可操作的地震预报 认知状态与应用指南

2009年拉奎拉地震后,意大利民防署(DPC)任命了一个国际民防地震预报委员会(ICEF),其任务是就当前构造地震短期预测预报的认知水平提出报告并提出利用可能的大地震前兆启动民防措施的指导意见,包括大地震后地震灾险性概率分析结果的使用。国际地震预报委员会回顾了由世界范围地震活动区的进展获得的地震预测预报研究。预测(predic-tion)定义为确定性地表述未来地震是否将在一特定地理区域、时间窗和震级范围内发生,而预报(forecast)则是给出这样一个事件将要发生的概率(大于0但小于1)。对地震的可预测性,即可依据观测到的地震系统的表现确定未来地震发生的程度,人们知之甚少。这种认知的缺乏反映在不能在短时间尺度上可靠地预测地震活动地区的大地震。大多数已提出的预测方法依靠的是诊断性前兆,即在地震之前可观测到的某种以高概率说明即将来临地震的地点、时间和震级的信号的概念。本报告中评议的前兆方法包括应变率、地震波速和电导率的变化,地下水、土壤和空气中氡浓度的变化,地下水位的扰动,近地表及其上方的电磁变化,热异常,动物行为异常和地震活动性图像等。诊断性前兆的探索迄今尚未提出成功的短期预测方案。因此,本报告关注作为与收集和传播含时间的地震灾险性权威信息的原则性方法的可操作的地震预报,以帮助社会公众应对潜在的破坏性地震。在几天和几周的短时间尺度上地震序列显示出如大地震触发的余震空间和时间上的成丛性。成丛性的统计描述解释了地震目录中观察到的许多特征,并可用于形成预报,说明地震概率的短期变化。若能恰当加以应用,短期预报就具有可操作性,如预测大地震后的余震。尽管长期预报对于保障地震安全性的价值是明确的,但对短期预报的解释却令人困惑,由于地震概率变化可达几个量级,而典型的概率值在绝对意义上仍然很低(日概率小于1%)。把这种低概率的预报转换为有效的决策是一个艰难的挑战。报告收集了高地震危险性的6个国家(中国、希腊、意大利、日本、俄罗斯和美国)在地震风险管理中当前利用可操作预报的状况。长期模型是当前民众预防地震破坏最重要的预报手段,因为它们指导了建筑规范中的地震安全条款、基于性能的抗震设计和其他减轻风险的工程实践,如在翻修旧建筑中纠正设计缺陷等。余震的短期预报在上述一些国家中曾经实践过,但可操作的地震预报还没有在任何一个国家完全实施过(即定期更新并且在全国范围内实施)。根据在地震活跃区积累的经验,国际地震预报委员会向意大利民防署提供了一组在意大利使用可操作的预报的建议,这些建议对于其他国家可能也是有用的。应该向公众提供关于未来地震短期概率的权威的、科学的、一致的和及时的公开信息源。报告应以具有可操作性、定期更新的地震活动预报系统为基础,而且这些系统在地震信息的产生、发送和使用中都要经专家严格评审和更新。所有可操作模型的质量应当通过对其可靠性和有效性的回顾性检验加以评估,而且应对已建立的长期预报和其他含时间的模型进行持续的前瞻性检验。警报规程应当标准化以便于各级政府及民众做出决策。应当确定地震概率阈值以指导警报等级,而警报等级是以代价和收益,以及信息价值的无形方面,如心理准备与恢复方面效益的客观分析为基础。由社会科学研究确立的有效的公众交流原则应当被用于地震灾险信息的发送。     

地震概率预报效能评分和预报发布决策

我国地震预报的发展已经到了这样的阶段:我们不但面临地震预报问题,而且面临如何应用决策理论科学地向公众发布短临预报的问题。为此,除了目前已经开展的地震易损性研究外,还要研究预报向公众发布后引起的社会经济效应及采取预防措施所需的经济代价;此外,还应实现从确定性地震预报向概率地震预报的转变。概率预报是地震活动本身特点所要求的科学的预报方法,它可以使我们把长期地震危险性分析和短临预报有机的结合起来,进行定量的决策分析,更科学的决策是否和如何向公众发表地震短临预报,取得更好的社会效益。为了在短临预报中推广概率预报,必须正确理解概率预报的含义和对概率预报效能进行评价。     

利用中期地震活动异常综合预测地震危险区

在分析了首都圈地区（３８．５°～４１°Ｎ，１１３°～１２０°Ｅ）中强以上地震前地震活动特征的基础上，总结出了本区中强以上地震前地震活动的普遍性特征，应用孕震模型对地震活动异常进行综合分析，给出了应用地震活动异常进行地震预报的物理基础。文中还提出了应用中期地震活动异常进行预报的综合判别指标，当其达到给定阈值时，再考虑地质构造、中强以上地震发生的自然概率、大震后的减震作用、中期地震活动异常的分布及其预报效能等因素，给出二维的综合概率分布图，把概率值较高的地区作为未来一、二年中强以上地震的危险区。此外还进行了震级、时间预测方面的研究。     

