地震预报：数值预测有待开拓

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发布日期：2007-09-18
新闻来源：中国地震信息网

    40多年来，中国地震科技工作者在地震预测研究和实践方面取得不少成绩，但地震预测研究一直徘徊在以捕捉地震前兆异常为基础的经验预测上。中国地震局有专家认为，解决地震预报的难题，需要对地震预测研究的发展方向和重点作出战略决策，不可固守经验预测，或许，天气预报研究的数值预测方法值得借鉴。
    他们认为，天气预报曾经历了从经验预测到物理预报的过程。实际上，没有现代大气物理和动力气象学理论的发展，没有气象卫星等现代探测技术以及天气数值预报的成功，当今的天气预报可能也仍停留在动物异常和依靠民间谚语的阶段。现代气象预报主要运用数值预报方法，其本质是根据物理问题的数学模型对系统演变过程作出预测。天气过程和地震孕育形成的过程都表现为非线性的复杂过程。它们都不是孤立、单因子引起的自然现象，而是多种因子相互作用的结果。
    根据天气数值预报的经验，对某种系统演化过程进行数值预测的必要条件，首先是必须对研究的系统有较充分的理论认识，即能建立起充分反映问题本质的物理模型和数学模型；其次，必须能对该系统进行符合客观实际的参数化；第三，必须具备相应的数据处理能力。
    他们认为，地震动力学预测离不开对地震成因及其动力学过程的研究。现代地震科学虽然尚未在地震预测方面取得突破性进展，但对地震成因的研究已取得巨大进步。通过理论、观测及实验研究，现代地震学已确认动态断层作用是绝大部分地震的成因，并在岩石破裂机理、岩石破裂判别准则、断层相互作用等方面取得一系列重要成果。在这方面，应该说已有研究成果已具备相当的理论和实验基础。当前人类对地震形成过程认识的不足，并不应该成为进行地震数值预测研究的障碍。恰恰相反，地震数值预测研究的实践将进一步检验和推进人类对地震孕育复杂过程的认知，并在很多方面弥补单纯理论研究和室内实验的不足。
    [NextPage]专家们介绍，这主要取决于是否能建立相应的物理模型和数学模型。不可否认，与大气物理研究不同，人类监测地壳动力学变化过程的任何观测，都只能限于地表或者地表附近，对孕震区的物理状态进行直接的全面研究非常困难。但是，随着技术的进步，现在利用现代钻井技术，已经可以实现对震源深度地球介质的直接探测。另一方面，现代地球物理反演技术的迅速发展，已使人们可以对三维地壳的介质结构和物理状态进行越来越精细的研究。特别是，近20多年来，宽频带流动地震台阵观测技术的发展已为探测大尺度、高分辨率的三维地壳上地幔速度结构——包括横波速度结构在内——提供了前所未有的技术基础。甚至，可以利用地表噪声数据研究地壳、至少是上地壳介质参数随时间的变化。这对以地震动力学数值模拟为目标的模型参数化无疑具有重要意义。
    与此同时，相对于其他观测物理量，地震孕育过程与由其引发的地表变形之间有着更为直接的联系。如果能确定震源及其邻区地壳介质的应力、应变关系，就可以根据地表形变观测，定量地推测震源体及其邻近区域的应力状态。如果能对地表变形进行连续观测，那么至少在理论上，可以实现对地壳内部应力场动态变化的研究和监测。
    专家们自然意识到地震预报的复杂性。他们告诉记者：“充分真实地模拟地震孕育和形成过程无疑是一项复杂和艰巨的任务。强大的数值计算能力是不可或缺的支撑条件。现在，现代数值技术和巨型计算机技术的迅速发展，已经为此提供了前所未有的技术条件，并仍有巨大的发展空间。对于地震数值预报来说，计算和数据处理能力应该不存在不可逾越的技术障碍。同时，地震数值预测是以高技术为支撑的复杂系统。除面临的科学问题外，必然涉及数据通讯、多种类观测数据同化、数据处理软件集成等一系列技术问题。这些方面也需要积极借助数值天气预报的经验。即使地震预测本身的许多科学问题，也将涉及或需要吸收地震科学以外其他学科的知识和研究成果。因此，多学科、多部门的协调和合作是非常必要的。”
    专家们最后说：“不难预见，在地震数值预报研究的带动下，地壳形变的GPS阵列连续观测，高分辨率地壳上地幔精细结构探测，高温高压条件下岩石介质物理性质，非均匀介质破坏的过程，破裂准则与触发地震的条件，地震孕育和破裂过程的理论、模拟试验和实际观测，以及非线性动力学等都将成为研究的重点。在推进地震预测取得实质性进展的同时，这必将有力推动中国地震科学及相关科学技术的快速发展，并在一系列关键性科学和技术问题的研究方面走向深入。”