 

文章给出了一级地震构造单元3个,二级构造单元7个,三级构造单元30个。

 

文章描述了各块体的活动性和地震危险性,比如指出:

 

“近十年来沿渤海——张家口——河套地震断裂带中强地震活动频繁。它是华北地区活动最明显的地震断裂带。如果在华北地区再次发生大震,那么发生在渤海——张家口——河套带上的可能性最大。”

 

而对川滇地区,关注的不是龙门山断裂带,而是鲜水河一安宁河一小江断裂带:

 

“川滇地区重点关注鲜水河——安宁河——小江地震断裂带。”

 

在这样的认识水平上,对中长期地震危险性的预测有一定的把握,而对短临预报确实无把握可言。而社会最需要的恰恰是短临预报,面临困局,地震界路在何方。

 

盖勒论战

 

1996年,盖勒(Geller)等人在《自然》和《科学》等杂志上连续发表文章,提出地震不能预报,盖勒认为:

 

“处于自组织临界状态的大地,任何一次小地震都有可能灾变为一次大地震”。而“小地震发展成为大地震将决定于不仅是其断层附近,而且是其整个(震源体)空间的物理状态的无数细结构”。

 

因为人们根本无法掌握深部无数细结构的临界状态,所以他认为地震根本不能预报。这在国际地震学界引发了激烈的争论。

 

1997319日,《科技日报》根据《科学》Vol.275等的文章刊出了题为《几位科学家联合撰文断言地震根本不能预报》的报道,将这场争论引入国内,并得到了地震学界主流学者的共鸣。

 

以下论述很能表现当今地震界对地震预报的主流认识:

 

浅层具有破坏性的地震都发生在十几至几十公里深度的地壳内,可以想象,那些大大小小的断裂都是经过漫长的地壳运动,当然也包含着若干次地震而生成的,显然,地壳运动可以产生断裂,断裂也可以引发地震。

 

人们尚无法取得震源区的岩石介质的性质、破裂强度、应力状态和积累速度,以及其随时间的区域演化状态,再者整个地壳都在运动,应力存在于地壳的每一点上,目前尚不能取得一个地区的应力图像及其随时间的变化,更无法取得更多地区的应力图像和变化,以及它们可能破裂发生地震的顺序,以及震后应力调整、重新分配的过程与状态。

 

即使是取得一百年、几百年甚至更长时间的资料,对于地壳运动来说,也只是极其短暂的。当然,这并不是说,地震不可预报,而是能达到什么程度,如上所述,地震的“震级、时间、地点”三要素,都能预报得十分准确,将是十分困难的,我们决不能把复杂问题简单对待;百万年的问题,朝夕对待。 (马廷著《感受地震预报》)

 

这一观点其实与前引盖勒的观点异曲同工。只是盖勒说不可能,而这里说,是“复杂问题”,不能“简单对待”;是“百万年的问题”,不能“朝夕对待”。

 

20048月,中国地震局组织了一次对我国地震事业至2020年中长期远景发展规划的专家论坛。在论坛中,有些专家提出,既然地震预报难度如此之大,再有十年、二十年也未必会有什么进步,而随着国家GDP的增长,房子愈建愈好,建筑物震害死人的事将会逐渐减少,因之监测预报未必还值得花钱继续组织攻关,从而提出“要进一步论证监测预报领域发展的必要性”。

 

这场论战从根本上转变了国家地震局的战略思路。国家地震局的战略重心从预测预报转向了防范。从国家地震局的职能定位和部门分工上能清楚地看到这一点。在国家地震局的11条职能职责中,只有一条涉及地震预报:

 

“(六)管理全国地震监测预报工作;制定全国地震监测预报方案并组织实施;提出全国地震趋势预报意见,确定地震重点监视防御区,报国务院批准后组织实施。”

 

其中涉及实际预报的只有“地震趋势预报”。

 

地震局的六个司中只有一个司(监测预报司)涉及地震预报,其十一项职能中,只有前三项半涉及地震预报,其中涉及实际预报的只有“地震趋势预报”:

 

“管理全国地震监测预报工作;

 

拟定全国地震监测预报方案并组织实施;

 

统一规划全国地震监测信息系统;

 

提出全国地震趋势预报和确定地震重点监视防御区的意见并组织监督有关震情跟踪;

 

承办国务院抗震救灾指挥机构的日常灾情处理事务;

 

对地震震情和灾情进行速报;

 

组织地震灾害调查与损失评估;

 

提出对国内破坏性地震作出快速反应的措施建议;

 

拟定国家破坏性地震应急预案;

 

建立破坏性地震应急预案备案制度;

 

承担国际禁止核试验的地震核查工作。”

 

可见地震预报在国家地震局的地位。然而汶川地震震动了整个中国,甚至震动了整个世界,作为一种毁灭性的灾害,人类不能认识它,它就会控制人类。面对这一困境,人类的出路何在?

