作者:刘丹 来源:科学时报 发布时间:2011-12-8 9:21:25
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倪四道:与地震波赛跑
 
本报记者 刘丹
 
1976年7月28日凌晨3点42分,河北唐山;2008年5月12日下午14点28分,四川汶川。
 
联系起这两个时空的,是人类暂时无法抗拒的灾难——地震。假如能提前预警时间,将从死神口中夺回多少鲜活的生命?追问这个问题的人中,有一位中国学者,名叫倪四道。
 
2009年《中国科学》杂志第一期发表了中国科大地球和空间科学学院教授倪四道及其团队的最新研究成果——用两个三分量地震台站,就足够在10秒钟内确定震中位置,误差只在20公里范围内。在2009年底的国际著名地球物理期刊Geophysical Research Letters上,他们又发表了有关利用P波前3秒快速确定震级的算法。他们的研究结果表明,在短短数秒内,可以比较准确估计震级,误差在0.5个震级范围内。
 
汶川大地震发生后,倪四道认为:“汶川地震发生在成都以西100多公里处,地震面波需要40秒左右才能到达成都。如果利用该地震附近50公里内的两个地震台的P波,可以在十几秒内初步确定地震地点及强度,成都可以有20多秒的预警时间终止关键性活动。”
 
倪四道指出:“在汶川大地震发生后10多分钟,强烈的面波才抵达北京、上海等东部城市,一些高层建筑内的正常生产、工作和学习也暂时中断。我国如果形成地震早期预警系统,完全可以在地震面波还没有到达东部大城市之前,向民众及相关部门通报有感地震波将到达,避免不必要的社会恐慌。”
 
问题的关键,在于地震早期预警系统。
 
苏门答腊启示
 
倪四道的成果,克服了“地震速报系统”对观测点密度的高要求。他们结合基于地震台网的波前探测方法和基于单地震台资料的P波预测方法,对地震的震中位置、发震时刻和震级这三个最重要参数进行了快速确定。
 
突破源于一次实验,倪四道在对2004年那场引发大海啸的苏门答腊岛大地震的研究中发现:高频P波的传播不会被混合,杂乱的波形将被过滤掉,观测效果十分明显。
 
苏门答腊大地震后的3个晚上,倪四道通宵达旦,终于得到结论:苏门答腊地震,持续时间为500秒,破裂1300公里——这是人类已知最大的破坏。
 
他们同时还发现,利用这种方法能够进行地震预警,高频P波一秒传播10公里,海啸一秒钟仅能推进100米。利用这种方法计算,15分钟内就能确定地震的震级和破坏程度,而当时的海啸要传到斯里兰卡,还需要2~3小时,“利用这个时差,我们完全有可能预警”。
 
这个发现开启了中国地震早期预警的一扇门。
 
用他们的方法,在地震发生后10秒内,即可对震中位置进行初步确定,其精度随地震台分布的稀疏而定;同时,发震时刻也能得到确定。对汶川大地震而言,这种定位能在地震发生后约8秒获得,其误差小于10公里。
 
地震的震级,则能通过分析离震中最近地震台的前4秒波形得出;对汶川大地震来说,确定震级的时间为震后8~9秒,误差为0.5级。
 
“5·12”那沉重的记忆
 
汶川地震发生10多分钟后,倪四道几乎第一个冲到楼上,重新回到实验室,下载实时汇集到美国地震研究中心的、全球1000多个台站记录到的数据。晚上回到家,他在电视上看到,温家宝总理在都江堰对灾区人民的讲话。
 
“温总理6个小时到了都江堰,而我们当时仅仅知道震级是7.6级,震中信息还未确定,这是科学家的失职。”倪四道说。
 
这种自责的情绪不断升腾,折磨得倪四道无法入睡。到了半夜12点,他几乎是跑着回到了实验室,他给博士生打电话,叫他们起床,赶紧打车回实验室。他心里只有一个念头——“我要赶快做事情,做任何能够对灾区有帮助的事!”
 
一夜无眠。8小时后,他们赶制出震后国内第一张《地面震动图》,并及时上报。
 
这张图清晰显示出地震受灾最重的三片地区——汶川、北川、青川——“特别是青川,那里的通信完全中断,连海事卫星也被拿去用于救援汶川,他们是骑着自行车,冒着生命危险出来通报灾情的”。而当时我们几乎所有的抗灾救援力量,都被堵在了由都江堰前往汶川的路上,倪四道在第一时间发现了我们救灾方式存在问题,他即刻把图纸传送给了国家地震局。
 
“现在回想起来,关于这张图,当时没有时间考虑太多,如果我们不用这个专业的学术名称,而是通俗一点,直接一点,叫它‘受灾程度图’,也许它会发挥更大的作用。”每每说到这件事,倪四道依旧难掩心中遗憾。
 
三次“异类”的选择
 
1976年唐山大地震时,6岁的倪四道随着父母,在防震棚中住了很长时间。父母口中对关于那场灾难的描述,让他清楚地记住了四个字:“天崩地裂”。
 
倪四道还清楚地记得,在当年中国科学技术大学少年班的20个同学中,自己是唯一的“异类”,选择攻读“地球物理”这个冷门专业。
 
1997年,倪四道拿到了加州理工学院地质与行星科学系读博士的奖学金。里氏震级就是以这所大学Richter教授的名字命名。他以优秀的成绩提前半年毕业,并第二次成为“异类”——几乎所有同学都进了跨国石油公司,或转行到华尔街,而他却选择留校,在地震学实验室继续科研。
 
2004年,倪四道作出了人生中第三次“异类”的选择——回到祖国。“就算再选一次,我还是要走这条路。”倪四道说。
 
2009年底,针对国际上刚兴起的新方向——地震大地测量学,他从中国科大到中科院测量与地球物理研究所工作,负责创建“大地测量与地球动力学国家重点实验室”。作为室主任,他正带领团队开展地震学和大地测量学的交叉研究,以更准确、更快速确定震源位置、深度及震级,从而实现更精准的地震预警,把实验室建设为我国地震减灾科学研究的重要平台。
 
“地球不会说谎,出错的往往只是我们的理论。最大的天然实验室显然就是地球本身。”倪四道说。为了赶在地震波的前面预警,倪四道迈出的人生步履,也总是不由自主地那么匆忙、急促。
 
《科学时报》 (2011-12-08 A1 要闻)
 
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