我们可以从日本地震预警系统中学到什么？＊

Erika Yamasaki

引言

日本是世界上地震多发国家之一，其原因在于数以百计的活动断裂纵横交错，分布于整个国家以及太平洋沿岸大陆和海洋板块边界，因此地震时常发生。日本已经建成了一个高效的地震预警系统，能够让居民采取预防措施。即使提前60s发出预警信息，也足以在地震造成地震动破裂之前，让司机把车停在路边或让学生躲到桌子下面。2011年3月11日日本东北9．0级地震袭击了日本东海岸，让全世界目睹了自然灾害的致命力量［1］。日本最近的地震更加说明了一个高效和可靠的地震预警系统的重要性，也暴露了系统急需改进的潜在领域。因为日本处于地震技术的前沿，本文将分析日本地震预警系统的优缺点，并评估其在最近的东北地震中的运行情况。为了理解该技术如何应用于其他地震多发的国家，本文还将讨论日本的文化环境及其在构建一个成功的预警系统中的作用。

1 地震预警系统综述

日本地震预警（紧急地震速报）系统（EEWS）由日本气象厅（JMA）管理，于2007年10月1日正式运行［2］。它是一种前端检测型预警系统，即利用震源附近的地震计向更远的都市区域发布地震预警信息。它分为2个阶段，即地震事件检测和预警信息发布。为了确定发生地震的时间和地点，日本密集的地震台网不断接收地面运动数据；然后监测台站对信息进行分析，并确定是否有必要发布地震预警。如果一个预警信息确认无误，那么此地震信息就通过各种媒体如电视、广播和移动电话网络播放给附近居民。为了减轻地震损失，专门的警报还发送给企业运营者和企业设施，以便采取必要的对策，如关闭危险设施或减缓火车速度等［3］。

1．1 地震监测

对于地震监测，重要的是要理解由地震释放的2种类型的地震波，即P波和S波。虽然这些波是在同一时间释放，但P波能量较小且运动速度较快，所以早期识别这些地震波是很关键的，可以最大限度地增加预警时间。

（1）P波。P波传播类似于声波，通过沿波行进的同一方向上的压缩和扩张进行传播。这种纵向运动在波传播时压缩地球的地壳，但其影响很小甚至不会造成破坏。这些波传播的速度为4～7km／s，并能通过气体、液体和固体，包括熔融地核。由于P波移动速度比S波快，因此可在造成更大破坏的S波到来前，用来检测地震的到来。

（2）S波。又称剪切波，是垂直于波行进方向的正弦振动。大部分的地震破坏是由S波造成的，如建筑毁坏和山体滑坡。与P波不同，S波不能穿过气体或液体，且运动速度较慢，约为2～5km／s。一个有效的地震预警系统，关键是在S波到来前，能快速检测到P波并发出警报。

地震仪用于检测和区分这2种类型的地震波。鉴于地震发生并不局限于日本的某一特定区域，日本气象厅在全日本建设了超过1 000个地震台［4－5］。为了减少因道路交通或建设等本地活动造成的误报，当一个地震仪检测到P波时，持续4s记录波的频率和振幅［6］，然后数据被传送到日本气象厅的地震现象观测系统（EPOS），EPOS系统对数据进行处理，分析、估计地震震中位置（震源正上方地面点）和震级。一个成功的预警系统，其关键在于在S波到达之前实时确定地震参数及其危害性。由于这类事件检测是在地震已释放出初始地震波之后才发出警报，所以地震预警系统最有用的区域至少位于震中100km以外，这一距离折算成预警时间约为20～50s。半径100km以内区域被称为盲区。由于盲区的存在，这套预警系统需要用当地的地震事件检测机制对其补充，尤其是在人口密集的城市和在处置危险机械或化学物质的工厂附近。这样，地震事件检测不仅依靠日本气象厅的地震仪，而且也依靠当地布设和运行的地震仪，这些地震仪改进了地震事件检测的精度和可靠性，以达到减灾的目的。

除了地震仪外，另一种用于地震监测的重要和必需的工具就是地震烈度计。地震烈度为地震波强度的度量，表征具体位置的地震动程度。因此，日本用于计算地震震中位置和震级的地震台网，辅以地震烈度计台网，用来预测地震影响半径和在每个受影响地区的最大预期地震烈度。每个地震烈度计收集当前的地震烈度，以预测在地震峰值加速度时的预期最大震动。因为地震烈度是直接与预期的损害相关的，因此这些信息是很重要的，它用于确定是否警告灾害管理当局或是否向公众发出警告。此外，地震烈度测量对于损失预测和自动调动应急反应机制及减灾对策也是很重要的［7］。利用地震仪和地震烈度计，日本能够收集足够的数据来快速确定适当的应对措施。

地震预警系统收集619个由日本气象厅管理的烈度计和超过3 600个分别由国立地球科学和防灾研究所（777个）和地方政府（2 842个）管理的烈度计。使用日本的“震度”标度（类似于在美国使用的Mercalli地震烈度标度）测量收集到的地震烈度数据。