 

理性与迷信

 

观察已有的地震研究思路,发现构造运动是“正规军”的主流思路,而这种思路必然导致要求穷尽整个地壳内部的无数细节,而每一个细节对是否发生地震的影响都是高度随机的。其实,任何一个巨大的系统都是由无数细部构成的,它们之间关系复杂而不可能穷尽。这正是盖勒的立论基础。

 

江在森、张国民等在《地震预报回顾与展望》(《国际地震动态》第5 总第317 20055月)中指出:

 

“目前人们还很难分清构造运动、地震孕育和部分干扰所呈现的前兆异常的区别和联系,所以不存在一一对应地震的前兆异常和地震活动性异常。”

 

1995117日本阪神地震前,虽然在日本有密集的GPS观测网,但并没有观测到显著的形变异常。与此形成鲜明对比的是,美国圣安得烈斯断层上的帕尔姆地区,19591974年,虽然水准观测到最大达35cm的地面隆起异常,但至今并没发生显著地震。”

 

可见,沿构造运动的思路,即使穷尽了全部细节,也未必能把握地震的孕育。地震孕育与爆发,是一个复杂巨系统的行为。对于复杂巨系统,靠穷尽细节来把握其行为,尚无成功先例,然而这不意味着复杂巨系统不可认识。

 

例如,一只军队就是由成千上万的人员构成,任何指挥员都不可能预知每个人的行为。按穷尽细节的思路,军队是不可控的,战争是无法驾驭的,战局最终是由一颗螺丝钉松动与否决定的,而这颗螺丝钉混在上亿颗同样的螺丝钉中,连上帝都找不出来。

 

事实上,在军事学术中,根本没有这种思路的立足之地。它必须探索决定军队强弱、战局胜负的因素,而且,其结果往往出人意料。以数量、装备、训练、给养、薪俸、教育程度论,当年中国共产党的军队根本无法与国民党的军队匹敌。如果我们仅以这些要素来构造数学模型,预测两军的战局,能得出什么结论?而结果呢?

 

可见把握一个大系统,首要的是开放的心态和高屋建瓴的视野,这是一种战略性的思维。靠穷尽无数细节来把握整体,这种还原论的认识方法,在复杂巨系统的研究中,只能导致困境。

 

盖勒从“自组织临界状态”的视野质疑地震预报的可能性。他质疑的其实是主流地震学理论把握地震现象的能力。类似地,洛仑兹的“蝴蝶效应”质疑的是大气动力学方程预报天气的能力。洛仑兹提出的问题,在计算数学中被称为“病态问题”——初值、边界条件的微小误差、数值计算中不可避免的误差,导致计算结果中的误差掩盖了理论上的真实状态。当年计算数学界对这个问题的主流努力方向是:寻找高精度的算法。而我在教书时,却告诉他们如何避免使用病态方程,如何评估一个数学模型的优劣。

 

不当教书匠多年后,却发现在事关社会安危的学科领域,主流理论导致的数学模型竟是病态方程。只要无法突破这样的思路,所谓预测当然是要等“百万年的问题”。可见盖勒、洛仑兹的贡献在于发现了主流理论的功能极限,迫使学界另觅蹊径。正如中国地震局第一监测中心黄立人在《地震研究中的大地测量》(国际地震动态第3 总第315 20053月)中指出的:

 

“由于解决地震预报的科学思路并未真正找到,地震预报又不是一个单靠投入就能解决的问题,因此,相比之下目前更缺的是基础研究的投入。”

 

许绍燮院士更深刻地指出:问题可能在现有知识框架:

 

“地震预报的困难主要是因为地震的复杂性,其成因机理超出了现有知识框架”。因此,“不要忌讳与我们现有知识的冲突,发现冲突就是发现了我们现有知识框架的弱点、缺陷,为我们进一步提高其水平创造了条件。”“从现有知识框架演绎恐难奏效。纸上谈兵是不会获得好结果的。来自地震实践的现象要尊重;未经地震实践的观念要存疑。”(许绍燮《地震预报发展战略在于创新》20055月《国际地震动态》第5 总第317期)

 

在这样的背景下,学术界尤其需要宽容的胸怀,容忍、鼓励各种奇谈怪论。

 

构造运动很可能只是地震孕育的机制之一。傅承义院士的假说可能是地震孕育的另一机制,耿庆国走的路在某种程度上就是傅承义院士看到的路。还有一些看似奇怪的研究思路,其背后或许是我们尚未意识到的其他孕震机制,而翁文波的可公度理论,背后或许是触发地震的机制。这些机制之间,可能存在着某种复杂的层级关系。

