日本Mw9.0大地震后，网上开始流传“这是日本人进行海底核试验”的猜测，这个令人吃惊的消息像地震波一样迅速传播，并且越传越显得有“理”。有的说日本福岛海域前几年发生了很多次5.5～6级的地震，和原子弹试验产生的震级相当；有的说3月11日的大地震是氢弹试验造成的。

令人遗憾的是“理由”中，没有一个提到核试验监测的核心问题：地震波。

1996年，《全面禁止核试验条约》（CTBT）最终达成一致，规定每个缔约国承诺不进行核试验爆炸或任何其他核爆炸。这就意味着，想进行核爆炸的国家会采取更隐秘的方式，比如在地下进行核爆炸。而监测地下核爆炸最重要的手段就是地震波监测。因为只要是核爆炸，就会产生地震波；只要爆炸达到一定当量，其地震波就会被全球的地震台网记录到。地震学家就能研究、判断这个地震是人工地震还是天然地震。自从全球数字化地震台网和台阵技术——这些永不休息的“顺风耳”发展以后（图1），一般认为只要核试验引发的震级超过mb3.5的，就可以被台网监测到。

【图1】全面禁止核试验条约组织（CTBTO）在全球，包括海洋布下天罗地网，监测任何可疑的人工爆炸特别是核试验。图上的不同符号代表了不同类型的监测台站。主要有：地震台（Seismic station），地震台阵（Seismic array），水声台（Hydroacoustic station），次声台（Infrasound station），放射性核素台（Radionuclide station）等。（图片来源：CTBTO，2003）

那么，地震学是如何监测核试验的呢？

好比我们可以通过一个人的外貌、声音、行为举止来辨识一个人，地震学家可以通过地震波震相、P波初动、震源深度等多种方法判断一个地震是天然的还是人工的。下面举例介绍些传统的方法。

1.震相

地震、爆炸，波组不同

震相指地震图上不同类型、传播路径不同的地震波组。震相判断是简单而直接的方法，是地震学的基本功，地震学家研究每一个地震时，首先会根据震相进行初步判断。天然地震的常见震相有纵波（P）、横波（S）和面波，大多数天然地震的P波振幅<S波振幅<面波振幅（图2-3）。人工爆炸的P波振幅大于S波，因为激发的地震波频率高衰减快，低频的面波振幅也小。此外，对于核爆炸，在震中距大于1000km时，通常会检测到视速度约3.5km/s的Lg波（图4）。

和振幅比法相似的是震级比较法，例如借助面波震级Ms和体波震级mb的比值来判断地震类型，这种方法普遍而直接。

地震工作者特别是在地震台站的工作人员，每天的重要任务就是把记录到的地震事件按照规定的格式做成目录，并对一些可疑地震进行研究。制作的目录里，天然地震和人工地震是分开的。这样的工作需要轮流值班，像台“机器”一样不能停止。

【图2】英国一个地震台记录到的日本Mw9.0大地震地震图。地震图由上往下，分别是垂向、南北向和东西向记录，通过这三个分量的记录，就可以完整地记录质点在空间上的运动轨迹。可以看到P波的振幅要小于S波振幅，面波的振幅最大，但尾巴很长，这是天然地震的主要特征。（图片来源：David Hawthorn）

【图3】天然地震的常见震相有纵波（P）、横波（S）和面波（图为瑞利波R），它们的速度不同。地震波传播有点像运动员赛跑，一开始所有运动员差距不大，这时还不容易区分谁是“冠军博尔特”，不久之后，跑得快的就会冲到前排，且距离越拉越大，这下就容易区分了。地震学家在分析震相的时候，不喜欢一个一个分析地震波，他们喜欢把很多地震台的数据，按照震中距排列起来，让地震波“跑起来”以区分震相。图为美国地震台阵（USArray）接收到的日本Mw9.0地震波序列，可以看出P波振幅<S波振幅<面波振幅。其中R1表示面波第一次经过地震台，R2表示反方向的面波经过地震台，R3表示R1面波绕地球一圈后经过地震台。由图可见，这是一个能量巨大的天然地震，而不是传言的“核试验”。（图片来源：IRIS）

【图4】 北京时间2006年10月9日9点35分，朝鲜在其境内（41.294°N，129.093°E）进行当量小于1000吨的地下核试验，产生了约4级的地震。即使这些地震波到达北京时，振幅已经小到只有几十纳米，但利用地震台网技术，仍可以检测出核试验产生的～7.5km/s的P波和～3.5km/s的Lg波。

【图5】图中红色波形是中国在90年代进行的地下核爆炸产生的地震波，其记录特征是“大头小尾”，P波强于S波，Lg波发育。蓝色的是6.3级天然地震产生的地震波，它的特征是“小头大尾”。利用记录到的地震波的特点，基本可以区分地下核爆炸和天然地震。（图片来源：陈颙等.2007.《自然灾害》）

2.P波初动

压缩、膨胀，方向不同

初动指的是地震波到达地震仪时，所测质点的最初的振动方向，初动分为向外的压缩（compression）和向内的膨胀（extension）两种。地下核爆炸和天然地震的本质区别在于它们的震源特性不同。大多数天然地震是地下岩石破裂、滑动所引起的，破裂面很大，持续时间较长，表现在地震波上，是不同方位的地震台接收到的P波初动不一致，有的是压缩，有的是膨胀（图6）。而地下核爆炸的震源过程要简单和短得多，球对称压缩（各个方向都向外压缩），使所有地震台接收到的地震波初动都是压缩的。利用地震波初动信息，就可以反过来求出震源机制解，推测出地震是正断层、逆断层、滑移断层还是人工爆炸引起的。

