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【科技日報】馬強：搭建地震預警守護網(wǎng)
發(fā)布時(shí)間： 2025-03-13 點(diǎn)擊數量：2292科技日報2025-03-1305版
【總師對話(huà)】
◎本報記者 朱 虹 通訊員 趙 真
2025年2月20日20時(shí)4分，寧夏回族自治區銀川市許多市民的手機屏幕突然變?yōu)樾涯康拈冱S色，全國地震預警微信小程序彈出緊急提示——“有感地震，請注意防范”。
這是中國地震預警網(wǎng)第242次準確播報。國家地震烈度速報與預警工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“國家地震預警工程”）總工程師、中國地震局工程力學(xué)研究所強震動(dòng)觀(guān)測中心主任馬強及其團隊用十余年“織”就了這張守護網(wǎng)。日前，馬強接受科技日報記者采訪(fǎng)，講述了他和團隊從科學(xué)研究到示范探索、再到應用服務(wù)的艱辛過(guò)程。
“我們要成為‘吹哨人’”
記者：地震預警和地震預報有何區別？
馬強：地震預警和地震預報是兩個(gè)完全不同的概念。地震預報是指在地震發(fā)生前，工作人員依據觀(guān)測資料研判，進(jìn)而推斷出未來(lái)地震可能發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和震級大小。而地震預警是在地震發(fā)生后，更準確地說(shuō)，是在地下斷層剛開(kāi)始破裂，但地震波還未傳播開(kāi)來(lái)時(shí)，通過(guò)技術(shù)手段快速發(fā)出警報。
記者：請您簡(jiǎn)要介紹下國家地震預警工程。
馬強：我國是地震多發(fā)國家。為增強地震災害監測預警和風(fēng)險防范能力，2018年中國地震局啟動(dòng)國家地震預警工程建設。歷經(jīng)5年多，該工程于2024年全面建成。我和團隊為此做的研究在2005年前后就已開(kāi)始。
傳統地震監測往往是事后告知，而我們要成為“吹哨人”。國家地震預警工程建成了覆蓋全國的地震預警網(wǎng)。在重點(diǎn)預警區，首報用時(shí)平均僅7秒；在一般預警區，首報用時(shí)為10秒至30秒。這張網(wǎng)可以在破壞性地震波到達前為人們爭取數秒至數十秒的避險時(shí)間。
記者：重點(diǎn)預警區和一般預警區是如何劃分的？
馬強：綜合考慮我國震情特點(diǎn)、人口分布以及經(jīng)濟發(fā)展等因素，我們將全國劃分為重點(diǎn)預警區和一般預警區。重點(diǎn)預警區涵蓋華北、南北地震帶、東南沿海、新疆天山中段以及拉薩這5個(gè)區域，涉及19個(gè)?。▍^、市）。在這些地區，地震預警網(wǎng)具備震后10秒內進(jìn)行預警的能力。我國其余地區則為一般預警區，地震預警網(wǎng)在這些地區具備在震后10秒至30秒內進(jìn)行預警的能力。
記者：當地震發(fā)生，地震預警網(wǎng)如何工作？
馬強：1.8萬(wàn)個(gè)地震觀(guān)測站點(diǎn)共同構建起這張地震預警網(wǎng)，24小時(shí)不間斷監測大地的震動(dòng)。當地震發(fā)生，距離震源最近的觀(guān)測站點(diǎn)會(huì )先捕捉到地震波信號，處理系統對捕捉到的信號進(jìn)行分析，甄別其究竟是地震信號還是干擾。隨著(zhù)地震波不斷傳播，更多觀(guān)測站點(diǎn)捕捉到地震波信號?；谶@些信息，自動(dòng)化處理系統能夠快速鎖定地震發(fā)生位置，估算震級大小。一旦地震震級達到預先設定的預警級別，預警信息便會(huì )立即通過(guò)發(fā)布系統自動(dòng)發(fā)出。
