地震情报自动处理系统(ASIPS)计划启动

为高效率自动处理世界各地的地震情报,LETC地震海啸同好会于2021年10月10日正式启动了ASIPS计划。该计划全名为“地震情报自动处理系统”(Automatic Seismological Information Processing System,简称ASIPS),由Python语言构建,并已于同日凌晨完成了最初试验版本(Alpha 1)。

ASIPS根据实现功能的不同被划分为若干个版本,版本序号以希腊字母表和阿拉伯数字进行排列。在计划初期(即Alpha和Beta版本),ASIPS将主要围绕文字处理进行发展。随后,在Gamma和Delta版本阶段,ASIPS将主要以图像处理等方向进行发展。在Epsilon版本阶段中实现情报搜集自动化后,ASIPS将围绕更深入的数据延伸分析、AI学习等方面进行发展。

ASIPS各版本主要功能示意图

根据初步预定,ASIPS所有版本的预计完成时间参见下表。

版本 功能 预计完成时间
Alpha 以文字基础处理为主 2022年2月
Beta 以文字进阶处理为主 2022年4月
Gamma 以GUI、数据处理为主 2022年6月
Delta 以数据处理、图像处理为主 2022年9月
Epsilon 以自动获取信息为主 2023年
Zeta 以数据延伸分析为主 2024年
Eta 以机器学习、AI学习为主 2025年
Theta 以机器学习、AI学习为主 2025年以后

 

日式震度的前世今生

第一代的震度标准(1884年.明治十三年)

由1872年开始,日本就已经使用地震计来观测和纪录地震的波动,但当时日本全国未有比较统一的标准去形容地震摇晃的强度。有见及此,当时担任「内务省地理局第四部 验震课长」的关谷清景向日本国内600个群役所颁佈《地震报告心得》的文书,要求群役所在地震观测报告上报的时候统一以「微震」、「弱震」、「强震」和「烈震」这四个阶级再加上一些简短的解说文去形容地震时当地的震感。

例如「微震」则可能会写下:「仅少数人感觉到地震」,这就是日本震度标准的雏型。

 

代表性的地震活动:

  • 浓尾地震(1891年):M 8.0.烈震(相当于目前的震度7)
  • 庄内地震(1894年):M 7.0.烈震(相当于目前的震度7)
  • 明治三陆地震(1896年):M 8.2 ~ 8.5.强震(相当于目前的震度4)
  • 陆羽地震(1896年):M 7.2.烈震(相当于目前的震度7)

 

第二代的震度标准(1898年.明治三十一年)

由1898年开始,在「微震」、「弱震」、「强震」之前分别追加「微震(无感)」、「弱震(震感较弱)」、「强震(震感较弱)」三个新的等级,并且开始使用数字「震度0」~「震度6」来代表他们的阶级。同时,一度免除了群役所在报告上写简短解说的必要性,直至1908年(明治四十一年)把解说文復活。

到1936年(昭和十一年),气象厅决定了「地震观测法」,把「微震(无感)」、「弱震(震感较弱)」、「强震(震感较弱)」的名称改称「无感」、「轻震」、「中震」,对应的数字阶级由阿拉伯数字「震度0」至「震度6」,改成罗马数字「震度0」至「震度Ⅵ」。

除了一系列震度阶级的改革,日本在这段期间亦积极地广泛增加地震计以观测地震。根据气象厅的资料,官方(即气象官署)以及非官方(民间委托)观测点数量于1904年达到1437个。

代表性的地震活动:

  • 大正关东地震(1923年):M7.9 ~ 8.2.震度6(一部份地方达到震度7)
  • 昭和三陆地震(1933年):Mw 8.4.震度5
  • 鸟取地震(1943年):Mj 7.2.震度6(部份地区达到震度7)
  • 昭和东南海地震(1944年):Mw 8.2.震度6(部份地区达到震度7)
  • 三河地震(1945年):Mj 6.8.震度5(部份地区到震度7)
  • 昭和南海地震(1946年):Mw 8.4.震度5
  • 福井地震(1948年):Mj 7.1.震度6(目前基准下的震度7)

 

第三代的震度标准(1949年.昭和二十四年)

1948年福井地震的大震过后,开始有声音认为「震度6」作为震度标准的上限并没办法描述一些受灾特别严重的地域,例如当时一些房屋倒塌率达90%的地区。于是气象厅在翌年正月(1949年)修改了「地震观测法」的内容,增设了「震度7(激震)」这一个新的阶级。但新的这一阶级与前面的阶级并不同,须气象厅的官员在事后到达现场进行实地调查,确认达到设定的「房屋倒塌率达30%」这一客观标准才能判定。

另外,为了便宜上判断是否需要作出海啸予报,气象厅亦分别为「震度4」和「震度6」加入体感状况的说明,后来在1978年于所有的阶级都加上体感说明。

 

第三代的震度标准下的技术提升机械化

虽然各处都设有地震计,不过这段时间的震度判定其实仍然由观测员根据自身的体感和观测建筑物的受损情况,从震度标准中订立的指南主观地决定地区震度,这一系列操作下从地震發生到發表各区震度需时超过十分钟。另,期间还有过千个委託观测站因为整顿等遭废弃,只剩下百馀所的气象官署进行震度观测。

以上种种原因导致了震度的精准度、情报發佈速度不足,达「震度5」以上的地区震害程度不符等的状况。因此,日本气象厅于1985年开始讨论利用自动化的震度观测器具进行震度监测以及客观判定的可行性,并于三年后正式开始用震度计进行试验性质的自动化机械监测。

 

代表性的地震活动:

  • 十胜冲地震(1952年):Mw 8.2.震度6
  • 新潟地震(1964年):Mw 7.6.震度5
  • 三陆冲北部地震(1968年):Mj 7.9.震度5
  • 日本海中部地震(1983年):Mw 7.7 ~ 7.9.震度5
  • 北海道南西冲地震(1993年):Mw 7.7 ~ 7.8.震度6
  • 北海道东方冲地震(1948年):Mj 8.2.震度6
  • 三陆遥冲地震(1994年):Mw 7.7 ~ 7.8.震度6
  • 坂神淡路大震灾(1995年):Mj 7.3.震度7