【图6】 地震学通常利用“沙滩球”来表示地震的震源机制。图上的“沙滩球”表示有的地震台的初动是压缩，有的是膨胀，其震源是一条逆冲断层。USGS测出断层面的走向约为195度，倾角约为14度，和俯冲的板块性质相一致（见图7）。中国科学院青藏高原研究所的王卫民等测出断层的地震矩为3.6×10**22，最大滑移为5450cm。（图片来源：AGU）

【图7-1】把大大小小的地震按照经纬度和深度投影到一个横截面上，可以描绘出太平洋板块和北美板块的俯冲带形态。（图片来源：USGS）

【图7-2】这次日本大地震的破裂带长度不算很长，仅为300～400km，远远地小于2004年底9.1级苏门答腊大地震的破裂带长度1200km。但为什么震级如此之大？因为Mw震级除了和破裂带面积有关外，还与滑移量有关，图中红色部分表示滑移量为40m（这个数值还待更多的数据加入后修正）的区域，而40m的量在大地震中算很大的。8.0级汶川地震的最大滑移量仅为7.3m。作为比较数据：1976年唐山地震的破裂带长度～100km，2001年昆仑山地震的破裂带长度～440km，2006年汶川地震的破裂带长度为300km。（图片来源：Guangfu Shao/UCSB/NewScientist）

3.震源深度

超过10KM无需考虑

地震波的快速定位已经不是难题，美国地质调查局测定这次日本大地震的震源深度为地下32km，中国地震台网测定的震源深度为20km，这就意味着，如果是核爆炸，就要将核装置埋在地下几十千米处，那是不可能的。要知道，在大陆上最深的钻井也不过12km，何况是在海底？《全面禁止核试验条约》议定书在筛选核试验数据时，一般也认为：震源深度大于10km的将不予考虑。

4.地震能量

几十亿吨TNT

1万吨当量TNT的核爆炸，能量相当于5级地震；100万吨当量TNT的核爆炸，能量相当于6点几级地震。1974年之后进行的地下核试验当量都不超过15万吨。这次日本大地震震级为Mw9.0，根据能量公式LgE=4.8+1.5Mw，估算地震释放的能量约为2×10¹⁸焦耳，相当于几十亿吨当量的TNT。原子弹的威力通常为几百至几万吨TNT当量，氢弹的威力可大至几千万吨TNT当量。但要制造几十亿吨TNT当量的核弹，目前还是很难的。

除了以上4种方法外，《全面禁止核试验条约》议定书列出了用于筛选核试验事件的参数：事件位置、事件深度、面波震级与体波震级的比值，信号频率成分、震相间的谱比、频谱涨落、P波的初动、震源机制、震相、与其他事件及事件组的对比等。此外，还可以结合次声、水声、放射性核素监测等其他领域的方法，综合判断一个地震是否核试验引起的。

【图8】1945～2009年世界各国进行核试验的时间、类型和次数。（图片来源：CTBTO）

那么，有没有可能是有人制造了一次地下核试验，然后很不巧的，这次核试验引发了一场小规模地震，并进而诱发了超级强震呢？

我们前面已经说过，监测爆炸事件特别是核试验是地震台网的重要职责，只要地下核试验达到一定当量，就能被监测到。但迄今为止，联合国全面禁止核试验条约组织（CTBTO），包括中国地震台网在内的各大监测机构都未见发布日本地下核试验消息。

和水库诱发天然地震一样，核试验可以诱发小地震，但至于利用核试验诱发大地震的可能性，因为研究样本太少，研究也少，地震学界还没有统一的认识。不过，可以肯定的是，日本Mw9.0级地震绝不是核试验。

（本文的精简版发表于果壳网）

2010年初始，地球仿佛突然应验了电影《2012》中的世界末日场景，狂躁不安起来。1月3日，所罗门群岛发生7.1级地震；1月12日，海地7.0级地震夺去了22万多人的生命，死亡人口仅次于1976年的唐山地震；2月26日，琉球群岛发生7.0级地震；10个小时后，8.8级智利大地震在人们没有任何准备下不期而至。很多网友担心：地震这么频繁，现在的地球是不是很不正常？

我觉得大家之所以认为地震频繁地球不正常，主要有两方面的原因，一是缺乏对地震频度和地震震级的理解；二是所谓的闪光灯效应（心理因素）。

一、地震频度和地震震级

1.地震频度

地球是活着的星球，地震是活着的表现，地震与地球形影相随。学术界通常用地震频度来研究地震的活动性。

地球可能缺淡水、缺资源，但从来不缺少地震。全球每年发生的地震约500万次，平均下来每天有1万多个。不过绝大多数地震不被人所感知、察觉，但地震仪非常灵敏，它可以检测1nm的地动位移。美国地震学联合研究会（IRIS）根据长期的数据资料，统计制作出的地震频度和地震震级的关系图（图1）足以说明问题：全球6级以上的强震平均每年近200次，7级以上的大震平均每年近18～20次，8级以上的巨大地震平均每年近1～3次。总的规律是：地震级数越大，发生这种震级的数量就越少（数学上呈幂指数关系）。

图1 地震震级和地震频度关系图。由图可知：全球6级以上的强震平均每年近200次，7级以上的大震平均每年近18～20次，8级以上的巨大地震平均每年近1～3次。（修改自IRIS）

让我们再看看美国地质调查局（USGS）所作的2000～2009年全球5级以上地震数量统计。由表1可知，这10年来，全球6.0～6.9级地震每年121～178个，7.0～7.9级地震9～16个，8.0～9.9级地震0～4个。主要有2个特点：