华北地区诱发地震预报能力统计模拟分析研究

用诱发地震的方法研究了1970年1月1日至1998年12月31日华北地区发生的A－F－B震的关系，以及诱发地震的空间分布特征。用统计模拟的检验方法分析了诱发地震的预报能力，结果表明诱发地震发生后在3年内200km范围内发生ML5.9级以上地震的概率为32％，大于将预报随机化计算的平均随机报准率与3倍均方差之和，认为在应用本研究方法选用的参数时，诱发地震含有地震前兆信息，有一定的预报能力。     

突出小地震活动事件作为中强震短临预报判据的研究

对新疆1970年以来突出小震活动事件进行了统计分析,给出突出小地震活动事件与5级以上中强震的对应关系,提出以突出小地震活动事件中小地震发生的时间间隔和频度预报中强震的短期判据。     

地震空间分布函数的确定方法研究

选取了几个反央西南地区地震活动的时间和空间特征的因子，因子量化全部建立在因子与实际地震发生的统计关系上，使因子具有一定的概率预报意义和相互对比的基础，另外还对部分因子的预报效能了作评估和修正，采用３种方法分别求出了３套地震空间分布函数，并作了要相互比较。     

地震综合预报中的一个概率问题

目前地震预报还没有过关,单靠某一个前兆观测台站和某一种前兆手段来预报地震都不是很准确的。因此,利用多个台站、多种前兆观测手段来预报地震就成为提高预报准确率的一种重要途径。但是,在实际预报过程中,有一个概率问题需要解决,即当所有前兆观测项目中(每一个前兆观测台站的每一种手段都可称为一个前兆观测项目),有一些出现异常,     

评价地震预报效能的K指数

本文提出了一种新的评价地震预报效能的方法:K指数方法。它从地震的自然概率、地震预报概率、预报准确系数三个方面评价地震预报效能。文中给出了相应的定量计算方法与实用实例。     

中长期地震预报的时间序列建模法

前言 从历史资料分析,某个区域的地震时间分布(时序)并非毫无规律可寻,而是近似地服从某一分布的,根据时间序列分析来进行中长期预报是有可能的。文献[1][2]利用灰色建模方法得出预报模型初步证实了这一点。本文将给出一种较方便的建模方法(回归法)来对地震发生时间进行预报,在某些情况下,其效果明显优于文献[1][2]。     

现场或震后趋势预测中的几个不精确推理问题

在地震预报的实践中经常会遇到下面的情况,即如何估计在经过了一定的预报时间后尚未发生预期地震的条件下在余下的预报时间段内发生预期地震的信度问题。文中结合地震发生是个小概率事件这一特点,运用MYCIN模型推得了估计这一信度的实用公式,同时还对所遇到的其它几个不精确推理问题进行了论述。     

地下流体短临地震信息的特殊意义

根据华南地区１０次５级以上震例分析结果,得到了与理论分析一致的认识,即地下流体能灵敏地显示短临地震信息,特别是地震发生的时间信息,但不能较好地显示震中方位信息。然而,短临地震时间信息对于地震短临综合预报及防震减灾决策具有重要意义。     

祁连山地震带小震活动增强指标提取与预报效能分析

总结2015年以来、2010年以来和1980年以来祁连山地震带活动增强指标,得到祁连山地震带5年、10年以及40年尺度的小震频度预报效能。祁连山地震带M_L2.0以上地震月频度持续增强的异常出现时间在3个月以上,异常出现后1~3个月,祁连山地震带及边邻地区发生5级以上地震以及青藏高原东北缘发生6级以上地震的概率较高。作为短期预报指标,祁连山地震带的地震活动增强对甘肃及边邻地区的地震预报工作具有重要的指示意义。     

Synthesis前兆群体异常信息提取与地震短期预测研究

建立了Synthesis法前兆群体异常信息提取的数学模型。选取滇东地区1995－2000年9月间常用的20项前兆资料，研究中强地震前后Synthesis法前兆群体异常的变化特征。研究结果表明，在研究时段内，Synthesis法前兆群体异常占时率为0.158，为小概率事件。地震对应率为5／6＝0．83，虚报率为1／6＝0．17，地震均是在异常结束后3个月之内发生，是对应概率很高的短期预报指标。成组异常出现均有成组地震对应，群体前兆“组异常”特征显著。处于计算前兆观测点中心的澄江地震前，异常幅度突出，预示了Synthesis值计算有利于提取近源短期异常。实际检验了Synthesis法在地震短期预报中的预报意义，获得了满意的效果。     