日本的“震度”地震烈度等级：在日本使用10度地震烈度标度，以震度（shindo）为单位，范围从0到7，7为上限。这些震度的测量是舍入到最近的整数，但5和6除外，5和6被分成5弱（4．5～4．9），5强（5．0～5．4），6弱（5．5～5．9）和6强（6．0～6．4）。这个震度标度的等级是描述发生在一个具体位置的震动程度，它与在地球表面某特定点地面运动的振幅、频率和持续时间有关。理解日本的震度标度是重要的，因为地震预警系统会根据预测的地震震度发布2种不同类型的警报。

1．2 地震预警发布

当一个地震的预测震级、位置和地震烈度确定后，这些数据被实时传送到EPOS，由EPOS系统分析决定是否发布地震预警信息。地震预警信息的发布依赖于地震波传播速度小于数据在通信系统上的传播速度这一事实。引起强烈地面震动的S波传播的平均速度约为2～5km／s，而通信系统中电磁信号的传输速度则接近光速。这就可以在更为强烈的地面震动到达前使预警信息到达居民那里，给人们额外的准备时间。

为了实现更有针对性的地震预警信息发布，日本气象厅将日本划分为188个预警发布区。每个发布区包括数十个在当地安装有烈度计的预报点（forecast point），用于确定当地的地震烈度［8－9］。由于在每个发布区内有多个检测点，具有最大烈度预测值的预测点被用来代表该发布区的烈度。基于这些预测地震烈度值，日本气象厅发布2种类型的地震预警：地震动预报（advanced notice forecasts）和地震动警报（earthquake alert warnings）。

1．2．1 地震动预报（向高级用户发布）

当至少1个地震烈度台站检测到一个地震烈度≥3度或1个地震仪检测到1个震级≥3．5 级 地震 时，发 布 地 震 动 预 报［4，10－11］。这种预报仅对专业用户发布，发布信息包括发震时刻、估计的地震震级和发布对象所在地的预期地震烈度。如果预期地震烈度＞4度，发布信息还包括所有受影响区域的名字及其预估地震烈度和 S波到达时间［8－9，12－15］。由于这些预估值的准确度会随着更多的可利用数据而提高，日本气象厅持续向高端用户发布更新的准确度更高的地震动预报。平均而言，在检测到事件后的最初60s内发布5～10个报告。但是，如果在第一次预报后的最初10s内没有第二个地震台被触发，那么发布取消公告［7，9，12－15］。

鉴于地震动预报仅发布给有限的预订用户，接收者必须有一台专门配置的计算机终端用于接收信息。地震动预报的目标是那些需要预警信息以便立即采取预防措施的专业用户，如学校管理人员、正在从事手术的外科医生等［16］。此外，预警信息还提供给那些需要预先自动（pre－automated）采取对策的系统，例如让高速运行列车暂停或刹车，或使数据中心存贮极其重要的计算机信息［11］。由于这些用户与日本气象厅有专门的合同以接收这些信息，日本气象厅可以对他们进行关于地震预警系统的技术培训，使他们能够最有效地使用这些预警信息。在接收日本气象厅地震动预报的同时，还在每个用户终端当地计算震中距和震级。使用本地与远程系统，可以提高数据的准确度，同时减少误报造成的本不必要而且昂贵的损失。这些高端用户主要包括铁路公司、建筑工地、电梯控制设施、公寓大楼、学校、医院和大型购物中心。到2009年，日本的204个铁路公司中已有52个安装了地震预警接收器，以在地震期间预先自动使列车减速。由于地震预警系统是在地震断层破裂的早期阶段检测地震，为了有效地发布地震警报，必须在时间和准确度两者中折衷。但是，通过将高端用户与普通用户区别开来，日本气象厅可以以更为宽松的准确度限度来发布地震动预报，因为这些高端用户在本地安装了地震传感器，并且得到关于地震预警系统的技术实现及其局限性的培训。

然而，地震动预报还有改进的空间，在地震预警系统开始运行的最初3年期间，日本气象厅发布的1 713次地震动预报中有30次误报（误报率1．751 3% ）。许多误报不仅是由于低估了地震震级，还由于人为错误和仪器故障。为此日本气象厅鼓励高端用户安装本地地震计配合日本气象厅的地震动预报。例如一家半导体制造商宫城县冲电器公司在其工厂安装了P波地震仪，作为对日本气象厅地震动预报的补充。截止2009年底，全日本安装了650个当地地震仪，其中500个安装在学校［17－18］。这些安装在当地的地震仪配合日本气象厅的地震动预报，在自动关闭运行的系统、向其雇员和客户广播警报信息方面发挥了关键的作用。

1．2．2 地震动警报（向公众发布）

当至少2个地震台检测到地震烈度≥5度弱的地震时，向公众发布地震动警报［10］。由于地震动警报是向公众发布，因此要求至少2个地震台检测到，以避免误报。与面向高端用户的地震动预报类似，随着新数据的收集，日本气象厅在第一报发布后的60s内向公众发布更新警报。第一报只包括地震烈度≥3度的全部预警区的名字。后续警报包括震中位置、估计震级和烈度≥4度的全部预警区的名字［11，19］。但是与面向高端用户不同的是，即使后续检测发现那个位置的地震烈度＜5度弱阈值，日本气象厅也不向公众发布取消预警通告［4］。这是为了避免后续烈度可能再次增大而出现混乱。