（1） 地震次数符合IRIS的长期统计数据；

（2） 每年的大地震数目并没有规律，具有随机性。每年并不是一样多，有的年份多一点，有的年份少一点。

2010年来，全球发生8级以上地震1次，7.0～7.9级地震3次，6.0～6.9级地震23次。

（2010-03-11根据网友crayfish的提问补充说明：

2004年底发生了9.0级印尼苏门答腊大地震。这次地震之后，根据表1明显可以看出5级以上的地震数目比以前更多了。这可能和苏门答腊地震的触发作用有关，大地震触发小地震。而2004年5级以上地震数目也多，可能是苏门答腊地震的“前奏”。但从2005年到现在的数据，包括5级地震看，目前没有显示出大的异常。但对未来地震是否正常，我不想、也没有能力进行预测。

对于地球的历史而言，要弄清楚地震机制和原理，10年的数据是远远不够的，100年的数据也是不够的。因为有IRIS多年的统计数据，如果不是为了预测未来地震趋势，而只判断近期的地震是否频繁，用10年的数据就可以做出回答了。）

从统计数据看，并未显示出数量上有异常，即使有数目上有小差异，不过是地震的随机性所致。何况，地震震级本来就不是非常精确。

表1  2000～2010年USGS对各年份地震频度的统计（数据 来源，2010-03-01数据）

注：2008年中国的汶川地震，中国定为8.0级，USGS定为7.9级，故该表2008年无8级以上地震。

2.地震震级

地震震级并不像人们想象的那样，是唯一的：依据不同的方法给出的震级可能存在一定的差异，而且在不同的地区即使用相同的方法给出的震级也存在一定的误差。作为大众，需要了解以下两点：

（1） 地震有多种不同的震级计算方式，它们之间差异较大（图2）。我们最熟悉的一种震级叫里氏震级，实际上，经常报道的大地震，通常是指面波震级或矩震级，而不是里氏震级。此外还有许多震级表示方法。为了避免公众卷入复杂的震级问题，新闻界一般只说多少级地震，而不说是哪种震级。例如2004年苏门答腊地震，矩震级约9.1级，面波震级约8.7级，数字上有较大的差异。

（2） 即使采用同一种震级，各地测出的数值也有差异。因为受到震源、地震波传播路径和地震仪等各种因素的影响，不同方位、不同距离的地震仪测出的震级大小会有较大差异，即使是同一种地震仪，放在距离很近的地方测量，结果也有不同。震级采取的是去粗取精、求取平均、现场考察等方法，因此各国各地求出的震级数值有差异。比如汶川地震，中国定为8.0级，而美国定为7.9级。

有以上两点，就不难理解为什么地震震级会随时间进行修订。比如这次智利大地震，初报为8.3级，后改为8.5级，现修正为8.8级。随着研究的深入，这个数据也可能再次改写。也正因为地震是随机的，震级数字并非严格的唯一的数据，那么依据震级数据所做的统计数据就只能用来参考，讨论震级和地震频度的关系也只具统计学上的意义，也没必要对地震个数的小波动较真。

图2 几种震级的大致关系。针对不同的震中距，不同的地震波震相，科学家发明了不同的震级计算方式来表示地震大小，但他们适用范围不同，差异较大。比如遇到大地震时，通常不用里氏震级Ml，而用矩震级Mw和面波震级Ms。但面波震级会出现饱和（地震若大于8级时，Ms就不灵了），这个时候就要用矩震级表示。（来源）

图3 不要把震级当作严格得不得了的事。不同的地震台会计算得出不同的震级，有时候差异还很大，地震后的几个月还需要花很多时间研究，才能给出个比较合适的。比如这次3月4日的台湾高雄地震，北京的地震台测出6.7级，美国的丹佛测出为6.4级，台北才5.7级。

3.地震为什么接二连三在环太平洋发生？

地震在地球上的分布不是完全没有规律的，也不是完全有规律的，地震活动可以用规律性和随机性共存来说明。绝大多数地震，都发生在板块边界（图4），其中，全球地震的70%分布在环太平洋地区，称为环太平洋地震带；其次15%分布在地中海到喜马拉雅的欧亚地震带；还有5%在大洋洋中脊。最后约有10%分布在板块内部。这是统计学上的规律性。但因为不清楚地震的产生机制和原理，至于地震下一次将在具体的哪个地点和哪个时刻发生，在目前的科学认知水平下，尚无法准确预测，故又认为地震是随机的。

所罗门群岛、琉球群岛、智利都处在环太平洋地震带上（图5），而海地也位于板块边界，因此2010年这4个大地震的发生是完全合乎地学原理的，是正常的地震现象。

图4 全球主要地震带主要分布在板块边界。2010年发生的所罗门地震、海地地震、智利地震、琉球群岛地震的地震发生点都符合这个规律，不算异常。

图5 智利是一个多地震的国家。图为USGS统计的从1990年至今发生在智利首都圣地亚哥附近的地震震中分布。由图可知，这一带因为处于纳兹卡板块和南美板块的交界（粉红色的线是板块边界），智利从来没有几天安宁过。

图6 相比于海地地震，为什么智利地震的死亡人数少？一个重要原因就是震中附近的人口密度，智利要远小于海地（智利地震的震中距离两大城市区很远，至少100km以上，而海地地震就发生在首都太子港边）。另一个重要原因是智利是地震频发地区，智利人民未雨绸缪，严格执行建筑的抗震标准 ，他们的建筑质量总体良好，抗震性能更强。而海地经济基础差，房子较差。

至于有人关心的琉球群岛地震之后为何紧接着发生智利大地震，有可能是随机行为，也有可能属于地震远程触发机制的研究领域。地震远程触发是一种被肯定存在的现象，但科学界对这个问题的本质认识还有待深入研究和探讨。比如针对这次地震，我们要研究琉球群岛地震后为什么是10个小时而不是24小时后才发生智利地震，智利地震10个小时前后的地应力到底有多大的变化？遗憾的是，地应力的监测需要雄厚的资金支持（图7），来密集布置观测仪器以获取连续性的数据，显然，目前很多国家没有那么多钱，即使是美国也不可能做到。受制于种种因素的制约，地震学研究进展不快，未来还有很长很长的路要走。