 

然而这许多非主流研究被主流视为非理性。这些研究者则被尊为“奇人怪才”,被归入“六合之外,存而不论”的范畴。

 

其实,今天的主流理论起源于1910年德国人魏格纳提出的“大陆漂移”假说,其灵感来自对地图的观察。在1910年,现代科研体制已经确立,“理性”已经取得了统治地位。1915年魏格纳出版《大陆和海洋的起源》一书,由于它提供的证据主要来自动植物和冰川的分布,大多数地球物理学家不屑一顾。最主要的诘难是:没有发现能让大陆在水平方向移动几千公里的原动力。这一论据的隐藏假设是:没发现等于不存在。

 

1930年魏格纳在格陵兰探险中失踪,他的假说随之被“理性”的学术界遗忘。笔者第一次知道“大陆漂移”假说,是少年时在科幻杂志中看到的。

 

直到1950年发现新证据,才让地球物理学家正视“大陆漂移”假说。到1965年,科学家运用计算机,使地球各个大陆以现有的形状恰好拼合在一起,“理性”才终于承认了这个“异端邪说”。在此基础上诞生了“板块构造学说”——当今主流地震学的理论基础。此后早已过世的魏格纳享尽哀荣,他的假说在地球物理学界从奇谈怪论跃升为真理。

 

魏格纳假说的命运足以让我们反思何为“理性”。

 

如果理性奠基于逻辑演绎,其背后的假设是:演绎的起点是真理。事实上,任何学科的理论基础都只是假说,牛顿力学长期被视为真理,却受到了光速试验的挑战。此后相对论被视为真理,但连爱因斯坦本人都认为这只是一个过渡性理论。相对于客观现实,任何理论都不过是一幅画,不同理论间的差别在于表现现实的不同方面,以及与现实的吻合程度。将现有的权威理论视为裁决研究思路的准则,恐怕更接近于迷信,而非理性。

 

如果理性奠基于证据,那合理的态度就是存疑。一个突破性的假说,从诞生到发现足以判定其正误的证据,往往需要数十年甚至更长的时间。一个理性的社会应当让它们有空间与资源去检验自己的正误。缺乏证据,决不是否定一个假说的充分条件。

 

由此,对科学发展最危险的,不是异端邪说,而是用行政力量将某个学说定于一尊。

 

在我们的历史上,儒学无疑有重要的学术价值。大儒董仲舒善于迎合行政系统的需求,取得了“独尊儒术”的成就。结果一方面造就了大量的腐儒、酸儒、犬儒、陋儒、小人儒,使儒学日渐僵化;一方面压抑了其他学派,使大量宝贵的思想萌芽得不到发展的机会。逻辑学长期是我们的弱项。其实先秦时代的名家、墨家在逻辑领域有大量富于启发性的见解。“独尊儒术”使名家后继无人,墨家则演变成民间的游侠,而逻辑学的萌芽却枯萎了。

 

用行政权力将某个学说定于一尊,即使对被“尊”的学说也弊多利少。在“定于一尊”的地位上,外少了质疑批判的压力,内少了发展创新的动力。所吸引者,不乏干禄逐利之徒;所排斥者,常为探索求真之士。长此以往,“显学”成了行政系统的饰品,而其作为“学说”的内涵却萎缩到不堪一击的地步。古往今来,在各个文明中,这样的历史教训比比皆是。

 

“家政服务员”与“钥匙”

 

翁文波创立的可公度理论来自天文学。天文现象触发地震,最直观的解释是月球的潮汐力,太阳由于远离地球,潮汐力小得多,至于其他星体干脆就小几个数量级。然而古籍中充满了星体靠近而引起灾变的记载。原因何在?

 

中国气象科学研究院任振球在《特大暴雨和台风突变的天地耦合成因及其模式的研制设想》中告诉我们:

 

“中科院地球物理所在199739日黑龙江漠河日全食时,将最精密的重力仪加密到每秒钟取值,观测到日全食时出现两个重力谷值。”

 

地球质量不可能突然减小,逻辑的结论是:日月地三星一线排列时,外来引力增强。这一现象无法用现有的物理理论解释。如果任振球介绍的观测结果确实,它就对经典的物理理论提出了挑战,也可能打开解释可公度理论物理机制的大门。

 

大道至简。如果理论复杂,运用繁琐而结果难测,最有可能的是我们对问题的认识还停留在低层次上。有一个众所周知的例子:对多项式求极值。在仅有初级代数知识的背景下,哪怕求二次多项式的极值也需要一定的技巧,而一旦有了微分学知识,求任意次多项式的极值都只是一个简单的例行程序。而获得微分学知识,在我们的认识道路上跨了一个大台阶,它甚至改变了我们的思维方式,解决多项式极值问题,只是它的一个副产品而已。