 

第四代的震度标准(1996年~现在)

于平成初期(1989 ~ 1995年)的数起大地震浮现出两个较严重的问题,包括「震度5」、「震度6」间震害不一,还有坂神.淡路大震灾(学名:兵库县南部地震)时因为需要实地调查而造成「震度7」的判定费时失事,气象厅最终在1996年4月1日正式进行大规模改革。

为了避免民众因为震度阶级的改动造成不适应,便将原本的「震度5」、「震度6」拆分成「震度5弱」、「震度5强」、「震度6弱」、「震度6强」四个等级,并废除微震、轻震等的名称。除此之外,气象厅亦完全废除使用体感观测和实地调查机动班来判定震度,把这项需要客观情报的工作移交至当时数百个强震计。

从强震计中测得的摇晃度将会根据加速度和加速度的持续时间转化为一个简单的数字,四捨五入后成为相应的震度。例如:计测震度3.6为「震度4」、计测震度5.2为「震度5强」、计测震度6.3为「震度6弱」、计测震度6.5以上为「震度7」。

直至现在,震度观测点已经由1993年的300个增长至超过4200个复盖日本的国土,当中包括防灾科学技术研究所佔800个、地方公共团体佔2800个。

 

第四代的震度标准下的再完善

有鑑于千禧年以后發生的一些灾害性大地震,有地区因为长周期地震动出现与震度阶级所描述不符的受损状况,为了补足这一缺点,气象厅于2013年制定了一个平行于现有震度标准、四级制的「长周期地震动阶级」,用以描述一地区的建筑物受长周期地震摇晃的严重性,并正式于2019年使用。

 

代表性的地震活动:

  • 鸟取西部地震(2000年):Mj 7.3.震度6强(防灾研录得震度7)
  • 平成十胜冲地震(2003年):Mw 8.0 ~ 8.3.震度6弱(防灾研录得震度6强)
  • 新潟中越地震(2004年):Mj 6.8.震度7
  • 新潟中越冲地震(2007年):Mj 6.8.震度6强(柏崎刈羽核电站录得震度7)
  • 东日本大震灾(2011年):Mw 9.0 ~ 9.1.震度7
  • 熊本地震前震(2016年):Mj 6.4.震度7
  • 熊本地震本震(2016年):Mj 7.3.震度7
  • 北海道胆振东部地震(2018年):Mj 6.7.震度7

千岛海沟的地震活动与潜在威胁简介

地质背景

 

千岛海沟」,又名「千岛—勘察加海沟」,位处于西北太平洋,太平洋板块在这裡以每年75至90毫米的速度隐没至鄂霍次克海板块(属于北美板块的一部份)之下,形成这条微弯的隐没带。

它的东北侧从连接着阿留申海沟的俄罗斯勘察加半岛科曼多尔群岛,沿着千岛群岛南岸往西南方向延伸,一直到日本北海道东南沿岸接壤日本海沟,总长度达2900公里。其海沟的水深大部份达7000米以上,最深的地方则达9500米以上。

在千岛群岛南部,这种以斜角形式进行的隐没作用造成岛弧除了会發生普通的逆冲断层地震(例:1995年千岛群岛地震)之外,还有一些平行于海沟线的横移型地震(例:1994年千岛群岛地震)。同时,因为千岛海沟南面部份的斜角隐没作用,它的最西南端与日本海沟的最东北端發生碰撞,造成日向山脉的隆起,以及北海道一些西北—东南向的地震。

始自北纬44度,普通的俯冲主导了其隐没形式清晰展现了一个深度延伸到650公里的「和达—班尼奥夫带」;另外,隐没的角度也从南部的55度减少至北部的35度。

 

地震活动小汇总

 

身为环太平洋火山带的一员,千岛海沟的地震活动非常活跃。根据美国地质勘探局的资料,千岛海沟自1900年有纪录起發生超过10次震级超过8.0的巨大地震、90次以上震级超过7.0的大地震,在其中亦有深层地震。

当中最强的一次地震發生于北京时间1952年11月5日,震源在勘察加半岛东部外海,深度约22公里,矩震级达到Mw 9.0,是自1900年以来观测史上第五强的地震。地震后产生的海啸横扫了震中附近的沿岸,另一头就横跨太平洋先后到达夏威夷群岛、阿拉斯加州、加州等沿岸。

另外值得一提的是,千岛海沟也在2013年5月24日發生了观测史上最强的深源的地震,震级为Mw 8.3,震源位于鄂霍次克海,深度接近600公里。这场地震因为其深度,即使远至日本北海道、鹿儿岛也分别能录得震度3、震度1的摇晃;更远的中国重庆录得烈度Ⅳ度、哈萨克阿特劳录得烈度Ⅴ度、甚至连俄罗斯国土另一端的莫斯科也有Ⅲ度的烈度。

 

各区块的历史活动与潜在威胁

 

千岛海沟最北端勘察加半岛的部份,除了1952年的超巨大地震外,公元1737年亦發生了一个规模同等或以上的超巨大地震(推估震级Mw 9.0 ~ 9.3)。另外根据海啸堆积物的调查,在距今7000年内总共有50个大海啸的痕迹。

 

千岛海沟南端的部份,根据日本的「地震调查研究推进本部」(下称地震本部)的研究,又将其分成以下几种孕震的模型……

  • 十胜外海地震
  • 根室外海地震
  • 色丹岛与択捉岛外海地震
  • 十胜至捉捉岛的海沟轴地震
  • 隐没板块内的浅层地震
  • 隐没板块内的深层地震
  • 连动型地震

 

十胜外海地震,被定义为北海道十胜地方外海的板块边界型地震,最新模型提供的潜在震级为Mw 8.0 ~ 8.6。自1839年起总共發生过三次,分别在1843年、1952年、2003年,从三个活动推算出平均周期为80年左右,未来30年的發生机率大约7%。