图7 上天容易入地难。为了深入研究北美大陆的地下结构，几年前美国政府投入20亿美元启动了著名的EarthScope（地球透镜）计划，计划由一系列子计划组成：USArray（美国台阵计划）、PBO（块边界观测台计划），地震钻井，GPS和INSAR，SAFOD(圣安德列斯断层深部观测计划)等。该图显示的是美国台阵计划USArray：即用统一的400个流动地震仪移动分区覆盖和探测，最后覆盖全美国的国土。地球透镜计划非常庞大，必将为人类对地球内部的深入理解做出重大贡献。但这些计划非常费钱，需要巨大的经济实力支持，否则，美国人为什么不建立覆盖全国的固定地震台呢？（图片来源：USArray报告USArray_wtpaper.pdf）

二、来点心理因素

公众直觉认为：地震变频繁了。其真实的情况是：地震还是那些地震，它有规律又随机地发生着，但它从来不管降临的地方是人烟稠密还是人口稀少。只不过，因为近年来发生在人口稠密的地区的大地震让我们对地震已经比以前更关注了。

2007年，全球8级以上地震达到了4个（见表1），是21世纪以来8级以上地震最多的一年。从数字上看，比较异常，但谁听说过这些地震呢？当时谁可曾担心过它的异常呢？

谈回国内的地震，除了地学科研人员，有谁还记得2001年11月14日发生在青海昆仑山的8.1级地震呢？这次地震是中国近半个世纪来最大的一次地震。但正因为它发生在人烟稀少的西部地区，人员财产伤亡小，所以未被大众提及。

进入21世纪，信息交流比以前更加通畅无阻，特别是汶川地震之后，地震灾难给人们带来了巨大的心理阴影，而我国的地震科普工作没有跟上，所以人们对“地震”一词“谈虎色变”、高度敏感。在最近的山西地震谣言风波影响下，公众对随之而来的8.8级智利地震后产生的种种猜疑是也可以理解的（图8），这实际上是一种闪光灯效应（心理因素）的体现，是因为媒体备加关注后导致的。如果同样一个地震，发生在环太平洋人口稀少的阿拉斯加地区，就未必会引来这么多强烈的反响。

图8 百度贴吧中，有人在智利地震前一个月就“预测”到了。针对这个现象，我认为他主要是根据地震的发震概率（地震主要发生在环太平洋地震带，而1960年智利曾发生最大的一次9.5级地震）而猜测到的，除非他拿出确切的证据。地震预报是世界难题（预测不准，何来预报），没有一个国家说自己突破了这个难题。但我们的网上却到处有“高人、大仙”在预测地震，一旦中了彩票，就被到处吹捧。对于这些所谓预测，作为大众，我们要问：证据是什么？证据科学吗？拿出科学的证据来！而作为预测者者、谣言散布着，要问问自己的良心：你敢负责吗？山西地震谣言造成的群众坐等地震现象，在世界也是非常罕见的，世界上的其他国家，现在几乎就不作地震预报。(补充：据我目前所知道的，世界上其他国家做地震预报的，通常是研究小组或个人行为，作为政府行为的好像没有。例如美国Thomas H. Jordan的小组，他们把自己的预测结果通过CSEP平台公布出来以便检验结果的有效性，从而试图找到更为有效的地震预报方法和理论。日本、意大利、俄罗斯也有。Jordan文章下载点击这里）（延伸阅读：对地震预报的一些看法）

三、小结

2010年初的地震确是大地震，也产生了大灾难。但是大地震未必有大灾难，小地震也未必灾难小，两者没有必然的联系，关键在于地震发生在哪里。地震活动是否异常，属于地震的频度的统计学问题，我们并不要因为关注的地震多了就理解为地震活动有异常，不可把灾害频发等同于地震频繁。总得来看，目前的地震发生地点是正常的，频度在统计学意义上也是正常的。

在经历了痛苦的汶川地震之后，我们比以前更加关心自己的栖息之地——地球了，这是非常好的现象。中国虽不是地震最多的国家，却是地震灾害最严重的国家，希望更多的民众在关心地震之际，能掌握更多实用的地震应急知识，学习如何在地震中保护自己。

【补充各类言论】

地震专家分析近期全球地震频发情况(2010-03-08)

中国地震局:全球强震可能还会持续(2010-03-09)

专家称科学尚无法解释近期地震频发（2010-03-08）

根据aneone的建议补充更长时间的统计数据：（数据自USGS）

表2 1980～1989年USGS对各年份地震频度的统计

表3  1990～1999年USGS对各年份地震频度的统计

四、突发地震灾害自救知识小海报

（若字体不清晰，请分别点击看大图。挂图来源：中国数字科技馆）

经拇姬编辑，本文的删节版同时发布于科学松鼠会。

地震预报发展论坛

为纪念5.12汶川地震一周年，推动地震预报事业发展，地震预报发展论坛于5月10日上午（周日）开幕，在为汶川地震的遇难者默哀3分钟后，石耀霖、滕吉文、许厚泽院士和闻学泽先生分别作了学术报告。

我对地震预报没有研究，在有限的一个上午时间内，就只能稀稀拉拉做些笔记，想写点东西但又不能系统成文。到网上查找相关资料，除了会议通知，无它。无奈只能分享几句报告的摘要：

石耀霖院士：标题忘了，他就先前的地震研究进行了不少反思、反问

• 我多年的切身体会是，仅凭曲线的变化能预测地震吗？
• 我们是否观测到了数值预报最关键的物理量？
• 通过人工手段释放地震能量能控制大地震吗？
• 必须从三维角度观测地形变。