日本气象厅利用户外高音喇叭广播、电视和广播网络以及手机广播短信等媒体，尽快地将预警信息向公众发布。截止2005年底，70%城市已安装高音喇叭广播系统，这些高音喇叭广播系统主要安装在屋顶上、大街和官方的公共宣传车上［20］。日本放送协会（NHK）是日本国家公共广播机构，它运营2套陆基有线电视服务、2套卫星电视服务和3套无线电广播服务系统。根据气象服务法案（Act No．115，2007）的要求，NHK应在其运营的所有网络中广播紧急通告，其中包括地震预警。预警信息以文本和声音形式用日语、英语、汉语、朝鲜语和葡萄牙语等五种语言广播［10］。除了NHK外，日本的127家电视公司中的122家，47家调幅广播中的24家，以及53家调频广播中的25家，也都广播这些紧急警报。由于日本有一个大的老龄群体，采用传统的广播媒体可以确保所有民众收到这些预警信息。

但是，预警信息的这些传统发布方式有其局限性。电视网和无线电覆盖范围有限，而且要求电视和收音机必须开着才能收到这些信息，尤其是晚上这些设备大多被关掉。为此，日本气象厅还采用手机广播短信（Short Message Service－Cell Broadcast，简写为SMS－CB）来推送预警信息。手机广播短信是一种面向特定区域一对多的信息发布服务，可以同时给指定的区域内的手机发布预警信息，这些区域被称为蜂窝（cell）［21］。每个蜂窝由一个移动基站控制，且要求基站和手机均具备广播服务能力。大部分移动电话运营商基站及手机具备提供广播短信的能力。用户必须启用手机广播短信接收功能才能接收预警信息广播。与电视广播网相似，通过手机广播短信发布不受接收手机数量的影响，且不会出现通信拥堵现象。这是因为手机广播短信使用单独分配的中继蜂窝（relaying cell）广播信息，从而避免与其他服务如点对点短信（SMS－PP）服务相冲突。但是在基站覆盖比较差的区域可能会出现发布延迟，此外蜂窝系统遭到破坏或切断连接时短信广播将中断。决定手机能否接收到广播信息的关键在于它的地理位置，发送和接收短信不需要对象的手机号码，从而保护了公众用户的隐私。此外，外部用户很难发布手机广播短信，这样减少了发布虚假应急警报的可能［22］。通过使用手机广播短信，日本气象厅可以采用电视和广播以外的手段向受地震影响区域发布预警信息。更重要的是，发布的预警信息必须针对特定区域本地化，因为针对不同区域的预警信息内容是不同的。手机广播短信的地方化特性适用于这一目的。此外，发布预警信息的目的是在地震破坏之前向公众发出警报，因此基站在发出预警信息时仍处于工作状态。截止2009年底，在日本已有2 100万手机可以使用蜂窝广播网络接收地震预警。NTT Docomo、au（KDDI和冲绳移动）和Softbank三大移动运营商免费支持这一服务［7，23］。这种发布方式对日本尤其有用，因为日本具有非常高的手机拥有率（截止2011年3月，日本1．279亿人口中拥有手机1．195亿部），其中97．4% 手机用户属于上述三家移动运营商［24－25］。

当然，如果能够在几分钟、几小时甚至几天之前准确地预报地震，那是最好的地震防御系统。但在可以达到这类技术之前，由于日本气象厅的地震预警系统可以实时地分析地震观测数据、预测何处将遭受破坏以及破坏的严重程度，不失为一种次好的防御地震手段。在地面震动之前数秒发布警告，用户可以有时间采取一些诸如关闭煤气、离开窗户或关掉重型机械等措施，为地震的到来做准备。

表1 利用EEWS实时估计的震中位置、震源参数和最大地震烈度［12］

2 日本地震预警系统在3·11地震中的应用

2011年3月11日，日本时间14：46：23，在日本本州岛东北部发生了9．0级地震，最大地震烈度7度。日本有超过380个地震台，宫城县石卷市的Ouri地震台是在日本时间14：46：40．2第一个记录到地震动的台站。如表1所示，在首台监测到P波后的5．4s，高级用户接收到第一报，在地震动预报发布后的3．2s，地震警报向公众发布。在最初监测到地震的2min内，总共发布和更新预报、警报信息15次。给公众的第一报是对宫城县中部仙台地区发布，预测地震震级为7．2级，地震烈度是5弱。预警信息是在S波到达仙台地区15s前发布的，预警目标区位于震中以西，离地震震中129km。位于震中西南373km的东京，在地震动前65．1s接收到警报。

这些警报通过电视和无线电广播网向公众发布，同时也通过手机向大约5 200万公众发布。图1中的等值线代表预警警报和S波到达之间的相对预警时间。在0s等值线内的阴影区域为预警盲区，由于其靠近震源而无法收到警报。