 

上述漠河全日食重力观测的结果,首先挑战的还不是地震学,而是我们对物理空间的认识。如果在这方面的认识获得飞跃,今天困惑我们的“小概率”巨灾事件可能不再需要概率论的语言,或许它们根本就是“伪随机事件”——就像计算机里的“伪随机数”一样。

 

2007年,科技部主管的学术性杂志《前沿科学》第三期上,发表了吕子东的《“地震预警”假说》一文。此文与其说是在讨论地震,不如说是在讨论物理空间。今天大多数人熟悉的物理空间理论是建立在欧几里得空间的基础上,而吕子东讨论的物理空间理论却建立在庞加莱空间的基础上。这种抽象的理论物理相信绝大多数人搞不懂,但吕子东为自己的理论开出了9项用于验证的实验。并承认,只要任何一项实验得出否定性的结果,他的理论就是错误的。据中国台州网2008112日报道:

 

“其中七项实验已经得到中外科学界的重复证明,还有两项实验也正在验证中,估计在明年8月前得到验证结果。”

 

如果吕子东的理论是正确的,地震预警就有了确定的物理信息,有现实可用的测量仪器,有确定的操作程序。这就像在微分学背景下求多项式的极值。

 

吕子东的理论能否经得起全部实验的验证,尚不得而知。即使经受了实验验证,他提出的地震预警思路也还要经受实践的检验。这项工作的启示在于,从认识的根源处探索“现有知识框架”的局限性,力图整体上打开我们对物理世界的视野。正如他在文中引用的一段话:

 

“科学理论不应该只是已知世界的家政服务员,一种好的科学理论还应该是一把用来开启未知世界大门的钥匙。”

 

我们最需要的,正是寻找这钥匙的努力。

 

 

学者沈旭章 发表于2010-9-1 15:00:01
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Science_Nature
[转载]地震预报-Why and How
地震预报目前依旧是一个世界难题,中国的地震学家一直坚持在研究。美国对于地震预报的研究沉寂了很久之后目前又有被重新提上日程的苗头。最新一期美国地震学会出的杂志SRL一篇文章专门对地震预报进行了讨论,这篇文章的作者算是世界上目前搞地震学的大牛,但是他们对这个问题也依旧存在困惑。目前的水平依旧只是一种概率的预报,但对于民众而言,心目中的结果只有一个,yes或者no。爱因斯坦说过上帝不喜欢掷骰子。对于地震学家而言,难点在于知道上帝要掷骰子,可是不知道上帝的这个骰子出手的准确时间。地震谣言也不是中国仅有的,美国、意大利和日本每次地震之后也会出现不同的谣言,在目前状态下辟谣是一个很困难的事情,虽然从科学的角度讲这种辟谣没有科学意义。就如文章所说,这对地震学家是一个考验。“These rumors pose a particular challenge for seismologists because they posit that we will deny the truth; to many people, an official denial suggests a confirmation.”。 “The best defense against such tautology is to demonstrate that the scientific information is always available through an open and transparent forecasting process".

http://www.seismosoc.org/publications/SRL/SRL_81/srl_81-4_op.html

OPINION

July/August 2010

Operational Earthquake Forecasting: Some Thoughts on Why and How

doi:10.1785/gssrl.81.4.571

Suppose seismologists studying faults near an urbanized area could state with empirical reliability that a major earthquake is 100 to 1,000 times more likely to occur in the upcoming week than during a typical seven-day period. What actions, if any, should be taken for civil protection? Should the forecast be publicly broadcast? How should the public be advised to use such information? These quandaries deserve thoughtful consideration, because we have entered the era of operational earthquake forecasting.

The goal of operational earthquake forecasting is to provide the public with authoritative information on the time dependence of regional seismic hazards. We know that seismic hazards change dynamically in time, because earthquakes suddenly alter the conditions within the fault system that will lead to future earthquakes. Statistical and physical models of earthquake interactions have begun to capture many features of natural seismicity, such as aftershock triggering and the clustering of seismic sequences. These short-term models demonstrate a probability gain in forecasting future earthquakes relative to the long-term, time-independent models typically used in seismic hazard analysis. Data other than seismicity have been considered in earthquake forecasting (e.g., geodetic measurements and geoelectrical signals), but so far, studies of nonseismic precursors have not quantified short-term probability gain, and they therefore cannot be incorporated into operational forecasting methodologies. Accordingly, our focus in this article will be on seismicity-based methods that are enabled by highperformance seismic networks.