滕吉文院士：汶川—映秀8.0级大地震的孕育、发生、发展与壳、幔的特异构造活动和深层过程

• GPS测量的是浅表过程，根据GPS资料得出的结论是：龙门山不可能发生大地震。但是汶川地震告诉我们，必须要研究深层过程。
• 在四川盆地内小药量爆破即可获得较好的波场，而松潘—甘孜地块需要大药量才能获得好的波场。这说明四川盆地的岩石“硬”，而松潘—甘孜地块的岩石“软”。
• 龙门山地区20±5公里的地下存在低速层。
• 龙门山3条断裂最终汇聚的大断裂，才是真正的发震断裂，位于地下15±5公里。

许厚泽院士：“地震大地测量”

不同学科之间进行交叉是学科创新的一条出路。许厚泽院士主要做大地测量研究，早期也曾做过地震研究，因此他的报告是大地测量和地震学的交叉，讲得很精彩。报告主要包括3方面内容。

• GPS用于震源破裂模型的反演。建议在地震重点监测区布设连续高频GPS观测网。
• 质量迁移的检测：重力技术的集成。建议推动重力卫星研究。
• 大地震前的扰动：台风触发。建议关注震前扰动信号（倾斜仪、重力仪、数字地震仪）。

闻学泽：汶川地震发生的地震活动特点与地壳形变

• 龙门山地区的历史地震记录为1100～1700年左右。汶川地震是最大的一次，往年连一个7级以上的地震都没有。
• 龙门山南段存在地震空白区。
• 巴颜喀拉地块的应变具有加速过程。

图 “地震预报发展论坛”会议现场

科学家，请大胆直言

这一期的《科学新闻》杂志免费放出了专辑：地震预报真相。（请点击这里下载）

杂志做得很好，谈到地震预报的很多方面，虽然大多数文章非专业人士撰写，但记者还是采访了很多地震预报领域的专家，通过他们的口述传播科学。当然最好的科学传播是第一线的科学家自己写，但是现在还做不到。

汶川地震告诉我们科普有多重要：如果科学不传播，那么非主流观点，伪科学观点就会乘机占领舆论主导。举国同悲日，却是群魔乱舞时（新语丝语）。媒体也存在很多很多的不足，杂志也坦然承认“造成这一现状，首罪在媒体”。

引用其中的三段话：

在中国的大众视野中，科学家的身影出现得太少了。中国的科学家群体并未被赋予科普的功能，或者说，只有被动科普的功能，而缺乏主动的科普，因为跟与同行谈论相比，与媒体和大众的交流显得如此困难而又危险。

懒于主动说话的恶果，在地震之后表现得淋漓尽致。由于“民间科学家”们在地震之后大量发布“研究成果”，一下子把主流科学家推到了民族情绪谴责的风尖浪口。在那一刹那间，似乎所有反对地震预ce的科学家都变成了非主流，而所有真正的“预测大师”们都流落到了民间。(来源)

与此同时，中国相关科研部门、相关研究领域的主流科学家，在这个问题上很少给出澄清，对当前情况下地震能否准确预报给出科学解释。（来源）

“地震预报专家”任振球甚至坦言：我最担心的是可以让方舟子到中央2台上去讲“你相信地震可预报本身就是伪科学”。后来，我们主张能报地震的人都被封杀，我说这种做法是严重错误。

任振球还说了件很好玩的事：1997年伽师地震实际上是我（任振球）和李均之两个人报的，黄相宁没参加，到外地去了。我起草的预报意见，把李均之放前面，李均之非要把我放前面，最后就把黄相宁 放在了前面，结果好像就成了他预报对的了。这么漂亮的工作，一辈子都报不了几个的。【注：现阶段地震可能准确预报吗？】

从这些生动鲜活的对话中，我们可以看出非主流学派心理上的恐惧和不安，他们害怕别人说他是伪科学，他们害怕方舟子。关于更多的内容可以下载后慢慢看，下面是文章标题：

(上篇) 地震科研江湖

• 地震学界的两个阵营
• 地震预报的科学争议
• 海城地震预报：难以传承的“经验”
• 一次笔记引发的“青龙奇迹”
• 地震科研“消费”
• 美丽家园

(中篇) 告别民科思维

• “国宝”耿庆国
• 李均之的地震预报鸟
• 任振球：我不是地震业余爱好者
• 地震“预ce术”真相
• 孙士鋐：曾经的首席预报员
• 翁文波和他的“天灾预测委员会”
• 地震“预报”学术评价
• “预报”何来？