通过大量的描述地震动开始之前有额外准备时间的好处和YouTube视频，使人民清楚了日本气象厅的地震预警系统的优点［26－29］。仙 台 大 学 教 授 Kensuke Wstanabe在地震前通过其手机接收到警报，使他有足够的时间指导其学生躲到桌子底下，结果在这次最惨烈的地震中，他的学生无一受伤［16］。此外，日本气象厅的地震动警报发送给若干重要的公司，以触发自动关闭设备和基础设施。例如，将地震动预报信息发送给东日本铁路公司，使得11列东北新干线子弹列车在地面开始震动前几秒自动停下来。其他公司如OTIS电梯制造公司，在接收到地震动预报后马上关闭受影响区域内的16 700部电梯［30］。再有，东京都政府建筑物内的42部电梯中的40部，高度从41～243m不等，也自动在最近的楼层停下并关电，以让人员疏散，这也是日本气象厅地震预警的结果［31－32］。虽然地震幸存者的具体人数仍在收集中，但是这些个人叙述强化了预警技术在救人方面的好处。

尽管日本的EEWS在这次东北地震中成功发布了预警，但并不说明这个系统是绝对可靠的。预警系统算法是假设地震震源是一个单一的点［33］。然而，在这次东北地震的情况中，断层线在俯冲带板块边缘平行于日本东部海岸绵延了上百千米。其断层在300km长、150km宽的区域上滑动，导致断层错动30～40m［34］。结果，该系统不能监测到断层线的二维结构，并低估了震级和影响区域［35－36］。图2所示为日本气象厅发布的东北地震观测到的地震烈度（a）和终报时系统计算的估计地震烈度（b）。从图中，我们清晰地看到日本气象厅基于地震信号所作出的最后的预测，仅发布给有限的区域，而且发布的最终震级为8．1级。许多科学家提出，仅仅采用日本广泛应用的高灵敏度加速度台网的最初7s的记录，不能准确地估计地震震级［37］。而预测烈度潜在的误差将达1度或2度［38］，这会产生严重的影响，因为当低估了震级时，该系统可能不发布警报。

此外在主震后，由于停电、线路中断和大量的余震，系统变得混乱。这产生了许多误报，系统也在地震初始破裂后的前3个小时内无法检测一些显著的余震［4，36］。这些负面影响在3·11主震后持续了19天。在这期间，共发布的45次警报中有34次是误报［14］。尽管在3·11地震中，无法用数字去量化EEWS的成功与失败，但是为了继续完善这个现有系统，批判性地分析系统的性能是重要的。

图1 日本东北地区海岸附近从地震预警发布到S波到来之间的预警时间分布［13］

3 一个为其他地震多发国家提供样板的地震预警系统

由于日本处于地震预警技术的前沿，把它看作其他地震多发国家的样板也很重要。针对最近发生的3·11日本东北大地震来评估这一系统，为科学家提供了一次分析评估EEWS的优缺点的机遇。虽然EEWS已有许多成功之处，但是必须明白没有一套可在全世界范围内通用的地震预警系统。尽管日本当前的系统可以作为地震预警技术的榜样，其他国家在实施类似的技术系统时还必须考虑其他因素。尤其是，日本预警系统的成功不仅是因为其高深的技术，而且也由于日本严格的建筑抗震设计规范，高密度的地震台网和灾害防御文化。理解这些因素将有利于在其他国家更易于适当地修改和实现类似的系统。

图2 日本气象厅发布的东北地震实际观测的地震烈度（a）和基于EEWS终报估计的地震烈度（b）

3．1 致力于严格的建筑抗震设计规范

日本地震防御的一个重要部分是国家制订严格的建筑抗震设计规范，该规范要求建筑结构能阻尼地震振动及抵御倒塌。当前，日本的建筑抗震性能名列世界前茅，但是在日本达到此水平前，也经历了几个世纪时间和大量的反复。日本的建筑演变归因于日本长期的地震历史，每次大地震都能进一步强化严格建筑标准的必要性。1995年，6．9级神户地震造成的大面积灾害表明日本急需重新评估楼房的抗震性能，这次地震造成伤亡5 373人，以及超过10亿美元的财产损失。但是，1981年宫城县7．4级地震后修订的日本建筑标准法案部分地降低了这次地震的损失［39］。可以从图3显示的建筑破坏与建筑时期的关系中明显地看出这些建筑规范修改的益处。

图3 1995年神户地震造成的神户中部932座楼房的毁坏统计［40］

正如日本地震历史的趋势，由神户地震造成的伤亡和损失推动了建筑规范的重新评估，使更加严格的抗震设防标准取代了原有的标准。日本持续更新建筑规范，尽管这是由破坏和大范围伤亡促成的，但将继续作为检验日本当前的建筑技术能否应对破坏性地震的一种方法。数十亿的经费、数十年的研究以及在建筑技术上的发展是另一个重要因素，在日本东北地震灾后重建中发挥了重要的作用。日本，正如还会发生地震一样，还将继续完善其建筑抗震设计标准。尽管经历了漫长的时间，对于日本地震预警系统的成功运行，这种专业的基础条件也是一种重要因素。如果没有这些抗震建筑作为第一道防线，预警系统在降低灾害风险方面几乎没有任何意义。