 

根室外海地震,被定义为北海道根室地方外海的板块边界型地震,最新模型提供的潜在震级为Mw 7.8 ~ 8.5。自1839年起总共發生过三次,分别在1843年、1894年、1973年,从三个活动推算出平均周期为65年左右,未来30年的發生机率大约70%。

 

色丹岛与択捉岛外海地震,因为历史活动的震源域不确定性比较大,因此地震本部囊括了色丹岛外海和択捉岛外海两者的板块边界型地震,最新模型提供的潜在震级为Mw 7.7 ~ 8.5。自1839年起总共發生过五次,分别在1893年、1918年、1963年、1969年、1995年,未来30年的發生机率大约60%。

 

另外,这三个区块亦可以發生比较小的地震,潜在震级介乎7.0至7.5之间。这种震级小一圈的地震活动当然活动间隔亦比较短,无论在十胜.根室外海区块、还是色丹.択捉外海区块,自从1976年起均發生过三次,计算出未来30年發生概率分别是80%和90%。

 

十胜至捉捉岛的海沟轴地震的活动预测,是根据邻近的日本海沟有类似的海啸地震活动,从而推断千岛海沟亦有其潜在风险,最新模型提供的潜在震级为Mt 8.0左右。

 

隐没板块内的地震亦分成较浅层(深度50公里左右)和较深层的地震(深度100公里左右)来进行活动预测。

较浅层的板块内地震自1839年起發生过两次,潜在的最大震级可达到Mw 8.4,未来30年發生机率30%;

较深层的板块内地震自1900年起發生过三次,潜在的最大震级可达到Mw 7.8,未来30年發生机率50%。

 

连动型地震泛指由十胜外海到択捉岛外海之间的多个断层区块进行连动破裂,根据不同的破裂形式、涉及的震源域范围和断层滑动量可计算出不同的潜在震级,介乎在Mw 8.8 ~ 9.3之间。透过从海啸堆积物进行年代分析,这样特别巨大的海啸在6500年內共發生过十八次,在五世纪、九世纪、十三世纪、十七世纪均有發生,平均活动周期是340~380年左右。

其中十七世纪的最后一次活动有可能是来自「1611年庆长三陆地震」,由于已距今400年有馀,被认为是具迫切性的一种潜在威胁。

LETC:2020年3月共创探究题发布

LETC考试中心制作的2020年3月共创探究题正式发布啦!

本次共创探究题共分为4个大题,满分50分,主要考察基础内容,总体难度适中,建议答题时间为20分钟。

回答完毕后,[email protected],也可向该邮箱发送您的疑问。

请随时关注LETC地震海啸同好会官方网站和LETC 地震海啸同好会本部QQ群6428567以获取最新信息。

从2·12日本二连发地震看IPF法

一、地震发生时

 

对大多数人来说,2020年2月12日,同样也是平常的一天。但对LETC地震海啸同好会的成员们来讲,当天的晚上却是一个令人激动的夜晚。

让我们将时间回溯到2月12日东京时间(GMT+9)的19时许。

19时36分,由日本防灾科学技术研究所(NIED)运营的地震计数据实时推送软件向用户发出了关于“北海道地方发生了最大震度为3的地震”的速报。

正当LETC成员们认为这只是一个再正常不过的地震时,没过一分钟,以福岛县为首的东北·关东地方的许多观测点陆续观测到了比震度3还要强烈的摇晃。

图1 北海道4.4级地震发生 后1分钟,福岛县近海也随之 发生了5.5级地震 图片来自日本防灾科学技术研究所(2020).

为什么LETC成员们会如此激动?难道只是因为凑巧在短短几分钟时间内就发生了2次地震吗?这未免有些幼稚了些。更为重要的是,LETC成员们在这2次地震发生后,在脑海中第一时间想到的就是集成粒子滤波法被成功运用了。

 

二、IPF法是什么?

 

在这里,就不得不说明集成粒子滤波法是个什么东西了。我曾在2018年8月于中文维基百科上创建编写了《集成粒子滤波法》条目,主要介绍了它的研发背景和算法原理等内容。

集成粒子滤波法,简称IPF。这是一个由京都大学防灾研究所和日本气象厅共同研发的算法,专门针对于改善同时发生多个地震的情况下紧急地震速报的发布精度问题。

稍有关注世界地震活动或者时事新闻的朋友们可能都知道, 2011年3月的日本东北地方太平洋近海地震(也就是常说的“3·11大地震”、“东日本大地震”)为日本许多地方带来了难以恢复的灾害。由于这次地震规模巨大(震级达到了9.0级至9.1级,位列近代地震史前5名),导致余震活动十分频繁且活跃,时不时就会出现多次地震几乎同时发生的情况。

在当时,由于紧急地震速报系统的不完善,加之强震后许多地震仪都因为停电和海啸等原因处于数据传输中断的状态。在多次地震同时发生的情况下,紧急地震速报系统根据可用台站数量不多的、分布不均的地震台网记录到的数据推算出的震级和烈度时常过大,造成了多次误报的情况。

也就是说,在IPF法正式推出之前,在极端情况下,哪怕在日本附近同时发生了2次规模十分小的地震,但因为系统的缺陷,紧急地震速报系统只能认为在这个时间点上某地发生了1次地震,而不能把这2次地震区分开。因此推算出的地震震级会异常的高。由于推算出的震级较高,导致系统对附近地区可能遭受的摇晃程度的预估也就随之变高。

我们可以看如下一个例子。这个案例发生于2011年3月23日,即3·11大地震发生12天之后。图中,2个红色五角星的位置分别代表了2次地震的震中位置,黄色区域为被发布了紧急地震速报的地区。

 

图2 2次地震几乎同时发生的情况下造成的误报 图片来自日本气象厅(2011).