(下篇) 未尽的求索

• 一篇不该被忽视的论文
• 大坝诱发地震的再思考
• 中国地震预警之路
• 目睹灾后修复与重建
• 重建规划角力
• 抗震设防重几许
• 假如地震袭来

新语丝地震方面的文章下载

我还搜集了一些新语丝上关于地震和地震预报的部分文章及讨论，有兴趣者可以打包下载回去研究（点击这里下载）。下面是压缩包内的文章标题：

• Alexander – 读《李四光牵动的思绪：地震到底能不能预报？》的一点感想
• Amsel – 汶川地震“前兆”与“预报”汇总
• Amsel – “地震预ce术”新动态：“远距离地电法”登上《中国科学D辑》
• Amsel – 《自然》杂志7月10日论文是地震预报的重要进展吗？–兼谈利用地应力预报地震
• Amsel – 中国地震预ce术之“引潮力法”–天文因素预报不了地震
• Amsel – 中国地震预ce术排名
• Amsel – 地震局的虚报率
• Amsel – 地震局预报地震不能“既当运动员又当裁判员”
• Amsel – 地震预报项目的“首席科学家”许绍燮院士要靠“太阳黑子”报地震
• Amsel – 孙士宏、高建国屡次散布谬论，地震局应当消除影响
• Amsel – 官方纵容伪科学必将反受其患–祝贺中科院把“天地生人讲座”扫地出门
• Amsel – 笑话又一桩：任振球命中地震局“短临地震预报二级标准”
• Amsel -新华社对钮凤林关于地震前兆进展的采访值得表扬
• Gabbro – 发现一个给民众传播伪科学的专家
• Henry – 从晓朝《也谈紫坪铺水库与汶川大地震–与水博教授商榷》看中国打假之难
• 地震局专家称宏观异常几乎天天发生 不一定是必震征兆
• 寻正 – 向中国地震局问责：还科学地震学真面目
• 嵇少丞 – 成都盆地里会发生地震吗？
• 广东地震局长谈“专家不如蛤蟆” 坦承压力
• 张功耀 – 谈谈地震预报问题
• 张永琪 – 地震危险度排名打假 地震局不该沉默
• 新华网 – 美国地震专家认为短期临震预报是世界性难题
• 方舟子 – 动物究竟能不能预感地震？
• 晓朝 – 也谈紫坪铺水库与汶川大地震–与水博教授商榷
• 水博 – 为疯狂妖魔化水电的《南方周末》答疑解惑
• 水博 – 也谈紫坪铺大坝与汶川地震的关系
• 水博 – 关于汶川地震的某些争论答复网友
• 水博 – 妖魔化水电，无知、偏见还是别有用心？
• 水博 – 汶川大地震的发生有多大的人为的因素？
• 水博 – 评《中国国家地理》的“汶川大地震：地下的奥秘”
• 美国国家地理 – 世界科学家近1年前警告四川地震的危险
• 苏乞儿 – 权威网站说震前动物有前兆
• 袁建新 – 水电工程建设到底能诱发多大地震？
• 西北风 – 地震预报工作的一些细节
• 贾鹤鹏- 科学报道地震中的科学问题
• 陈博 – 地震局和地震监测部门的功劳和贡献都是巨大的
• 陶世龙 – “中国部分省级城市地震危险度排名”是在普及科学还是在添乱
• 陶世龙 – 《中国国家地理》发布的《中国城市地震灾害危险度评价》报告被质疑
• 陶世龙 – 两三百年内无大震是怎样来的？
• 陶世龙 – 从刘宝珺院士遇上时评家郭松民看科学在中国的悲哀
• 陶世龙 – 消解地震恐慌 仍在信息公开

此文以纪念5.12汶川大地震的逝者，愿逝者安息，在世者珍惜生命。

防灾减灾亦是如此，我们不需要太多口头上的呐喊，我们需要一些实用的书，一些实用的视频。

《全民防灾应急手册》是一本实用的书，随书附赠北京科影国际承制的26集视频“紧急救援”不仅有利于科学认识灾害产生的机理，灾害的地域分布特点并了解如何面对灾害，更有利于在内心播种“生命第一”的信念，只有尊重生命，才会用心去学习如何防灾。

读着此书，我想起了两件事。

第一件事是北京五中分校地理老师任铁生自2008年9月30日独自离家去妙峰山登山后，至今已失踪半年多，救援队几次登山寻觅其踪迹，一直未果。不过任老师野外经验丰富，救援队也发现了不少任老师留下的蛛丝马迹，我们一直对他的生还怀有期望。这告诉我们，野外出行绝对需要有野外避险、自救等知识。现在户外旅行成为一种新的生活方式，但据我所知，绝大多数人并未系统地了解过野外安全知识。本人虽也经常外出旅行，有一次却也差点和5位朋友被困野长城。因此当我看到这本书的第12章《野外出游遇险救援》后，身体体会。一般防灾减灾之书，并未涉及到野外出游，此书因而倍显亲切和全面。

图 一直以为在野长城上过夜、呼救只是一个传说，但如果思想上不重视户外安全，没有相应的知识储备，自己就可能会成为传说的一员。

第二件事是听导师说他们夏季有一次去祁连山野外考察，当他们把车子停在山沟里准备上山时，突然听到远处沉闷的响声，显然这声音不是雷声，因为头顶上艳阳高照。但是山的远方的黑云有些厚，可能那里在下暴雨，如果下暴雨，那么就可能引发泥石流，这声音可能就是泥石流的！根据经验，他们不顾一切迅速撤离到高处。虽然在山上冻了一夜，虽然车子被泥石流掩埋，但没有人员伤亡。这些避险知识，一来可以通过实践去获取，二来可通过学习书本知识获取，《全民防灾应急手册》为此提供了极大的便利。

图 北京的山多，崩塌、滑坡和泥石流灾害事故较多。4月份，从香山徒步到天泰山慈善寺的路上，我们经过了一段滑坡地段，通道边高挂警示牌：禁止一切车辆、行人通行。虽说山体已通过锚桩加固和铁丝网覆盖坡面的办法进行了一些预防，但落石危险仍在，千万不要因为几率小而忽视警示，预防首先要从心开始。

由于小孩子社会阅历浅，防灾意识不足，因此作为家长，有必要加强这方面的教育，教育孩子的同时自身也会对灾害产生新的认识。本书除了实用、全面外，其细节部分尤为称赞。例如提到“由于有很多家长不愿意告诉孩子死亡是怎么回事……因此孩子对死亡有很多误解。家长应该让孩子明白任何时候生命都是第一位的……只有敬畏生命，才能真正找到生命的价值和尊严。”这些话我想肯定能够引起家长的共鸣和重视。

又如“无论是上学还是外出，（小学生）都应当戴上小黄帽，这样就会安全得多”，类似这样防灾应急手段全文随处可见，细微之处见到了实用体贴。

国家减灾委和民政部能够在汶川地震纪念一周年来临之际推出这么一本全面和实用的手册，特别是配上形象的视频文件（共计3.68G），对于中国的防灾减灾建设实在是一场及时雨。下面让我们观看第一集的视频。