記者：地震預警網(wǎng)實(shí)現了哪些突破？
馬強：過(guò)去，受限于數據處理技術(shù)和能力，需要等到較多觀(guān)測站點(diǎn)接收到相對完整的地震波信息，才能最終給出地震的基本參數，如震級、震中位置等。整個(gè)流程耗時(shí)較長(cháng)，通常需要2分鐘左右才能完成一次地震速報。這種“分鐘級”的響應速度，在爭分奪秒的地震緊急處置場(chǎng)景下，明顯滯后。
如今，隨著(zhù)科技進(jìn)步，我們實(shí)現了重大突破，從過(guò)去的“分鐘級”地震速報時(shí)代，進(jìn)入了“秒級”地震預警時(shí)代。有了這張地震預警網(wǎng)，除了能在震后數秒內發(fā)出預警信息，我們還可以在震后數分鐘內，進(jìn)一步細化地震相關(guān)參數；在數小時(shí)至數天內，持續為后續救援、災害評估等工作提供全方位、動(dòng)態(tài)更新的地震信息?？梢哉f(shuō)，目前我國已經(jīng)形成了“秒—分—時(shí)—天”全時(shí)序地震信息產(chǎn)出體系，應對地震災害能力大幅提升。
記者：截至目前，全國地震預警網(wǎng)預警了多少次？預警用時(shí)是多少？
馬強：在國家地震預警工程建設過(guò)程中，我們始終堅持邊建設、邊運行、邊服務(wù)的原則。自2021年5月起，全國地震預警網(wǎng)已成功處理4.0級以上地震200余次。平均而言，從地震發(fā)生到發(fā)出首報信息，僅需7.4秒。與地震速報結果相比，該預警網(wǎng)所給出的震級，平均偏差僅0.4級。全國地震預警網(wǎng)展現出的強大預警能力，遠超最初的設計預期。
“遇到困難再堅持一下”
記者：在預研階段，您和團隊遇到的最大難題是什么？
馬強：如何使地震預警的時(shí)效性與可靠性同時(shí)達到較高水平，是我們在預研階段遇到的最大難題。
在大地震的破裂過(guò)程尚未完全結束時(shí)，我們就要預估地震可能達到的震級，這極具挑戰。除此之外，地震波傳播路徑千差萬(wàn)別，且可能受到周邊環(huán)境影響，導致我們實(shí)際能夠獲取的信息存在不確定性和噪聲干擾等問(wèn)題。加之地震的突發(fā)性，留給信息甄別與篩選的時(shí)間極少，使得我們能夠有效運用到地震預警中的信息非常有限，為精準實(shí)現地震預警造成極大困難。
記者：為了解決這些問(wèn)題，您和團隊做了什么？
馬強：為了實(shí)現地震預警快、穩、準，我們攻克了60余項關(guān)鍵技術(shù)。在地震波數據實(shí)時(shí)傳輸與預處理方面，我們運用多源異構觀(guān)測數據融合算法與實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，搭建起具備10萬(wàn)通道級規模的分布式地震數據實(shí)時(shí)處理平臺。該平臺擁有強大的數據處理能力，能夠實(shí)現5萬(wàn)臺次實(shí)時(shí)數據的高效匯聚，并在“秒級”時(shí)間內完成并發(fā)處理，有效解決了海量地震數據實(shí)時(shí)處理難題。
在保障系統可靠性方面，我們研發(fā)出多模塊多中心綜合判定技術(shù)，同時(shí)構建了國省兩級融合決策機制，進(jìn)而解決了多站網(wǎng)、多系統、多平臺環(huán)境下預警結果的決策難題，顯著(zhù)降低了預警過(guò)程中誤報、虛報、漏報等的發(fā)生概率，有力提升了地震預警的準確性。
記者：在技術(shù)攻關(guān)階段，有沒(méi)有讓您印象深刻的事？