然而,在当时不够成熟的紧急地震速报系统的算法下,由于系统无法分辨出这是2次单独的地震,因此这两次地震被系统认为是一次震级达到7.0级的强烈地震,且将地震的震中定位至了地震B的震中位置。我们将右侧五角星的地震记为地震A,左侧五角星的地震记为地震B。根据日本气象厅的观测记录,这两次地震均发生于当日凌晨1时12分07.2秒。地震A和地震B的震级分别为5.4级和2.3级。根据地震发生之后的推算,即使是震级相对较高的5.4级的地震A,其带给附近地区最强烈的摇晃程度也不过只有震度3而已。日本烈度标准(正式名称为“日本气象厅震度阶级”)下的震度3,即代表虽然大多数人都能感受到摇晃,但由于摇晃程度较小,因此不会对当地产生任何实质性的破坏。

直观上来讲,7.0级和5.4级仅仅差了1.6级而已。但如果对地震震级有过了解的朋友都会知道,这1.6级的差,代表着释放的能量相差了250倍之多

这也意味着,紧急地震速报系统对明明是震级较小的地震B的震中附近地区,发布了烈度极高的紧急地震速报。根据误算得出的7.0级,系统推测出地震B的震中附近将面临最大震度达6强的强烈摇晃。而震度6强,是在日本烈度标准下第二高的烈度。

类似于这种误报的情况实际上还有很多。这种误报的频繁出现,使得2011年的误报次数激增至60次,与其他年份的平均值(11.5次)多出了数倍。为了解决这种问题,2014年,日本气象厅首次提出了IPF法的相关概念,并制定了预计于2015年下半年开始试用,且于2016年正式实行的规划书。

 

三、避免误报的原因

 

当然了,一定会有读者会认为,“宁愿误报也不能漏报”。诚然,在防灾心理的角度上讲,相对漏报,我们更愿意接受误报的情况发生。然而,在日本居住过一段时间的朋友们都会或多或少有过这样的体验:睡的很香,结果手机突然大响警报声,提示强震波即将袭来当地。

 

图3 因2020年2月1日凌晨茨城县南部5.3级地震对附近地区发布的紧急地震速报
图片来自日本气象厅(2020).

这次地震发生时,由于东京也被列为了紧急地震速报的区域,因此哪怕是在凌晨时分,居住于当地的居民持有的手机、安装在家中的紧急地震速报收信端等机器都以最大音量响起了警报声。然而实际上东京仅观测到了震度3以下的烈度。图3展示的是2020年2月1日凌晨,因茨城县南部发生的5.3级地震对附近地区自动发布的紧急地震速报的分布图。虽然系统在监测到P波(相对较快、但破坏力较小的地震波)后就推算出了这次地震的规模大约在5.5级左右,但由于震源深度推测过浅(推测结果为10千米),导致系统对附近地区的烈度估算较高。实际上由于这次地震的震源深度达60千米,因此除去正好位于震中之上的极少部分地区,大部分被发布紧急地震速报的地区都只观测到了震度3以下程度的摇晃。

凌晨时分被发布误报,可能至多只会引起大部分人睡得不安稳,极少数人因突如其来的过大的警报声导致的心脏病而受伤。然而,在忙碌的白天,如果某个地方被发布了紧急地震速报,于交通而言的电车、新干线、飞机,于福祉保障的医疗器械,于生产建设的工厂、建筑工地等一系列生活相关的事物都将被强制停止运作。如果这个速报只是一场因算法不成熟导致的误报,那么当地的许多活动也会随之受到或多或少的影响,反而将原本避免损失的目的变成了实质上制造损失的后果。

四、后话

 

日本气象厅曾经用这样的例子来说明过IPF法:“即使观测点的数量很少,也可以同时处理很多信息。所以,我们可以运用这种方法在短时间内寻求震源元素,提高信息的可靠性”。

不妨以电视屏幕上的“特定人物的自动跟踪”为例。出现在电视屏幕上的特定人物,如果暂时因障碍物而被隐藏,如果使用粒子滤波法,就可以根据该特定人物的特征(形状,颜色等)推测出这个人物在屏幕中的移动。由此,可以在短暂失去目标的情况下跟踪该特定人物。同理,通过粒子滤波法对震源进行测定,便可以将同时发生的几次地震分离开来。

日本作为世界公认的地震大国,在IPF法的研制后也仍在致力于解决3·11大地震发生时出现的问题。例如,自2018年3月起,为解决大地震发生时推测烈度过小的问题,日本气象厅开始实行了根据周边观测点观测到的实时烈度预测相关点的烈度的局部无阻尼运动传播法(PLUM法),与IPF法结合使用。2018年发生于北海道的最大烈度达到日本烈度体系下的最高烈度(震度7)的6.7级强震,便利用了PLUM法,为避免震害损失带来了不少帮助。

即便作为近几十年科学技术高速发展的人类,我们仍然还是没有什么有效的方法去预测未来地震的发生。哪怕是地震学界的泰斗金森博雄,也曾在书籍《巨大地震的科学和防灾》中无奈地提到,现代地震学作为短短发展了几十年的学科,一线学者们至今也无法明确一些地震现象的原理。但他也提到,既然人类无法预知、改变大自然的规律,那么就从我们现有的技术入手,以最大限度地保护人类生命的安全。

2019年地震活动与新闻汇总

总体强震活动

根据美国地质勘探所(USGS)提供的数据,本年震级超过M6.0的地震活动共有143起。其中被归类为巨大地震(M8.0以上)、大地震(M7.0~7.9)、强震(M6.0~6.9)的分别有1次、9次、133次。

本年造成遇难人数达30人以上的致命地震有3次,分别是克什米尔地震(9月24日)、安汶地震(9月26日)、阿尔巴尼亚地震(11月26日);其中最致命的地震是阿尔巴尼亚地震,震级为Mw 6.4,造成52人死亡、2000人以上受伤。但不幸中的大幸是,今年因地震而死亡的人数在近年来最低的,希望这好趋势能在来年持续。