（此文献给即将到来的防灾减灾日和5.12汶川大地震周年纪念）

2008 年5月16日晚上22点，李金蔚的父亲突然兴奋的拿了一本《中国地图册》，兴冲冲的告诉我：“你看中国4次大地震（注：邢台、海城、唐山地震都没有超过8级，从科学意义角度考虑，算不上了大地震；中国的大地震更多地分布在中国的西部）都在一条直线上”，我一看很惊奇：真的，辽宁的海城大地震，河北的唐山大地震，河北的邢台大地震，四川的汶川大地震竟然能连成一条直线（注：实际并不在直线上，见图1）。这是一个新发现，还是巧合？于是我立即收集中国地震历史，发现中国历史地震史上的重大地震基本都在这条直线上。1303年山西赵城大地震，1037年河南京师（洛阳）大地震，1555年陕西渭州、华州及山西蒲州，1695年的山西临汾大地震，1654年的陕西西安、延安地区大地震等等基本上都在这一条直线上。

在中国教科书上写我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。李金蔚父亲发现的一条更为重大地震带带并无表述，它横贯整个中国，甚至可能横贯亚洲等地区，李金蔚父亲自命名的“鸿裂”。（图：红线）这可能是两个板快漂移积压而成，或者是一个大地质断裂带（注：假说容易，但证据呢？）。

此重大新发现，将改变亚洲地震研究史，为人类准确预测地震提供重大依据（注：这是作者发现后的喜悦）。

一、这是直线吗？

看到原文标题和上面这张地震直线地图（以下简称原图），我首先想确认的是图上红点的位置是不是完全正确，因为不少人有时会不自觉地将点做一些位置的小偏移以论证自己的观点。通过GMT绘图软件，分别绘出原图注明出来的7个地震（图1用黑色实心五角星表示），这7个地震的震中位置如下：

• 山西临汾 1695年 111.5 36.0 8级
• 邢台地震 1966年 115.1 37.5 7.1级
• 海城地震 1975年 122.65 40.67 Mw7.0
• 唐山地震 1976年 117.89 39.60 7.8级
• 汶川地震 2008年 103.4 31.0 8级
• 青川 2008年 105.2 32.5
• 北川 2008年 104.65 32.05

再把中国历史上8级以上的大地震也都画在图上（图1用黑色实心圆表示），这些大地震的震中位置如下：

• 1303年 山西洪洞赵城 111.70 36.30
• 1411年 西藏当雄 90.20 29.70
• 1556年 陕西华县 109.70 34.50
• 1604年 福建泉州海外 119.70 25.00
• 1654年 甘肃天水南 105.50 34.30
• 1668年 山东郯城 118.50 34.80
• 1679年 河北三河平谷 117.00 40.00
• 1695年 山西临汾 111.50 36.00
• 1739年 宁夏平罗 106.50 38.80
• 1812年 新疆尼勒克东 83.50 43.70
• 1833年 西藏聂拉木 85.50 28.30
• 1833年 云南嵩明杨林 103.00 25.00
• 1879年 甘肃武都南 104.70 33.20
• 1902年 新疆阿图什北 76.20 39.90
• 1906年 新疆玛纳斯西南 85.60 43.90
• 1920年 台湾花莲东南海中 122.70 23.50
• 1920年 宁夏海原 104.90 36.70
• 1927年 甘肃古浪 102.20 37.70
• 1931年 新疆富蕴东南 89.80 47.10
• 1950年 西藏察隅墨脱间 96.70 28.40
• 1951年 西藏当雄西北 91.40 31.10
• 1972年 台湾东部海中 122.20 23.00
• 2001年 青海昆仑山 90.90 36.20
• 2008年 汶川地震 103.57 30.97

图1 中国历史8级以上的大地震震中分布图

图1显示有几个点（黑色实心五角星）虽然可以排列成直线（这就是地震的特点，因为地震和断裂密切相关，而断裂通常是线状分布的），但并非如原图所画的那样，有一条线贯穿中国，即使把这些点连在一起，也并非笔直的线。此外，图1显示中国历史上8级以上的大地震分布比较离散，故“中国历史地震史上的重大地震基本都在这条直线上”这个说法是根本无法成立的。

其实直线不直线并不重要，地球是球体，而地图是平面的，如果将这些点投到三维的地球上，就更不是一条直线了。

二、直线代表什么含义？

讨论地震分布是不是直线，其本质是讨论中国地震带的分布；而要讨论中国地震带分布，少不了研究中国的板块，因为绝大多数地震，都发生在板块边界，最好的例子是世界上三大地震带：全球地震的70%分布在环太平洋地区，称为环太平洋地震带，其次分布在地中海到喜马拉雅的欧亚地震带，最后就是大洋的洋中脊（图2）。

图2 全球地震带分布（图片来源于美国地质调查局USGS）

但是，有些地区虽然距离板块边界很远，却也频繁地发生地震，这就是板内地震（其发生机制仍然是未解之谜）。下面两张图，一张是中国的板块构造（图3），一张是中国历史地震的震中分布（公元前2300-2000年）（图4）。一对比，我们就可以发现中国的许多地震，频繁地发生在板块的内部。至于为什么，还无法说清楚。

原图所谓“地震直线”对应的位置，除了川西的龙门山断裂带是板块边界外，临汾-邢台-唐山-海城这部分地震线根本不是板块边界。因此，原文所说的“可能是两个板快漂移积压而成”并无科学依据。对比邓起东院士绘制的中国断裂图（图5），也并没有类似于“地震直线”的大断裂存在，因此“或者是一个大地质断裂带”这个说法也无科学依据。那么这根直线又算什么，有什么科学含义呢？