The goal of operational earthquake forecasting is to provide the public with authoritative information on the time dependence of regional seismic hazards.

An example of a seismicity-based operational system is the short-term earthquake probability (STEP) model, an aftershock forecasting Web service provided for California by the U.S. Geological Survey (USGS) since 2005.1 STEP (http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/step) was developed by the USGS in partnership with Southern California Earthquake Center and the Swiss Federal Institute of Technology (Gerstenberger et al. 2007). STEP uses aftershock statistics to make hourly revisions of the probabilities of strong ground motions (Modified Mercalli Intensity ≥ VI) on a 10-km, statewide grid. The nominal probability gain factors in regions close to the epicenters of small-magnitude (M 3–4) events are often 10–100 relative to the long-term base model. At the time of this writing, aftershocks near the central Baja California border of the 4 April 2010 El Mayor–Cucapah earthquake (M 7.2) have increased the probability on the U.S. side of the border by almost three orders of magnitude. STEP is a prototype system that needs to be improved. For example, the probability change calculated to result from a particular earthquake does not depend on the proximity of that earthquake to major faults. The USGS, Southern California Earthquake Center (SCEC), and California Geological Survey (CGS) have set up a new Working Group on California Earthquake Probabilities to incorporate short-term forecasting into the next version of the fault-based Uniform California Earthquake Rupture Forecast (UCERF3), which is due to be submitted to the California Earthquake Authority in mid-2012.

The need to move quickly toward operational earthquake forecasting was underscored by the L’Aquila earthquake disaster of 6 April 2009, which killed about 300 people and destroyed or rendered uninhabitable approximately 20,000 buildings. Seismic activity in the L’Aquila area increased in January 2009. A number of small earthquakes were widely felt and prompted school evacuations and other preparedness measures. The situation was complicated by a series of earthquake predictions issued by Mr. G. Giuliani, a technician working at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso and a resident of L’Aquila. These predictions, which were based on radon concentration in the air measured with gamma-ray detectors and analyzed using unpublished techniques, had no official auspices. At least two of Mr. Giuliani’s specific predictions were false alarms; however, they generated widespread public concern and official reactions. Representatives of the Dipartimento della Protezione Civile (DPC) and Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) responded with statements that 1) there were no scientifically validated methods for earthquake prediction, 2) such swarm activity was common in this part of Italy, and 3) the probability of substantially larger earthquakes remained small. The Commissione Nazionale per la Previsione e la Prevenzione dei Grandi Rischi, convened by the DPC on 31 March, concluded that “there is no reason to say that the sequence of events of low magnitude can be considered precursory to a strong event.”

In this situation, few seismologists would be comfortable with a categorical forecast of no increase in the seismic hazard, which is the way many interpreted the DPC and INGV statements. It is true that foreshocks cannot be discriminated a priori from background seismicity. Worldwide, less than 10 percent of earthquakes are followed by something larger within 10 kilometers and three days; less than half of the large earthquakes have such foreshocks. In Italy, seismic swarms that do not include large earthquakes are much more common than those that turn out to be foreshocks. Nevertheless, owing to the statistics of clustering, most seismologists would agree that the short-term probability of a large earthquake in the L’Aquila region was higher in the weeks before the 2009 mainshock than in a typical, quiescent week. A forecast consistent with this seismological understanding was not communicated to the public, and the need for a better narrative was consequently filled by amateur predictions rather than authoritative information.

The DPC is now revising its operational forecasting procedures according to the findings and recommendations of an International Commission on Earthquake Forecasting (ICEF), which was convened by the Italian government and chaired by one of us (Jordan et al. 2009). The ICEF has recommended that the DPC deploy the infrastructure and expertise needed to utilize probabilistic information for operational purposes, and it has offered guidelines for the implementation of operational forecasting systems.

The case for the public dissemination of short-term, authoritative forecasts is bolstered by the experience accumulated over the last two decades by the California Earthquake Prediction Evaluation Council (CEPEC), on which we both serve. In March 2009, just a few weeks before the L’Aquila earthquake, a swarm of more than 50 small earthquakes occurred within a few kilometers of the southern end of the San Andreas fault (SAF), near Bombay Beach, California, including an M 4.8 event on 24 March. The hypocenters and focal mechanisms of the swarm were aligned with the left-lateral Extra fault, which experienced small surface offsets west of the Salton Sea during the 1987 Superstition Hills earthquake sequence. However, the 24 March event was the largest earthquake located within 10 km of the southern half of the SAF’s Coachella segment since instrumental recording began in 1932. According to the UCERF2 timedependent model, the 30-year probability of an M ≥ 7 earthquake on the Coachella segment—which has not ruptured since circa 1680—is fairly high, about 24%, corresponding to a probability rate of 2.5 × 10−5 per day (Field et al. 2009).