 

地震活动小回顾

花莲地震(4月18日)

4月18日下午1时01分(北京时间),花莲县秀林乡附近爆发出一起强震,其震级为Mw 6.1(ML 6.3 / Mj 6.4 / Ms 6.7),震源深度18.8公里。在这次地震中花莲县铜门的观测点录得震度7

地震造成1人死亡、16人受伤。这是继2018年的花莲地震后,花莲连续两年发生震度7的强震,同时也是实施新震度阶级制度前最后一个震度7的地震。

 

秘鲁地震(5月26日)

5月26日凌晨2时41分(北京时间下午3时41分),秘鲁的地底深处发生了一次巨大地震,其震级达到Mw 8.0,是本年震级最大的一次地震。虽然震源深度达122.6公里,属中源地震,烈度依然录得非常强烈的Ⅷ(8)度。

地震造成2人死亡、30人受伤。

 

四川长宁地震(6月17日)

6月17日晚上10时55分(北京时间),四川长宁发生一起强震,其震级为Mw 5.8(Ms 6.0),震源深度16公里。在这次地震中,ICL地震预警技术系统于宜宾市临震前10秒即发出了地震预警。重庆、成都、泸州、乐山、南充等地震感强烈,最大烈度达到Ⅷ(8)度

地震造成13人死亡、229人受伤;22000间房屋受到不同程度的损坏或倒塌,直接经济损失88.89亿人民币。

 

日本山形县近海地震(6月18日)

2018年大坂北部地震的一周年,山形县近海在这一天晚上9时22分发生了一场强震,其震级为Mw 6.4~6.5(Mj 6.7),震源深度14公里。最大震度位于新潟县下越地方录得6强,山形县则录得6弱;另外山形县录得等级三的长周期震动阶级。气象厅在震后随即对山形、新潟、佐渡、石川等沿岸地区发出海啸注意报(即预料波高1米程度),约三小时后解除。

这是观测史上首次以山形县为震央,而达到震度5弱以上的强震;同时,也是气象厅时隔约两年半(938日)再次发佈海啸注意报。

 

美国加州里奇克莱斯特地震序列(7月4日~7月6日)

当地时间7月4日上午10时2分(北京时间7月5日1时33分),加州东南部瑟尔斯山谷曾发生了一次M4.0的地震;

第一次地震的31分钟后,10时33分,瑟尔斯山谷的西南侧发生了Mw 6.4的地震,震源深度10.3公里。当时广泛地区均有震感,北至萨克拉门托,南至墨西哥下加利福尼亚州,其中最大烈度达到Ⅷ(8)度。当地居民称震动持续半分钟。

其后大大小小的余震持续,于7月5日凌晨4时8分(北京时间7月5日晚上7时08分)发生Mw 5.4的地震,震源深度7.0公里,最大烈度Ⅶ(7)度。

于7月6日晚上8时19分(北京时间7月6日上午11时19分),Mw 7.1的主震来袭,震源深度只有8公里,最大烈度达Ⅸ(9)度,此后超过3000次大大小小的余震密集地发生。此地震序列造成1人死亡,25人受伤;这地震是1999年海科特煤矿地震(M7.1)以来最强的地震。

 

阿尔巴尼亚地震(9月21日、11月26日)

欧洲中部时间9月21日下午3时4分(北京时间晚上10时4分),阿尔巴尼亚都拉斯附近发生一次中强震,震级为Mw 5.6,最大烈度达到Ⅷ(8)度。国防部在当时称,这一次地震是阿尔巴尼亚境内20至30年间发生的最大的地震,幸未有人遇难,只有百余人受伤。

两个月后,欧洲中部时间11月26日凌晨3时54分(北京时间上午10时54分),阿尔巴尼亚马穆拉西附近又发生一次强震,震级为Mw 6.4,震源20公里。最大烈度达Ⅸ(9)度,除了阿尔巴尼亚外,意大利、塞尔维亚均有震感。

这场阿尔巴尼亚四十年来最大的地震导致至少52人死亡,2000多人受伤,同时是本年最致命的一场地震。其后阿尔巴尼亚和科索沃宣布11月27日为全国哀悼日。

 

台湾地区实行新震度阶级

台湾地区当局有鑑于目前震度阶级不利辨别灾情严重、乃至救援力量分配的情况,于今年较早的时候针对目前震度阶级拟定改善计划并顺利获得通过,将于2020年元旦起採用。

新的震度阶级参考日本目前的震度阶级,将震度5、震度6各细分强/弱两级,由八个等级扩展成十个等级;另外,考虑到瞬时的高加速峰值(PGA)容易造成震度高估的情况,震度4以上的等级将改成参照速度峰值(PGV)来判别震度。

 

在新的一年,也请各位多多指教。

台湾地区实行新震度分级制度

何谓震度

震度,就是一场地震在某一个地点下所感受到的震感或者摇晃程度,在台湾地区和日本以外使用汉字的国家或地区则是使用「烈度」这个词语。

如果将地震比喻为发亮的灯泡的话,描述地震强度所使用的「震级/规模(Magnitude)」就像是输入到灯泡的能量,而描述一地震感所使用的「震度/烈度(Intensity)」则是一个人站在某一个位置下所能看到灯泡的亮度。从以上的比喻可以理解,一场地震大抵上只会有一个震级的数值(※注),但是震度或烈度则会随着地点与震源的距离、所在地的地质条件等有不同的数值。

※注:震级可能因为机构所使用的大数据或计算方式不同而得出不尽相同的结果,但总体上相差不会太大。

 

台湾地区目前的震度制度

台湾地区最初是沿用日本1936年至1948年时所使用的震度分级,这一版本共分成八个等级,由「震度0级」至「震度6级」,使用最大地动加速度(PGA,单位为gal)作为直接换算。

不过1999年9月21日发生了集集大地震,政府在震后发现「震度6级」的范围太广,不利于快速研判灾害状况以派遣救灾部队,因此气象局当时设400 gal为其上限,并新增「震度7级」,从2000年8月开始使用至今。