3．2 拥有一个高密度的地震台网

日本EEWS成功的另一个因素是日本拥有世界上密度最高的地震台网，可以监测由地震造成的震动和地面运动。这些仪器均匀分布于全国378 000km2的范围内，每半径20km内约有一个台站［24，41］。然而，对那些仍没有地震台网的国家，这些国家投资购买、安装和维护地震台网还较为困难。每个独立地震台站都需要一台地震仪，一台电脑，一部GPS，通信设备和一个稳定的电源，所有这些需要数天去安装和高昂的维护费用［42］。这些高昂的费用、时间和日常花费阻碍了许多国家建设一个地震预警系统服务必须的、可靠的地震台网。对于拥有昂贵的地震台站并不现实的那些国家，研究人员正在研究廉价的替代品，以利用个人电脑收集地震活动数据。

为了克服建设高密度地震台网的挑战，许多研究人员已经正在调研低价格地震仪作为替代品。比如，2008年，斯坦福大学开创了地震捕捉网络（QCN）。为了监测地面运动，QCN利用志愿者在笔记本电脑上安装使用内置 MEMS（micro－electro－mechanical system）3轴加速度计。这些加速度计足够灵敏来确定3．1≤M≤5．4级地震的地面运动方向［42］。通过利用这些内置的加速度计，可以记录地面加速度，能监测到数十千米内的＞3．0级的地震［42］。利用笔记本电脑的网络功能，这些数据被传输到一个数据服务器。此外，志愿者还可以选择购买49美元廉价的MEMS加速度计，它能连接到台式机上。所有传感器连接到一个分布式系统，每个电脑自动上传重要的信息到中央服务器，如传感器位置、检测时间以及地面震动的振幅和周期。中央服务器根据地理位置将计算机分组，从而能对同一组内的数据进行比较，以确定一个触发是当地噪音造成的孤立事件，还是由特定区域的地震活动造成的。由于这些电脑的空间分布对于数据分析十分重要，其算法必须能适应不断更新的网络，如去掉其中一些节点（在这种情况下是志愿者），增加新节点。

QCN是有效的网络，因为它能适应以指数增加的网络规模，且网内的每台电脑都能收集和分析各自记录的数据，因此QCN可以提供近乎实时的地震监测信息。为了确定一个事件是否是可能的地震，计算当前加速度与前一分钟平均加速度之比，来确定是否超过3个标准偏差。此项技术就是著名的短时平均值与长时平均值之比（STA／LTA）［42］。因为每台电脑独立分析数据，因此需要传输给中央服务器的数据量很小。这种方法不同于其他方法，因为其他方法连续不断上传原始数据给中央服务器，然后数据在中央服务器被集成和处理［43］。这对于利用简易地震传感器的系统尤其重要，因为检测的准确性很大程度依赖于地震台网的密度。用这种方法，廉价并可以用于家庭的加速度计可以取代专业级的地震计。

传感器价格低廉的代价，必将带来的是数据的低质量，因而存在一些困难，但可以采取算法来区分干扰和有效的地震活动。再有，随着使用内置MEMS加速度传感器的个人电脑技术更加普及，例如MEMS将加速度传感器安装在智能电话和平板电脑内，这类低价的地震台网将是收集和分析数据的非常有价值的方法。

3．3 防灾文化

最后，日本地震预警系统成功的第三个因素依赖于其社会本身采取预防措施为地震做好准备的程度。通过采取公众教育和培训等预防性措施，日本已经发展出强有力的针对自然灾害的预防和恢复文化。这种来之不易的地震预防文化在日本已深深植根于学校和社区。在日本，地震教育始于幼儿园，内容包括疏散指南、地震成因和影响，以及新实践练习［44］。地震安全和流程被大量地集成到从小学到高中的学术课程中。此外，学校配备了专用的计算机接收日本气象厅地震预警信息。根据地震警报的危险性程度，这些计算机可用于疏散或训练模式。此外，还有第三种模式专门用于教育。当日本气象厅发出的地震预警信息的地震烈度≥4时，使用疏散模式在电脑终端通过声音和视觉广播警告。当日本气象厅发出的地震预警信息的地震烈度≤3时，使用训练模式进行疏散演习。系统广播这些低风险的小地震的警报，目的在于模拟一个学生不知道地震即将发生的环境。最后一种是教育模式，作为课堂工具提供地震破坏照片和灾难反应动画，教育学生如何在一个地震事件中作出反应。这个训练也辅以地震安全传单和教育DVD在课堂中使用［45］。此外，在日本学年的第一天，所有年龄段的学生被要求参加一个地震演习。通过将地震准备教育整合进入课程，日本可以确保学生在地震到来时能够保持冷静，按照疏散指导有序疏散。

日本地震防御的另一个特点是，地震防灾训练并不局限于课堂，而是延伸到工作场所和社区。在全国各地，许多公司都定期举行地震演习，这些演习对他们的员工是强制性要求参加。同时，从1960年起每年在九月的第一个星期举办国家防灾周。国家防灾周是为了纪念1923年关东7．9级大地震在全国范围内组织的防灾活动，该地震袭击了本州的关东地区，导致142 800人死亡［46］。国家防灾周的设立，不仅是对关东大地震众多伤亡人员的悼念，而且也有助于增进人们对台风、海啸、地震等自然灾害的预防意识，同时表彰社区中的杰出成员。这些活动贯穿整个国家防灾周。