馬強：有一件事讓我至今記憶猶新。2020年初，我們在研發(fā)多模塊多中心綜合判定技術(shù)時(shí)，陷入困境。不同中心之間的結果交互存在較大延遲，導致綜合判定結果總是不統一。團隊成員連續奮戰了好幾個(gè)晝夜，不斷排查問(wèn)題、優(yōu)化算法，卻收效甚微。大家都疲憊不堪、壓力巨大，甚至有人開(kāi)始懷疑我們的研究方向是否正確。
然而，就在大家幾乎要陷入絕望時(shí)，團隊里一位年輕的工程師提出了一個(gè)全新的思路：對國省兩級信息的握手策略進(jìn)行徹底重構。這個(gè)提議瞬間點(diǎn)燃了大家的希望。于是，我們立刻調整方案，全力投入到新的嘗試中。經(jīng)過(guò)連續48小時(shí)的奮戰，我們終于解決了這個(gè)難題。那一刻，整個(gè)團隊歡呼雀躍，所有的疲憊和壓力煙消云散。這次經(jīng)歷讓我深刻體會(huì )到，遇到困難再堅持一下，希望就在不遠處。
記者：怎么保證地震預警信息能及時(shí)送達用戶(hù)？
馬強：為確保地震預警信息能夠及時(shí)、準確地送達用戶(hù)，我們建立了“四進(jìn)”機制，即預警信息進(jìn)廣播、進(jìn)電視、進(jìn)手機、進(jìn)大屏，并綜合運用應急廣播、專(zhuān)用終端等，推出廣覆蓋、秒級觸達的地震預警信息服務(wù)。
除此之外，針對專(zhuān)業(yè)用戶(hù)和特殊用戶(hù)，我們推出了定制化、個(gè)性化的緊急地震信息服務(wù)，同時(shí)積極與行業(yè)部門(mén)對接，針對高速鐵路、核電站、油氣管網(wǎng)、高壩水庫等重大基礎設施構建緊急處置模型，并在高鐵、管網(wǎng)、電梯等關(guān)鍵設備上進(jìn)行示范應用，成功填補了我國跨行業(yè)地震應急聯(lián)動(dòng)處置服務(wù)的空白，有力促進(jìn)地震風(fēng)險防控與國家經(jīng)濟建設的深度融合，為保障人民生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展提供了堅實(shí)支撐。
“注重培養創(chuàng )新思維”
記者：請您介紹下所在科研團隊。
馬強：我們團隊是一支典型的產(chǎn)學(xué)研用結合的團隊，匯聚了來(lái)自中國地震局工程力學(xué)研究所、福建省地震局、中國地震臺網(wǎng)中心、中國地震局地球物理研究所等單位的科研精英，還有深圳防災減災技術(shù)研究院和華為技術(shù)有限公司的技術(shù)骨干。我們從最初十幾人的小團隊，發(fā)展到如今以年輕科技人員為主體的數十人的研究隊伍，團隊成員專(zhuān)業(yè)背景涵蓋地球物理、地震學(xué)、地震工程學(xué)等多學(xué)科。不同學(xué)科人才通過(guò)思想碰撞，解決了大量關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
記者：您如何培養團隊里的年輕人？
馬強：我注重培養他們的創(chuàng )新思維，鼓勵他們跨學(xué)科學(xué)習和實(shí)踐。在實(shí)際工作中，給予他們充分的指導和實(shí)踐機會(huì )，讓他們在地震預警工程項目中鍛煉成長(cháng)。同時(shí)，我也會(huì )分享自己的經(jīng)驗和見(jiàn)解，引導他們應對科研中的難題和挑戰，幫助他們在項目中找到自己的研究方向和定位。當年輕人遇到困難時(shí)，我會(huì )鼓勵他們勇敢嘗試新方法，培養他們獨立思考和解決問(wèn)題的能力。
記者：地震科學(xué)與技術(shù)研究涉及地質(zhì)學(xué)、地震學(xué)、工程學(xué)等多個(gè)學(xué)科。對于培養具備跨學(xué)科研究能力的復合型人才，您有什么建議？