 

新的问题

由于目前的方法是利用地震波形裡面最大的地动加速度直接换算成震度,意味着即使其加速度只维持了一瞬间,不足以对建筑物产生严重的损害都能达到获得很高的震度评价,如此情况反而造成一些灾情上的误判,继而浪费了宝贵的救灾力量。

其次是目前的震度5(80 – 250 gal)和震度6(250 – 400 gal)的范围仍然很广,使政府无法在这个范围内研判哪些地方比较严重。这一点,日本在1995年坂神大地震后也曾面对过这个问题,并于1996年对震度阶级实行了改革。

 

改革点

有见及此,台湾方面在分级方面参考了日本于1996年实施的震度阶级改革,于本年(2019年)决定在「震度5」和「震度6」这两个等级中细分为「震度5弱」「震度5强」「震度6弱」「震度6强」,以解决其范围太广的问题。

 

另外,从「震度5弱」开始不再以最大地动加速度作为单一标准,转为使用地动速度PGV)作为主要的标准来判定等级,希望新的制度能更贴近实际的灾情,便于分配救灾力量。

 

与日本震度阶级的分别

虽然表面上新版本的分级与日本一样,但是在计算出震度的方式则是不同的,日本则是理解到同一个加速度于不同的持续时间下对于建筑的损伤有轻重之分,所以计算震度时是同时利用地震持续时间加速度这两个元素。

地震小科普:常用震级介绍

前言

我们经常在报章或者新闻报导中听到某次地震的强度是「里氏9.0级」,到底「里氏」是什麽东西?是怎样决定地震强度呢?其实我们在不知不觉下已经吸收到错误的知识!各位读者们不妨在读完本文后仔细想想我这句话是什麽意思吧。

 

近震震级(Local Magnitude, ML)

近震震级,在1935年由两位来自美国加州理工学院的地震学家芮克特(Richter)和古腾堡(Gutenberg)共同制定的。近震震级在不同地方有不同的称呼,大陆地区主要称呼为「里氏震级」、港澳地区主要称呼为「黎克特制震级」、台湾地区则称呼为「芮氏规模」、国外则是称呼为「Richter Magnitude Scale」,共通点都是使用芮克特的音译来称呼。

在距离地震震央100公里处的观测点所设置的地震仪,若记录到最大水平位移1微米(即百万分之一米),则定义为近震震级(ML)0。因为计算式是使用10的幂,所以只要最大的水平位移增大10倍,近震震级会增加1.0。例如在某一场地震中,观测点录得最大水平位移为1米,那这一场地震的近震震级则为ML 6.0。

但用来观测的伍德—安德森扭力式地震仪有其设计上的限制,若果震中距超过600公里,就没办法计算出正确的震级;同时,这种震级在6.5就开始有饱和的现象,在计算大型地震上面会因为饱和现象而发生震级低估的情况。后来为了改善这样的情况,先后开发了体波震级(mb)、表面波震级(Ms)、矩震级(Mw)等。

 

体波震级(Body wave Magnitude, mb)

地震波有分为实体波、表面波和尾波,其中实体波又分为速度较快、振幅较小的P波和速度较慢、按幅较大的S波。体波震级就是古腾堡于1945年提出,计算式与近震震级有类似,但利用实体波中P波的振幅、以及其週期来计算震级

由于P波传播速度非常快,所以计算地震的强度非常快,但体波震级在6左右亦会发生饱和现象

 

表面波震级(Surface wave Magnitude, Ms)

相对于体波震级,表面波震级(又称为面波震级)则是利用表面波中的雷利波来作计算的。为了补足近震震级在计算大型地震强度的缺陷,古腾堡开始着眼于表面波的振幅、週期和震中距离震级的方式,其后发现表面波在週期20秒左右通常能产生最大的振幅,最后终于在1950年代发展出表面波震级。

表面波震级的计算式方面跟体波震级相似,但是它到8才会开始发生饱和现象,因此能计算出大部份的地震强度。

 

日本气象厅地震震级(Japanese Meteorological Agency Magnitude Scale, Mj / Mjma)

日本气象厅地震震级,是日本用于表示地震强度的一种独有的地震震级系统。其使用可追溯至1920年代的报告中,途中经过多次改善改修一直沿用至今。

这是利用地震波造成的地面移动的速度值和变动值来计算出来一种複杂的震级系统,在计算小规模地震时,会强调高频的成份,测定地面移动的速度,从而用来计算出所谓的「速度震级」;而在计算中规模以上的地震时,则强调低频的成份,计算出饱和上限值较高的「变位震级」。

这种震级比起矩震级(后述)可以更快计算出结果,能活用于地震预警之类的系统。但与前述的震级一样,在M8.0以上的巨大地震时,地震波会因为能量被地盘吸收而无法计算出正确的数值。最明显的例子就是2011年的东日本大震灾的气象厅震级为Mj 8.4,但矩震级则为Mw 9.0~9.1。

 

矩震级(Moment magnitude scale, Mw)

在介绍矩震级之前,需要先介绍饱和现象是什麽的一样东西。像震级到7以上的大地震,断层破裂面已经是相当的大(可能在数百平方公里以上)。这样的大地震在发生的时候,破裂面不会在瞬时间全部滑动,而是以一定的速度扩散开去。如此一来,地震仪会捕捉到持续时间很长的地震波,特别是会出现多次的峰值,但震幅的值却不会再增加很多。亦因为这样,利用震幅大小而计算出来的地震震级值就没办法再增加了,也就是所谓的饱和现象。

对于这样的现象,金森博雄于1977年制定矩震级,其概念就像是由地震「作功」一般,因此矩震级的简称Mw中的w就是「功(work)」。矩震级是从地震矩(seismic moment)加以计算的一个无单位的数字,而地震矩则是由断层面积、滑动量和断层的刚性系数得出来的。从这样的关係式可见,这震级系统并不受震幅所影响,所以并没有饱和的现象,亦没有上限值,因此可以计算出震级超过8.0,甚至9.0的巨大地震。

但是因为计算需时,所以无法活用于地震预警中;同时,弱震如震级3.0以下因为无法测出地震矩,所以矩震级在这种等级的弱震时反而派不上用场。

看完这篇文章后,不妨花点时间想想文章最前面所提到的「里氏9.0级」,错误发生在哪裡?