然而，国家防灾周期间最重要的事件是9月1日国家防灾日，这一天首相和地方政府共同合作举行国家层面的防灾应急演练，模拟大规模自然灾难发生的场景［47］。这一天也是一个提醒和机会，使公共建筑和私人建筑拥有者评估他们的疏散流程，确保家庭配备地震紧急求生工具和替换手电筒的电池。2011年的国家防灾周在8月30日至9月5日举行，是日本东北部大地震后第一个全国性演练。根据日本内阁府统计数据，日本47个都道府县中的35个共有517 000人参加了全国性的演习，分别模拟大地震在东海、东南海、南海以及关西和四国地区等地发生。这次演练还触发了海啸预警，要求沿海地区民众疏散到地势较高的地方［48］。由于日本在全国的任何地方、任何时间都可能发生地震，因此，重要的是强调一种积极主动的防灾文化对日本来说至关重要。

然而，这还不是日本对公民进行地震准备教育的全部。为了使其投资5亿美元的地震早期预警系统最大限度地发挥效益，日本必须确保民众完全理解这些警告的意思。因此在其推出地震预警系统之前，2006年日本气象厅发起了一项全国性的科普宣传和教育活动。这个活动的目标是培养每个个人理解JMA地震早期预警系统发布的信息，并采取适当的应对措施。此外，这次活动试图让公众意识到地震预警系统可能出现错报、低估震级和地震烈度以及其他意想不到的技术局限。

没有这个活动，预警信息可能对其接受者造成不利影响和混乱。日本气象厅还向社区成员分发小册子和传单，播放视频解释地震预警系统的技术原理，张贴海报展示适当的地震应对措施，在全国各地举办研讨会，建设并维护一个可访问的包含相关信息的Web网站（www．jma．go．jp）。2007年5月日本气象厅对全国各地大约2 000名年龄在20～69岁的民众进行了一项调查。他们的研究结果显示，84%的民众知道新的地震预警系统，39%民众理解这一系统；此外，86%的调查者理解日本气象厅发布地震烈度报告可能发生错误［49］。日本气象厅在确认日本民众理解新的地震预警系统后，他们于2007年10月1日开始向公众发布地震预警信息。

由于地震发生不可预知且地震波传播迅速，让民众可以迅速理解这些警告并采取适当的预防措施十分重要。预防自然灾害的习惯深深嵌入到日本的文化。这部分是由于日本高发的地震，但也由于其悠久的历史地震，日本文化更积极地应对自然灾害。日本人个性中注重细节、精确和谨慎的心态，也助长了这种防灾文化。这些社会特征是日本地震预警系统成功的一个关键因素。没有这些因素，向公众发布地震警告可能导致大范围恐慌，从而使任何预警领先时间（lead time）的用途都大大打折扣。由于其具有拯救生命和减少伤亡的能力，地震预警系统对于其他地震多发的国家来说，如果不说是必需的话，至少也可以说是十分重要。然而，以日本的情形为例，必须先完成大量的基础工作才能使地震预警系统最大限度地发挥其作用。地震技术必须伴随着受过教育的民众和精心设计抗震的建筑物才能成功。就像一个人可以从过去的经验中学习一样，其他国家可以把日本实现减轻地震灾害的经验作为榜样。通过理解其支撑技术和社会环境，其他国家可以将日本作为一个样板来开发和发展与其社会相适应的类似技术，实现最好的减灾社会效果。

4 结论

自然灾害不受国界的限制。整个世界不仅感觉到日本东北部地震的震动，各国人民同样见证和经历了地震带来的广泛破坏。国际援助很快注入日本，全世界一起悼念这场毁灭性灾难的牺牲者，同时鼓励日本人民继续前行。在国际社会的支持下，东北地区和日本可以开始期待走向未来。就像神户地震一样，致命的地震灾害将带来生命的更新和创新的巨大机会。同样，通过与世界各国分享其防御地震灾害的知识和经验，日本有机会提高其作为全球领导者地位。只有一定数量的国家运行相似的地震预警技术系统，才会有更多其他地震灾害多发国家可以极大地受益。

（本文原图均为彩图）

译自：Momentum．2012，1（1）．http：∥repository．upenn．edu／momentum／vol1／iss1／2

原题：What we can learn from Japan’s Earthquake Early Warning System

（福建省地震局 黄宏生 王林 译；中国地震台网中心 赵仲和 校）

（译者电子信箱，王林：wl＿0117＠163．com）

［1］USGS．USGS updates magnitude of Japan’s 2011Tohoku earthquake to 9．0．2011－03－14．http：∥www．usgs．gov／newsroom／article．asp？ID＝2727

［2］JMA．Earthquake early warning：How can earthquake alert be announced before tremors are felt？2007－08－10．http：∥www．jma．go．jp／jma／en／Activities／how．pdf

［3］SESAC．Annual report for 2007of the scientific earthquake studies advisory committee to the director of the USGS．2007．http：∥earthquake．usgs．gov／aboutus／sesac／docs／sesac＿07report．pdf