CEPEC met by teleconference three and a half hours after the M 4.8 event at the request of the California Emergency Management Agency (CalEMA)—the new agency that had recently replaced the state’s Office of Emergency Services (OES)—and issued the following statement: “CEPEC believes that stresses associated with this earthquake swarm may increase the probability of a major earthquake on the San Andreas Fault to values between 1 to 5 percent over the next several days. This is based on methodology developed for assessing foreshocks on the San Andreas Fault.2 The CEPEC methodology was based on the formulation by Agnew and Jones (1991). For a recent review, see Michael (2010). This potential will rapidly diminish over this time period.” The short-term probability estimated by CEPEC corresponded to a gain factor of about 100–500 relative to UCERF2.

In issuing this operational forecast, CEPEC adhered to a notification protocol developed by the Southern San Andreas Working Group (1991). This protocol categorizes alerts for major earthquakes (M ≥ 7) at four levels of three-day probability: D (0.1–1%), C (1–5%), B (5–25%), and A (> 25%). Level D alerts occur in most years and have not prompted any action by CEPEC or OES. The 2009 Bombay Beach event initiated a Level C alert. Other relevant examples come from four earlier periods of increased seismicity near the southern San Andreas fault:

  • 23 April 1992 M 6.1 Joshua Tree earthquake. The epicenter of this earthquake was only 8 km from the SAF. An M 4.6 foreshock about two-and-a-half hours before the mainshock initiated a Level C alert. About two hours after the mainshock, the OES, on advice from the USGS, officially stated that the probability of a major earthquake was 5–25%, raising the alert to Level B, and recommended that local jurisdictions take appropriate response.
  • 28 June 1992 M 7.3 Landers earthquake. The epicenter and rupture zone was located away from the SAF, but aftershocks extended into the SAF zone in two locations. At a CEPEC meeting 36 hours after the earthquake, it was decided to establish a protocol informally called the “goto-war scenario.” If certain earthquakes were to occur, such as an M ≥ 6.0 within 3 km of the Coachella or Carrizo segments of the southern San Andreas, the USGS would notify OES within 20 minutes, and OES would act assuming a 1-in-4 chance of a major San Andreas earthquake— essentially a Level A alert. The governor taped a video message to the state and plans were in place for deployment of the National Guard. This augmented protocol remained in effect for five years but was never invoked.
  • 13 November 2001 Bombay Beach swarm, Mmax 4.1. This swarm began with an M 2.4 event just before 6 a.m., continued with several M 3+ events between 8 a.m. and 9 a.m., and had its largest event, M 4.1, at 12:43 p.m. CEPEC met by conference call at 9:30 am and again at 11:00 a.m. the same day. OES finally issued a statement about an increased risk of a San Andreas earthquake about 2 p.m. The public scarcely noticed this Level C alert, and there was little media interest in the situation.
  • 30 September 2004, M 5.9 Parkfield earthquake. Under the Parkfield protocol (Bakun et al. 1987) (from which the southern San Andreas protocol had been derived), the USGS stated that the probability of an 1857-type earthquake was about 10%, implying a Level B alert. However, CEPEC was not convened, and no direct action was taken by OES based on this alert.

This brief history demonstrates that operational earthquake forecasting is already being practiced in California, and the dissemination of forecasting products is becoming more automated.

For every earthquake recorded above M 5.0, the California Integrated Seismic Network, a component of the USGS Advanced National Seismic System, now automatically posts the probability of an M ≥ 5 aftershock and the number of M ≥ 3 aftershocks expected in the next week. Authoritative short-term forecasts are becoming more widely used in other regions as well. For instance, beginning on the morning of 7 April 2009, the day after the L’Aquila mainshock, INGV began to post 24-hour forecasts of aftershock activity in that region of Italy.

The California experience also indicates that operational forecasting will typically be done in a “low-probability environment.” Earthquake probabilities derived from current seismicity models can vary over several orders of magnitude, but their absolute values usually remain low. Since the adoption of the southern San Andreas protocol nearly 20 years ago, the Level A probability threshold of 25% has never been reached, and the Level B threshold of 5% has been exceeded only twice (after the Joshua Tree and Parkfield events). Thus, reliable and skillful earthquake prediction—i.e., casting high-probability space-time-magnitude alarms with low false-alarm and failure-to-predict rates—is still not possible (and may never be).

The public needs an open source of authoritative, scientific information about the short-term probabilities of future earthquakes, and this source needs to properly convey the epistemic uncertainties in these forecasts.