中文维基百科地震专题简报:2019年1月号

本期简报

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 专题新声

过去一个月(2018年12月1日至12月31日),地震专题共新增3篇条目,分别如下。

除上述新创建条目外,我们同时感谢User:高柏玮断层条目的改写。

主题 条目动态


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2018年重大地震海啸事件总汇

(标题图片为2018年拍摄于泰国某地的海啸避难标示牌)

前言

在2018年的年始,两名科学家——美国科罗拉多大学科学家罗杰.比尔汉姆(Roger Bilham)与蒙大拿大学教授瑞贝卡.本迪克(Rebecca Bendick)曾在美国地质学会年会发表研究报告,指出了地球自转和地震活动之间的联繫。他们认为,在过去一个多世纪裡,曾经出现过多个为期约五年的地球自转减速期,每次减缓千分一秒。每当地球自转速度稍微下降后,大地震频次就会增加。这两名研究者预计,相对于地震活动平缓的2017年而言,2018年全球强震次数很可能会增加至20次。

 

地震活动总结

根据美国地质勘探局提供的资料,2018内震级达M6.0以上的地震共134次;其中震级8.0以上的巨大地震有1次、震级7.0~7.9的大地震有16次、震级6.0~6.9的强震有117次。跟往年的活动次数比较,2018年的地震活动与2016年相若(震级7.0程度16次、震级6.0程度128次)。

这一年的地震及其次生灾害所带来的人命损失有3100馀人,裡面有四起地震造成超过30人死亡,当中9月28日的印尼苏拉威西地震造成超过2200人死亡,佔了全年地震遇难者总数的三分之二。以下分别简略回顾全年的一些显着或特别的地震海啸灾害。

 

2月6日花莲地震

2月6日发生的花莲近海地震,巧合地是2016年高雄美浓地震的两周年。这场地震是一次前震—主震—馀震型的强震,两天前的附近场所发生了一回ML 5.8的前震,其中花莲、宜兰录得震度5;在2月6日23时50分,一场近震级ML 6.2(矩震级Mw 6.4)的主震发生,深度只有10.6千米,为一次浅层地震。其中花莲县、宜兰县录得震度7;南投县录得震度5。

震灾主要发生在花莲县花莲市,有多栋大厦包括统帅饭店、云门翠堤大楼、远东百货花莲店旧址大楼等出现倒塌或者严重倾斜必须拆除。这次地震总共造成17人死亡、291人受伤。

 

2月25日新几内亚岛地震

纽畿内亚岛及附近地区属于地震多发地域,近年纪录中这一带都曾发生相当数量的强震。2月25日发生的地震达矩震级Mw 7.5,深度有35千米,最大烈度达到Ⅸ(9)度,属于毁灭性的地震;虽然这场地震没有发生海啸,但是地震有造成山体滑坡,一些种植物和饲畜被捲走。

这场地震造成160人遇难、500馀人受伤,且令17000人无家可归。此后,震中附近发生多次震级6.0以上的馀震,造成额外的人命伤亡,其中最大馀震发生于3月6日,地震强度为矩震级Mw 6.7。

另外,本次震中以东的海岛在八个月内又分别发生多次震级接近7的地震及馀震,最大的三次地震分别发生于3月9日的Mw 6.8、3月30日的Mw 6.9、10月11日的Mw 7.0。

 

5月5日夏威夷地震

夏威夷地震发生于当地时间5月4日22时32分(即北京时间5月5日6时32分),是一次矩震级Mw 6.9的地震,深度只有2.1千米,属于极浅层的地震,最大烈度达到Ⅷ(8)度。在主震刚好一个小时前曾发生过一次震级为5.4的地震,可谓这场地震的前震。虽然太平洋海啸预警中心没有发出海啸预警,但主震产生了最大0.4米的轻微海啸。这次地震造成2人遇难、28人受伤。

同时,在主震发生的前两天,震中附近的基拉韦厄火山开始出现地面龟裂及喷发;主震之后,基拉韦厄火山亦有出现大型喷发,喷烟高度达到3万英尺(即9144米程度)。此次地震及其后的火山喷发危机使夏威夷的旅游业受到严重的打击。

 

6月18日大坂府北部地震

大坂府北部地震发生于当地时间6月18日7时58分(即北京时间6时58分),为一场日本气象厅震级Mj 6.1(矩震级Mw 5.5)的地震,震中为于大坂府北部高槻市附近,深度约13千米,是一场浅层地震。其中大坂府的北部录得震度6弱(日本气象厅震度阶级),是日本气象厅在1923年开始进行地震观测以来首次录得震度6以上。

虽然地震造成的大楼损毁不算严重,但由于地震发生于日本的大都市,这为大坂府及邻近的府/县的市民造成相当不便。地震令大坂府及兵库县神户造成约17.1万户停电,不过在两个小时后就恢復;有共11.1万馀户没有天然气供给,持续了六日才完全恢復;另外震中附近几个市因为水管破裂而受断水影响。

据日本消防厅的统计,这场地震共造成6人死亡、受伤人数共443名。

 

印尼龙目岛系列地震

印尼中部龙目岛系列地震始于当地时间7月29日6时47分(同北京时间)的一次矩震级Mw 6.4、深度6.4千米的地震,根据美国地质勘探局的资料,这场地震的最大烈度为Ⅶ(7)度。这场地震发生在旅游热门地点龙目岛,当时有至少18000的人口位处极震区。地震共造成17人遇难、335人受伤。