地震的概率预报

所谓地震预报，指的是预先知道地震的震中、震级和发生时间。亦可换言之，是在某种前提下，预测地震的发生。把概率用于预测的理由有二：其一，是因为地震现象本身受到不确定因素的影响；其二，是由于我们所掌握的观测预报信息存在着很多的不确定性。因此，进行预报的实际过程，归根结底，是某种条件下的概率预测。由于地震预报具有一定的社会影响，所以，不得不考虑能否将预测结果作为预报公之与众的问题。从这个意义上讲，我们在此将概率预测称之为概率预报。     

利用多级模糊评判综合预报地震强度

文中把多级模糊评判数学模型应用到地震综合预报工作中,选取地震活动性和定点前兆共14个因子作为因素集合,把地震强度分为四个范围作为评语集合,以华北8次5级以上地震资料为基础,根据各个因素和地震强度的统计经验和前兆异常的形成过程建立综合评判矩阵和综合预报地震强度的评判模型,用20个样本检验的结果为:内符合检验报准的概率为87.5％,外推检验报准的概率为81.9％。通过可靠性分析得到用该方法预报地震强度的信度。本文的方法在1989年10月19日大同6.1级地震的预报过程中见到了实效。结果证明多级模糊评判方法在综合预报中具有定量化和实用化的意义。     

人工地震目录的评估及其在青藏高原东北缘的应用

如何使用古地震序列数据评估数值模拟得到的长期人工地震目录的准确度是地震数值预报研究所面临的重要问题.为探讨上述问题,本文开发了计算人工地震目录与古地震序列匹配度的平均绝对误差法和余弦相似度法,并将其应用于青藏高原东北缘地区,获得了与该地区古地震序列数据匹配较好的人工地震目录.基于匹配较好的目录,本文还计算了海原断裂及香山天景山断裂发生大地震后,大地震在区域四条主要断裂的迁移概率.研究结果表明:(1)以上两种方法均可用于评估人工地震目录与古地震序列的匹配度;(2)与未进行匹配的人工地震目录的迁移概率计算结果比较,通过古地震数据匹配的人工地震目录的计算结果更优,即更接近于基于古地震数据计算的地震迁移概率;(3)当大地震在海原断裂上发生后,海原断裂再次发生大地震的概率最大,约为47%,其次是香山天景山断裂,约为23%~27%.本文对评估基于动力学数值模型产生的长期人工合成地震目录的准确度做出了调查与探索,为区域地震数值预报研究提供了参考.     

地震烈度的模糊预测模型

在我国,地震烈度预测是合理选择工程场地设防标准的基础.现行地震烈度区划图所提供的基本烈度是指100年内,在一般场地条件下可能发生的最大烈度.从定义本身及编图过程看,在一定程度上考虑了地震发生的随机性,只是提供的基本烈度没有明确的概率标准而已.目前较为流行的地震危险性分析可以给出建立在概率水准上的烈度值.众所周     

对地震危险区的探索——以南黄海5．3级地震等预报为例

1991年11月5日在江苏射阳发生了4．7级地震，1992年1月23日在南黄海北部发生了5．3级地震，10月22日射阳东海域发生了4．8级地震，11月4日南黄海北部发生了4．6级地震，对上述4次地震笔者等曾作出了一定程度的年度中期预报。本文对该地震震前的预报概况，预报基本思路和主要科学依据作了概述，并讨论了给予的启示。认为在一定条件下对某些地震作出某种程度的科学预报还是可能的。     

CN算法应用于我国23次强震的预测研究

本文用ＣＮ算法研究了我国近期大陆东部和西部南北带及邻近区域共２３次强震前的ＴＩＰ，即强震发生概率增长时间。结果表明，１８次强震发生在被判定的强震发生概率增长时间的ＴＩＰ内。ＴＩＰ警戒约占总研究时空域的３０％，获得了较好的中期地震预测效果。表明ＣＮ算法可作为强震中期预报的手段之一。     

张北MS 6.2级地震前兆综合加权信息量的变化

地震前兆综合加权信息量是在地震综合息量的基础上,改进了地震前兆异常出现概率的计算方法后得出的一种综合预报新方法。利用“地震预报专家系统”的思想对每一异事件进行综合评估,考虑到异常的可靠性、有效性、显著性及相互关联性给予不同的权重,以每异常事件的最可能发震时间来估算异常出现的概率,计算了华北地区１９９０年以来的地震前兆综合加权信息量,分析了１９９８年１月１０日张北Ｍｓ６．２级地震前这种信息量变化的特