In this age of nearly instant information and high-bandwidth communication, public expectations regarding the availability of authoritative short-term forecasts appear to be evolving rather rapidly. The 2001 Bombay Beach swarm provoked concern at the state level but received little play in the public media. By 2009, the media and many individuals had become accustomed to tracking earthquakes on the Web, and seismological organizations received hundreds of inquiries from the public within hours of the 24 March event.

Information vacuums invite informal predictions and misinformation. Prediction rumors are often spawned in the wake of a large earthquake in southern California. These rumors usually say that seismologists know that another large earthquake will happen within a few days, but they are not broadcasting this knowledge to avoid a panic. After the Landers earthquake in 1992, this rumor continued to grow over several weeks. Similar rumors after the 2010 El Mayor–Cucapah earthquake developed much more quickly with hundreds of messages passing through Twitter in just a few hours. These rumors pose a particular challenge for seismologists because they posit that we will deny the truth; to many people, an official denial suggests a confirmation. The best defense against such tautology is to demonstrate that the scientific information is always available through an open and transparent forecasting process.

The appropriate choices at this juncture seem fairly obvious. The public needs an open source of authoritative, scientific information about the short-term probabilities of future earthquakes, and this source needs to properly convey the epistemic uncertainties in these forecasts. In the past, CEPEC and its federal equivalent, the National Earthquake Prediction Evaluation Council (rechartered by the USGS in 2006 after a decade-long hiatus) have fulfilled these public requirements to a point, but the procedures display several deficiencies. The alerts have generally relied on generic short-term earthquake probabilities or ad hoc estimates calculated informally, rather than probabilities based on operationally qualified, regularly updated seismicity forecasting systems. The procedures are unwieldy, requiring the scheduling of meetings or teleconferences, which lead to delayed and inconsistent alert actions. Finally, how the alerts are used is quite variable, depending on decisions at different levels of government and among the public. For example, the 2001 Bombay Beach M 4.1 earthquake led to a formal advisory from the state but the 2009 Bombay Beach M 4.8 earthquake, which was even closer to the San Andreas fault, did not.

In the future, the earthquake fore- casting procedures should be qualified for usage by the responsible agencies according to three standards for “operational fitness” commonly applied in weather forecasting: they should display quality, a good correspondence between the forecasts and actual earthquake behavior; consistency, compatibility among procedures used at different spatial or temporal scales; and value, realizable benefits (relative to costs incurred) by individuals or organizations who use the forecasts to guide their choices among alternative courses of action.3 Our criteria for operation fitness correspond to the “goodness” norms described by Murphy (1993). All operational procedures should be rigorously reviewed by experts in the creation, delivery, and utility of forecasts, and they should be formally approved by CEPEC and NEPEC, as appropriate.

Operational forecasts should incorporate the results of validated short-term seismicity models that are consistent with the authoritative long-term forecasts. As recommended by the ICEF, the quality of all operational models should be evaluated for reliability and skill by retrospective testing, and the models should be under continuous prospective testing against established long-term forecasts and a wide variety of alternative, time-dependent models. The Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability (CSEP) has begun to establish standards and an international infrastructure for the comparative, prospective testing of shortand medium-term forecasting models. Regional experiments are now underway in California, New Zealand, Japan, and Italy, and will soon be started in China; a program for global testing has also been initiated. Continuous testing in a variety of tectonic environments will be critical in demonstrating the reliability and skill of the operational forecasts and quantifying their uncertainties. At present, seismicity-based forecasts can display order-of-magnitude differences in probability gain, depending on the methodology, and there remain substantial issues about how to assimilate the data from ongoing seismic sequences into the models.

Earthquake forecasts possess no intrinsic value; rather, they acquire value through their ability to influence decisions made by users. A critical issue is whether decision-makers can derive significant value from short-term forecasts if their probability gain relative to long-term forecasts is high, but the absolute probability remains low. In the late 1980s, when many scientists were still optimistic about the prospects for earthquake prediction, both the City of Los Angeles and the State of California developed plans to respond to the issuance of high-probability, short-term predictions (as did NEPEC on a national scale). Much less work has been done on the benefits and costs of mitigation and preparedness actions in a low-probability environment. Forecast value is usually measured in terms of economic benefits or in terms of lives saved, but assessments of value are difficult because the measures must take into account the information available to decision-makers in the absence of the forecasts.

Moreover, most value measures do not fully represent less tangible aspects of value-of-information, such as gains in psychological preparedness and resilience. The public’s fear of earthquakes is often disproportionate to the risk earthquakes pose to life safety. Psychological studies of post-traumatic stress disorder have shown that the symptoms are increased by a lack of predictability to the trauma. Authoritative statements of increased risk, even when the absolute probability is low, provide a psychological benefit to the public in terms of an increased perception of regularity and control. The regular issuance of such statements also conditions the public to be more aware of ongoing risk and to learn how to make appropriate decisions based on the available information.