［4］Hoshiba M，Iwakiri K，Hayashimoto N，et al．Outline of the 2011off the Pacific coast of Tohoku earthquake（MW9．0）：Earthquake early warning and observed seismic intensity．Earth，Planets and Space，2011，63：547－551

［5］Talbot D．80seconds of warning for Tokyo．Technology Review．2011－03－11．http：∥www．technologyreview．com／computing／35090／？a＝f

［6］Ryall J．Shaky start for new quake alert system in Japan．National Geographic News．2008－05－30．http：∥news．nationalgeographic．com／news／2008／05／080530－japan－earthquake．html

［7］Kamigaichi O，Saito M，Doi K，et al．Earthquake early warning in Japan：Warning the general public and future prospects．Seis．Res．Lett．，2009，80（5）：717－726．doi：10．1785／gssrl．80．5．717

［8］Doi K．The operation and performance of Earthquake Early Warnings by the Japan Meteorological Agency．Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2010，31：119－126．doi：10．1016／j．soildyn．2010．06．009

［9］JMA．Regional names used for Earthquake Early Warning and Shindo announcements．2011－10－11．http：∥www．seisvol．kishou．go．jp／eq／shindo＿name．html（in Japanese）

［10］JMA．Earthquake forecasting and warning mechanism．（n．d．a）．http：∥www．seisvol．kishou．go．p／eq／EEW／kaisetsu／eew＿naiyou．html（in Japanese）

［11］Matsumura S．Development of an earthquake early warning system and its benefits．Science and Technology Trends：Quarterly Review，2011，38：55－70．http：∥www．nistep．go．jp／achiev／ftx／eng／stfc／stt038e／qr38pdf／STTqr3804．pdf

［12］JMA．緊急地震速報の内容［data file］．2011．http：∥www．seisvol．kishou．go．jp／eq／EEW／kaisetsu／joho／20110311144640／content／content＿out．html（in Japanese）

［13］JMA．On the Sanriku Ocean earthquake on March 11th 2011at 2：46pm．2011－03－11．http：∥www．jma．go．jp／jma／press／1103／11b／kaisetsu201103111600．pdf（in Japanese）

［14］JMA．Report of the Earthquake Early Warning after the 2011off the Pacific coast of Tohoku earthquake．2011－3－29．http：∥www．jma．go．jp／jma／press／1103／29a／eew＿hyouka．pdf（in Japanese）

［15］JMA．Monitoring of earthquakes，tsunamis and volcanic activity．2011．http：∥www．jma．go．jp／jma／en／Activities／earthquake．html．

［16］Birmingham L．Japan’s earthquake warning system explained．Time．2011－03－18．http：∥www．time．com／time／world／article／0，8599，2059780，00．html

［17］Allen R，Gasparini P，Kamigaichi O，et al．The status of earthquake early warning around the world：An introductory overview．Seis．Res．Lett．，2009，80（5）：682－693．doi：10．1785／gssrl．80．5．682

［18］Miyagi Oki Electric Co．Ltd．Social Responsibility Report：Earthquake Early Warning（EEW）Disaster Mitigation System Protecting Semiconductor Plant．2006．http：∥www．oki．com／en／csr／report／2006／pdf／OKI＿CSR2006e＿6＿7．pdf

［19］JMA．Earthquake Information．（n．d．b）．http：∥www．seisvol．kishou．go．jp／eq／index＿seisinfo．html（in Japanese）

［20］Early Warning Sub－Committee of the Inter－Ministerial Committee on International Cooperation for Disaster Reduction．Japan’s Natural Disaster Early Warning Systems and International Cooperative Efforts．2006．http：∥www．bousai．go．jp／kyoryoku／pdf／soukikeikai．pdf

［21］Udu－gama N．Mobile cell broadcasting for commercial use and public warning in the Maldives．2009．http：∥lirneasia．net／wpcontent／uploads／2009／07／CB＿Maldives＿FINAL＿2009＿041．pdf

［22］Sillem S，Wiersma E．Comparing cell broadcast and text messaging for citizens warning．Proceedings of the 3rd International ISCRAM Conference，Newark，NJ．2006．http：∥www．iscram．org／dmdocuments／S2＿T1＿3＿Sillem＿Wiersma．pdf

［23］NTT DoCoMo Inc，KDDI Corporation．The development of infrastructure supporting the simultaneous broadcast delivery of earthquake early warnings．2007－05－30．http：∥www．nttdocomo．co．jp／info／news＿release／page／070530＿02．html（in Japanese）

［24］Japan Statistics Bureau．Population estimates by age（5－year age group）and sex．2011．http：∥www．stat．go．jp／english／data／jinsui／tsuki／index．htm

［25］Telecommunications Carriers Association．Numbers of subscribers by Carrier．2011－03－31．http：∥www．tca．or．jp／english／database／2011／03／index．html

［26］Kirschke R（creator），Ravascosmic（poster）．Earthquake hits Japan 03／11／2011－home video with early warning seconds before！［video］．2011－03－14．http：∥www．youtube．com／watch？v＝xYctjv7ouBc（in Japanese）