8月6日20时46分,龙目岛又再次发生强震,此次地震矩震级达到Mw 6.9、深度31千米,最大烈度达得Ⅷ(8)度,因此可确立7月29日的地震属于此次强震的前震。这场地震再一次为当地的居民及旅客带来恐慌,并且迫使印度尼西亚气象、气候和地球物理局发出海啸警报,其后录得最高约0.14米的水位变动。8月6日的强震带来额外563人死亡、1353人受伤,且有至少27万人无家可归,在2018年的地震灾害中第二致命的。

8月19日22时56分,龙目岛继中午一次Mw 6.3的强烈馀震后,再一次发生强震。这起强震与8月6日的地震震级相同,矩震级达Mw 6.9、深度21千米,最大烈度达得Ⅶ(7)度。这场地震为灾区雪上加霜,并再次带来额外的13人死亡。

这一系列的地震一共造成约600人死亡,造成的经济损失达到7.7兆印尼盾(即5.31亿美元或者约36亿人民币)。

 

斐济地区深源地震

8月19日8时19分,在龙目岛的两次强震之前,斐济地区发生了一次巨大地震,矩震级达到Mw 8.2,为2018年最强的地震,但深度在600千米,因此地震烈度并不严重,最大亦只有Ⅴ(5)度。在地震之后,各个机构均表示地震因为其深度而不会产生海啸,但后来美属萨摩亚录得微弱的水位变动。

值得一提的是,这场地震的地震波到达日本时,日本的紧急地震速报错误检测其地震来自千叶房总半岛南部外海,而向日本关东、东海地区发出了一次速报,并表示最大震度可能达到震度4,其后日本气象厅表示此速报为一次误报。

9月6日,在日本北海道发生大地震后,斐济地区于北京时间23时49分又再发生一次巨大地震,矩震级达Mw 7.9,仅次于8月19日的强震,是2018年次强的地震;但深度更深,达到670.8千米。同样地,地震烈度因其深度并不严重,只有Ⅳ(4)度。

 

日本北海道胆振东部地震

9月6日当地深夜3时8分(即北京时间深夜2时8分),北海道胆振地方中东部发生了一次大地震,表示地震强度的日本气象厅震级为Mj 6.7(矩震级Mw 6.6),深度37千米左右。此次地震在北海道厚真町录得震度7(日本气象厅震度阶级),是此次地震的最大震度;同时亦是进行观测以来北海道首次达到震度7,全国观测史上第六次达到震度7。美国地质勘探局表示最大烈度为Ⅸ(9)度。

由于前数月高于平均值的降雨,以及地震前一天过境的颱风21号「燕子」所造成的强降雨,剧震使本来充满水份而脆弱的土壤崩塌,在震中附近发生了大范围的山体滑坡,掩埋了多栋房屋以及在裡面熟睡的人;另外,土壤液化而使北海道不少建筑出现不同程度的倾斜;同时,地震令北海道全域共295万户停电,世界着名的函馆夜景一度陷入黑暗之中,这是自1951年以来首次出现全境停电。

此次地震共造成41人死亡、692人受伤,是日本2018年最致命的地震。包含其次生灾害为日本各行业带来了至少600亿日元的经济损失。

 

印尼苏拉威西省地震及海啸

9月28日,印尼苏拉威西省在一次震级为M6.1的前震的三个小时后,一次大地震在北京时间18时07分发生。表示强度的矩震级为Mw 7.5,深度为20千米,是一场浅层的地震,因此最大烈度达到Ⅸ(9)度。在地震之后,印尼当局一度发出海啸警报,指海啸波高可达0.5~3米高,后来判断海啸威胁已过所以解除了警报。

但海啸随后侵袭震中附近沿岸,录得至少7米高的海啸,溯上高度甚至达到15米。因为此次地震属于走滑型地震,所以本应没法产生如此规模的海啸,专家认为地震引发了海底滑坡,而导致今次的勐烈海啸。

在震中附近一带的市民本来正举行节庆派对,在海啸警报发出后仍没有及时逃难坚持继续派对,数以千计的市民因而被海啸波及。据统计,共有2256人丧生,超过10000人受伤,且可能有多达5000人失踪。这场複合式灾害是印尼继龙目岛系列地震后另一次致命的地震灾害,亦是2018年最致命的一次地震灾害。另外,震中附近的索普坦火山在震后五天喷发。

 

印尼喀拉喀托之子火山喷发及山崩海啸

12月21日晚,原喀拉喀托火山的残存火山体(现称「喀拉喀托之子」)发生一次勐烈的喷发,并且造成山体崩坏,超过1亿5千万立方米的山体崩落至海中,导致了继苏拉威西地震后另一场毁灭性的海啸侵袭巽他海峡地区。但印尼当局的海啸检测系统只能检测由地震引发的海啸,因此当时只发出了满潮警报。

当局检测的高度大约是0.9米左右;但是据现场调查结果,海啸高度至少有3米程度,溯上高度可能达15~20米。巽他海峡地区的市民在毫无预警之下,受如此规模的海啸所袭击,导致429人死亡、超过7200人受伤,仍有150馀人失踪。

目前印尼当局仍然维持「喀拉喀托之子」的火山警戒级别为三级(该国共分4级警报),并将警戒扩大至方圆5千米范围,表示未来可能仍然会出现大型喷发。

 

参考资料

  1. 2018年地震列表」, 维基百科
  2. 2018年花莲地震」, 维基百科
  3. 2018年纽几内亚岛地震」, 维基百科
  4. 2018年夏威夷地震」, 维基百科
  5. 2018年大阪地震」, 维基百科
  6. 2018年7月龙目岛地震」, 维基百科
  7. 2018年8月5日龙目岛地震」, 维基百科
  8. 2018年8月19日龙目岛地震」, 维基百科
  9. 2018年斐济地震」, 维基百科
  10. 2018年北海道地震」, 维基百科
  11. 2018年苏拉威西岛地震」, 维基百科
  12. 2018年巽他海峡海啸」, 维基百科
  13. Latest Earthquake (2018)」, USGS