馬強：我建議加強學(xué)科交叉課程的設置，讓學(xué)生在學(xué)習本專(zhuān)業(yè)知識的同時(shí)，也涉獵其他學(xué)科知識。同時(shí)，鼓勵青年人才參與涉及多學(xué)科的科研項目和實(shí)踐活動(dòng)，在實(shí)踐中培養跨學(xué)科的思維和能力。除此之外，行業(yè)內部也應加強聯(lián)動(dòng)，以需求為導向，搭建多學(xué)科交流與合作的平臺，促進(jìn)不同學(xué)科背景的人才相互學(xué)習、共同進(jìn)步。學(xué)校和科研機構還應提供更多實(shí)踐機會(huì )，讓年輕人在實(shí)際工作中了解不同學(xué)科，從而更好地培養他們的跨學(xué)科工作能力。
記者：請您給地震研究領(lǐng)域的年輕人一些建議。
馬強：首先，要保持對學(xué)科的熱愛(ài)，這是支撐年輕人在科研道路上不斷前行的動(dòng)力。其次，要勇于探索和創(chuàng )新，地震預警等領(lǐng)域還有很多未知等待我們去發(fā)現，不要害怕困難和挑戰。再者，要注重學(xué)科交叉和融合，拓寬自己的知識面和視野，培養綜合解決問(wèn)題的能力。最后，要有耐心和毅力，地震研究是一項長(cháng)期而艱巨的任務(wù)，需要我們持之以恒地努力和付出。在研究過(guò)程中，要善于總結經(jīng)驗教訓，不斷提升自己的科研水平和能力。
【記者手記】
盡管?chē)业卣痤A警工程已交付，但馬強的工作節奏并未放緩。他的日程被各種研討會(huì )和實(shí)驗填滿(mǎn)，采訪(fǎng)只能安排在他午休的間隙。
馬強帶我走進(jìn)擺滿(mǎn)示波器和服務(wù)器機柜的會(huì )議室時(shí)，墻上的LED屏正“跳動(dòng)”著(zhù)川滇地區的地震監測數據。馬強輕觸屏幕調出三維波形圖，那些起伏的曲線(xiàn)仿佛在“講述”這位總師20年的科研光陰。
2003年春天，馬強進(jìn)入中國地震局工程力學(xué)研究所。從那時(shí)起，他和團隊便開(kāi)始了與地震波賽跑的“科技長(cháng)征”。
“從分鐘級到秒級，不是簡(jiǎn)單的數字游戲，我們要一秒一秒地‘死磕’?！瘪R強指著(zhù)屏幕上實(shí)時(shí)更新的震源參數說(shuō)，“當地震橫波以每秒3.5公里的速度傳播，預警快0.1秒，或許就能多挽救一些人的生命?！?/p>
2013年四川省雅安市蘆山縣震后55秒產(chǎn)出自動(dòng)速報結果，2021年四川省瀘州市瀘縣震后4.8秒對外發(fā)布地震預警信息……這些數字背后，有上百次的技術(shù)迭代，還有由馬強帶領(lǐng)的專(zhuān)家團隊熬過(guò)的百余個(gè)不眠之夜。
如今，覆蓋面積330萬(wàn)平方公里、服務(wù)6.6億人的全國地震預警網(wǎng)，在孕育新的可能。馬強團隊正將人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)“織”入這張網(wǎng)?！敖衲晡覀儗⒃谒拇ǖ貐^試驗部署基于家庭光貓的震動(dòng)物聯(lián)終端，把地震預警盲區再縮小一些，使地震預警服務(wù)覆蓋的人群再多一些?！闭f(shuō)這話(huà)時(shí)，馬強的眼里閃著(zhù)光。
臨近采訪(fǎng)結束時(shí)，警報聲突然響起——原來(lái)是模擬演練。馬強條件反射般站起來(lái)查看數據，確認無(wú)誤后才慢慢坐下。
在與地震的“賽跑”中，人類(lèi)還沒(méi)有取得真正的勝利。但我相信，“馬強”們會(huì )堅持不懈、分秒必爭，直到“跑”贏(yíng)地震波。
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