说起地震预警,其实从90年代开始就有一些探讨,当时介绍较多的是日本铁路系统的地震预警。国内一直有一些零星的呼声,但一方面由于地震测报属于国家垄断的领域,必然受到体制的制约,另一方面也由于承平日久,虽然研究论文也有一些(比如福建省地震局的),但从未掀起什么波澜。直到汶川大地震爆发……
那年,在奥地利做理论物理博士后的王暾“毅然回国”,还拉了几个朋友下水,拿着设想找到某省地震局说要搞预警。彼时的省地震局说起来很重视这个事,给他介绍了一堆地震专家,从而得到了专家们的宠爱。不过,最基本的传感设备还没研发出来,对于什么时候能搞成预警系统,搞成什么样子,其实大家都还没数,因此也谈不上高屋建瓴的支持性决策。于是他花了大半年时间做地震仪,又跑去汶川地震沿线做工作,加上有省上的老专家给他背书,当地政府支持搞一搞试一试,给安排了若干乡镇装仪器试点。
王暾可以算是经历比较奇特的科技爱好者。他中学就对物理很感兴趣,是当地有名的学霸。但其实大学的专业是低温工程,如果要用生活中的例子来说明的话,可以理解为冰箱空调的原理和设计,而对科创会员来说更贴近的是液氧生产、液氢输运。据说这个专业是他自己报的,也许是当时冰箱还属于比较有趣的东西。但大学真正开始之后,兴趣很快就没了,于是开始折腾电子,自动控制等等,可以说是一个跨学科人才。他是研究生以后才转到力学,又转到理论物理的,并且读了两个博士。一直读博士又去做博士后,通常是科研道路不太顺利的表现,大多与性格有些关系。
地震预警本质上是一个信息系统问题,虽然有地震两个字,其实更接近IT界。以那时候地震局的技能树,让他们去搞嵌入式仪器,真是要了老命了,在体制方面更不可能跟爱好者团队比。所以王暾团队的效率比国营预警工程要高很多,到09年年中就搞出了能够小范围传输预警信号的设备,在10年就已经能够大范围联网了。但王暾在EE或者IT方面是半路出家,组织仪器设计还算比较顺利,到了高通量服务端架构和APP设计上就一直存在一些不大不小的问题,直到多年后才基本解决。
传感器布设到位后,预警系统很快就搭了起来。大概在2012年,成都人民就能够下载预警APP,得到四川西部地震的预警,此时智能手机也才刚刚开始。有了系统运行的案例,他才得到了稍多一点的经费支持,同时也卖出了一些成套预警设备和软件,算是能发得起工资了。而国营预警系统面向社会服务,得等到近十年之后……
前面已经说过,地震测报是一个高度垄断的领域,如果不是有全国首创的光环加持,民营机构自下而上,根本没法碰。王暾的确是缺少一些顶层交往的机遇和活动能力,没有上面的大佬站台,也没有搞好资本运作,国家系统上线之后,生存空间必然被不断挤压。另一方面,在国内搞地震预警的确很难形成商业上的闭环,传感网、云端又都很费钱。他曾搞过不少俗称“幺蛾子”的玩法,引起负面舆论,根本目的还是筹钱。
这次“7.7级乌龙事件”炸锅之后,我看到不少人评论,“怎么能允许民营公司搞这么重要的事情”,不免觉得滑稽。虽然现在民营在一些眼中已经变成和地富反坏右差不多的词,但毫无疑问,中国的地震预警就是民营机构突破层层阻力开创的,地震预警服务也是民营机构为人师表。作为当之无愧的“中国地震预警之父”,王暾们唯一的问题,大概就是在该退场时没有退场,竟然在“国家队”进场之后还妄图“二分天下”。现在,闹出“这么大的动静”,连省地震局都跳出来捅一刀,乃至忘了前几年自己无中生有一个8.1级地震引起恐慌的事,风向已经很明显了。
当然,地震预警只是他搞的其中一个领域。在科技大跃进的时代,挣钱的领域还有一些,倒不用担心像十年前那样当即没了饭碗。
说到乌龙,就不得不谈到地震预警的核心问题:如何尽早判断风险的大小——确切的说,如何在地震开始几秒内较为准确的预估震级。
地震开始以后,能够感知的信息只有震动的波形,一般来说是通过强震仪——通常是加速度计来采集的。地震波不是完美的正弦波,它的波形很复杂,用信息技术的语言来讲,是一个有丰富频谱成分的时变信号,大体上可以提取的重要信息有初动方向、主要频谱成分的频率(周期)、频谱成分的振幅分布等。而预警系统主要根据P波周期、振幅来预估震级,通常周期长、振幅大的地震震级大,而高频成分多,振幅小的地震多为地方性小震。
但是,上述规律不是绝对的。
比如,同样的振幅,可能震三秒就完事了,也可能震两分钟,这取决于断裂带中有没有“锁固段”(秦四清提出的概念)终止破裂,他们的能量可是要相差40倍,但很难未卜先知。
又比如,几个小震相邻发生,可能恰巧叠加出一个大震的特征。也可能一个大震,由于破裂带推进的范围太广,被误认为多个地方先后发生的一系列中震。
显然你不能等震完了才发预警。预警系统为了响应快,必须在数据极为有限的时候就作出初步判断。地震波每秒只能走几公里,最初收到震动的台站一定很少,目前普遍只需要一个站收到3~5秒波形就推测出地震参数,但单个台站很可能恰好处于某些特殊的位置或者受到外部干扰,从而让周期看起来变长,幅度发生大比例失真。
随着地震波及更多台站,实时数据汇集,才在随后逐步修订——这是王暾策略最初的办法。但这回闹出风波的接近3级的初判偏差,的确是卡BUG级的偏差,虽然准确原因尚不清楚,但对于浅源诱发地震的特点欠缺考虑应该是一个重要因素。
个人认为报超过6级的中震就应该谨慎,考虑中国国情,完全可以不论初定震级大得多离谱,一律显示>6,如果再过几秒发现真的>6,再修上去,是更稳妥不招骂的办法。
生拉硬拽的话,这可以说是我国科技爱好界的一段《毕昇》的故事了,所以这里写一下。部分信息来自会员(王暾团队前员工)的口述,可能有较大偏差,仅供参考。
最后,给出王暾最初专利/会议报告和金星最初的论文,供各位进一步了解“民营”和“官营”两种系统早期的技术路线区别。另外也举例了一篇近年的文献,供各位了解地震预警的热点话题。王暾们在2023年还出过一本书,叫《大规模地震预警系统理论、技术与实践》,想深入了解的话可以买来看。