［27］Real－time Earthquake Information Consortium （creator），Reiceew （poster）．緊急地震速報－最寄－2011／03／11 14：46宮城県沖M8．1earthquake early warning（advanced）［video］．2011－03－11．http：∥www．youtube．com／watch？v＝3I－tfuPHlb0（in Japanese）

［28］Tonks B．Surviving Sendai，a first person account．Simcoe．2011－03－15．http：∥www．simcoe．com／community／barrieinnisfil／article／967252

［29］Yuanzency（poster）．東北地方太平洋沖地震発生時の全テレビ局同時マルチ映像［video］．2011－03－16．http：∥www．youtube．com／watch？v＝eOrAwvJLKxo（inJapanese）

［30］Vervaeck A，Daniell J．2examples of how technology made the difference during the Tohoku earthquake and tsunami．2011－04－22．http：∥earthquakereport．com／2011／04／22／2－examples－of－how－technologymade－the－difference－during－thetohoku－earthquake－and－tsunami／

［31］Vervaeck A，Daniell J．Massive 8．9aftershock／earthquake along the Japanese coast．2011－04－04．http：∥earthquake－report．com／2011／03／11／massiveearthquake－out－of－the－honshu－coast－japan／

［32］Tokyo Metropolitan Government．Tokyo metropolitan government buildings．2010．http：∥www．metro．tokyo．jp／ENGLISH／TMG／outline．htm

［33］Olson M，Liu A，Faulkner M，et al．Rapid detection of rare geospatial events：Earthquake warning applications．Proceedings of the 5th ACM International Conference on Distributed Event Based System，2011：89－100．doi：10．1145／2002259．2002276．

［34］USGS．Magnitude 9．0－near the east coast of Honshu，Japan．2011－03－11．http：∥earthquake．usgs．gov／earthquakes／eqinthenews／2011／usc0001xgp／

［35］Cyranoski D．Japan faces up to failure of its earthquake preparations．Nature，2011，471：556－557．doi：10．1038／471556a

［36］Yamada M．The 2011off the Pacific coast of Tohoku Earthquake．Earthquake Hazard Division at Kyoto University．2011．http：∥www．eqh．dpri．kyotou．ac．jp／～masumi／ecastweb／110311／index．htm

［37］Hoshiba M，Iwakiri K．Initial 30seconds of the 2011off the Pacific coast of Tohoku Earthquake（MW9．0）：amplitude andτc for magnitude estimation for Earthquake Early Warning．Earth，Planets and Space，2011，63：513－518

［38］Honma F，Ichikawa F．Earthquake early warning disaster mitigation system for protecting semiconductor plant in Japan．The 14th World Conference on Earthquake Engineering，Beijing，China．2008．http：∥www．14wcee．org／Proceedings／files／LateArrivals／S05－03－019．pdf

［39］Ghosh S K．Observations on the performance of structures in the Kobe Earthquake of January，17，1995．PCI Journal，1995，40（2）：14－22

［40］Tsunozaki E．Disaster reconstruction in Japan：Lessons learned from the Kobe Earthquake．Powerpoint presented at the SAR Regional Conference on Hazard Risk Management，New Delhi，India．2006．http：∥www．recoveryplatform．org／assets／publication／adrc／adrc＿presentation＿LessonsLearnedFromtheK－obeEarthquake．pdf

［41］Okada Y，Kasahara K．Hori S，et al．Recent progress of seismic observation networks in Japan：Hi－net，F－net，K－NET and KiK－net．Earth，Planets and Space，2004，57：xv－xxviii

［42］Cochran E，Lawrence J，Christensen C，et al．A novel strong－motion seismic network for community participation in earthquake monitoring．IEEE Instrumentation ＆ Measurement，2009，12（6）：8－15．doi：10．1109／MIM．2009．5338255

［43］Cochran E S，Lawrence J F，Christensen C，et al．The quake－catcher network：citizen science expanding seismic horizons．Seismological Research，2009，80：26－30．doi：10．1785／gssrl．80．1．2

［44］Shaw R，Shiwaku K，Kobayashi H，et al．Linking experience，education，perception and earthquake preparedness．Disaster Prevention and Management，2004，13（1）：39－49．doi：10．1108／09653560410521689

［45］Motosaka M，Homma M．Earthquake Early Warning System application for school disaster prevention．Journal of Disaster Research，2009，4（4）：229－236

［46］USGS．Historic Earthquakes：Kanto（Kwanto）Japan．2010－03－29．http：∥earthquake．usgs．gov／earthquakes／world／events／1923＿09＿01．php

［47］Cabinet Office，Government of Japan．On“Day of Disaster”and“Disaster Week”．1982－05－11．http：∥www．bousai．go．jp／gyoji／bousaiweek．html（in Japanese）

［48］Asahi S．510，000people trained in lessons from 3．11，“Disaster Prevention Day”in 35prefectures．2011－09－01．http：∥www．asahi．com／kansai／sumai／news／OSK201109010028．html（in Japanese）

［49］JMA．Survey results on Earthquake Awareness Part 1．2007－06－06．http：∥www．jma．go．jp／jma／press／0706／06b／eew＿enq．pdf（in Japanese）