The agencies with statutory responsibilities for operational forecasting are uncertain about their audience and their message, and they have been cautious in developing new operational capabilities. But that may soon change. The USGS has proposed to establish a prototype operational earthquake forecasting activity in southern California in fiscal year 2011. If approved by Congress, the USGS will develop a formal process for issuing forecasts in response to seismic activity. This activity will include forecast research and development, testing, validation, and application assessments. Research will consider earthquake shaking as well as earthquake occurrence. The coupling of physics-based ground motion models, such as SCEC’s CyberShake simulation platform, with earthquake forecasting models offers new possibilities for developing ground motion forecasts. Scientists from the USGS and academic organizations will work with the user community and communication specialists to determine the value of the forecasting and alert procedures, and a vigorous program of public education on the utility and limitations of low-probability forecasting will be conducted.

We close with an important perspective: Although we are still learning what value can be derived from short-term forecasts, the value of long-term forecasts for ensuring seismic safety is indisputable. This was tragically illustrated by the MW 7.0 Haiti earthquake of 12 January 2010, which currently ranks as the fifth-deadliest seismic disaster in recorded history. Though events of this magnitude were anticipated from regional geodetic measurements, buildings in the Port-au-Prince region were not designed to withstand intense seismic shaking. The mainshock struck without warning; no foreshocks or other short-term precursors have been reported. Preparing for earthquakes means being always ready for the unexpected, which is a long-term proposition.   

REFERENCES

Agnew, D., and L. M. Jones (1991). Prediction probabilities from foreshocks. Journal of Geophysical Research 96, 11,959–11,971.

Bakun, W. H., K. S. Breckenridge, J. Bredehoeft, R. O. Burford, W. L. Ellsworth, M. J. S. Johnston, L. Jones, A. G. Lindh, C. Mortensen, R J. Mueller, C. M. Poley, E. Roeloffs, S. Schulz, P. Segall, and W. Thatcher (1987). Parkfield, California, Earthquake Prediction Scenarios and Response Plans. USGS Open File Report 87-192.

Field, E. H., T. E. Dawson, K. R. Felzer, A. D. Frankel, V. Gupta, T. H. Jordan, T. Parsons, M. D. Petersen, R. S. Stein, R. J. Weldon II, and C. J. Wills (2009). Uniform California Earthquake Rupture Forecast, Version 2 (UCERF 2). Bulletin of the Seismological Society of America 99, 2,053–2,107; doi:10.1785/0120080049.

Gerstenberger, M. C., L. M. Jones, and S. Wiemer (2007). Short-term aftershock probabilities: Case studies in California. Seismological Research Letters 78, 66–77; doi:10.1785/gssrl.81.4.66.

Jordan, T. H., Y.-T. Chen, P. Gasparini, R. Madariaga, I. Main, W. Marzocchi, G. Papadopoulos, G. Sobolev, K. Yamaoka, and J. Zschau (2009). Operational Earthquake Forecasting: State of Knowledge and Guidelines for Implementation. Findings and Recommendations of the International Commission on Earthquake Forecasting for Civil Protection, released by the Dipartimento della Protezione Civile, Rome, Italy, 2 October, 2009.

Michael, A. J. (2010). Fundamental questions of earthquake statistics, source behavior, and the estimation of earthquake probabilities from possible foreshocks. Bulletin of the Seismological Society of America, in press.

Murphy, A. H. (1993). What is a good forecast? An essay on the nature of goodness in weather forecasting. Weather and Forecasting 8, 281–293.

Southern San Andreas Working Group (1991). Short-Term Earthquake Hazard Assessment for the San Andreas Fault in Southern California. USGS Open File Report 91-32.

Thomas H. Jordan Director, Southern California Earthquake Center University of Southern California Los Angeles, California 90089-0742 U.S.A. tjordan [at] usc [dot] edu

Lucile M. Jones Chief Scientist, Multi-Hazards Demonstration Project U. S. Geological Survey 525 South Wilson Avenue Pasadena, California 91125 U.S.A. jones [at] usgs [dot] gov


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[0] 标题:
发表评论人:zdlh [2010-9-1 23:28:40]   
专业不同,下面的英文看不懂,请有空闲时大致翻译一下。
[-1] 标题:
发表评论人:zdlh [2010-9-1 23:20:29]   
美国对于地震预报的研究沉寂了很久之后目前又有被重新提上日程的苗头
----------
透露个消息给你,我经常给USGS留言把最新预警提前告知他们,这么多的地震被正确预警,他们不会不感到吃惊并且对此置若罔闻。
记录总数:2 总页数:1 当前页:1 93[1]4:

 



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