图3 中国板块构造图。“地震直线”所对应的位置除了四川西部外并不是板块边界（图片来源：史培军《中国自然灾害系统地图集》）。

图4 中国历史上的地震震中分布图。结合图3可以发现中国历史上有许多地震发生在板块内部，这些板内地震是如何发生的，至今还是一个谜（图片来源：史培军《中国自然灾害系统地图集》）。

图5 中国断裂带分布图。从图上可以看出类似于“地震直线”的大断裂并不存在（来源：中国地震局地质研究所）。

图6是中国的地震带分布图，将所谓地震直线（黑色线）投影到图上，会发现黑线直线大致可由几个地震带连接而成（红色线）。下半部分大体是四川西部的断裂带，上半部分是华北地区北东走向的地震带。很明显，并不存在一条连在一起的长的地震带。如果确有这么一个长长的地震带，我相信地震地质学家也会很乐意把他们连成“地震直线”。因此地震直线是没有具体的科学含义的。只是作者有目的地选择了一些地震震中，并按照自己所理解的排列方式连成一条线罢了。

图6 中国强震及地震带分布图。将所谓地震直线（黑色线）投影到图上，会发现黑线直线其实是由几个地震带连接而成的（红色线）。下半部分大体是四川西部的断裂带，上半部分是华北地区北东向的地震带。很明显，并不存在一条连在一起的长的地震带。

让我们再看看地震直线的意义。图7是中国历史上的大地震的震中分布图，这些地震都是7～9级的大地震，都是有案可查的地震记录。如果我们模仿原图的直线画法，还可以画出无数条这样的直线，有些直线看起来似乎比“地震直线”更直。如果我们再有选择性的挑选地震，画个机器猫估计也不成问题。

如果“地震直线”也是发现，那发现似乎又太简单和多了点。地震通常是沿着断裂带分布的，地震和断裂的性质分不开，如果脱离地震的这个自然属性，把地震仅仅看成地图上孤立的点，把地震分布看成点的连线，是没有意义的。也就是说地震研究不是表面地研究一张地图，就能得出结论的；地震研究需要做很多野外实践工作和地球系统资料（包括GPS资料、地貌、地质、地球物理、深钻等资料）的支持。

图7 中国历史上7级以上的大地震震中分布图（图片来源：史培军《中国自然灾害系统地图集》）。

三、为什么会注意到那根直线

那么为什么作者会注意到大地震的直线性呢？原因是：他提到的那几个地震太有名了，而他们中的3个又恰好在近似的直线上。其实类似的可以连成直线的地震，中国实在多得去了。

请看图8（中国地震烈度区划图），中国的人口分布有一条线叫瑷珲——腾冲线，它将中国的人口分布分为东西两部分，东面人口密集，人类活动多。一旦发生地震，东部地区的破坏性更大，就引起更多人的注意，地震资料的记录也就远远比西部地区翔实。如果我们忽略掉瑷珲——腾冲线以西的大地震，仅仅把注意力集中在中国东部，你会发现地震最多的地区就在华北，如果非要在华北地区找条长一点的直线算是“地震线”，可能就会画出原图所谓的“地震直线”。

图8 中国地震烈度区划图。

四、一些想法

地震直线表明了作者的善于发现和善于思考，但也仅仅如此而已，并不具有多少科学意义。

当今的科学研究已经告别了大发现的时代，并不是灵光一现就能提出新理论的，研究需要各种证据的支持。如果一个结论只是一个简单的推导过程，这种结论不是早就为人所知，就是不大可靠。

本文精简内容已发表于 新京报：地震直线：发现还是巧合？

天气预报

17世纪以前，天气预报（这里指短期的气象预报）主要也是停留在观察天象（例如华北地区的“旱刮东风不雨，涝刮东风不晴”这个谚语）、物象（例如蚂蚁搬家，燕子低飞）的经验性预报阶段。

17世纪以后，温度表和气压表等气象观测仪器相继出现，气象台陆续建立（一开始是单台，后来发展为气象台网），人们开始根据气压、气温、风、云等要素的变化来预报天气。今天，天气预报已经走上了物理预报的道路，取得了很大的进步。在一些先进国家，24小时的降雨预报，可以给出某一地点降雨的时间和强度，除偶尔失误外，基本准确。这种进步，主要归功于两个方面的因素：

一，天气图。自从100多年前欧洲出现第一个气象观测台网，编制了第一张天气图开始，人类对于大气的观测就进入一个新的时代。利用天气云图，以及高压区不会下雨，低压区可能下雨等科学认识，天气预报进入了物理预报的时代。至今，全世界成千上万个气象台，每个台都可以得到实时的全球观测资料，对天气演变的分析也从二维发展到了三维（图1）；

二，数值天气预报。20世纪50年代以来，动力气象学原理、数学物理方法、统计学方法等广泛地应用于天气预报。大气运动的规律（湍流除外）已基本清楚，大型计算机可以快速求解大气运动方程，进行数值预报。

天气预报的进展就建立在这些坚实的科学基础上面，尽管如此，目前的天气预报也难做到完全准确，好的预报也只能达到70%-80%的准确率。

图1 我国风云二号气象卫星发射回来的中国大陆的云层照片，正常的气象服务每个小时一张照片传回地面。（图片来源：中国气象局网）

地震的短期预报

地震的短期预报比天气预报困难要多得多，我认为主要的原因是现阶段还无法实时得到 “地下云图”。

虽然从20世纪60年代开始，美国率先建立了世界标准地震台网WWSSN，将单独的台站发展为台网，可以让全世界在最短的时间内获取地震的发震信息。但是地震台网主要得到的是震后（而非震前）的资料，没有大的天然地震，人们很难研究清楚地震的机制和原理，这可能也是地震研究的无奈；不巧的是天然地震发生的频率低（图2），发生的时间和震源位置不精确（定位精度存在较大误差），因此台网对地震的监测目前还属于“被动”阶段，利用天然地震很难得到精确的关于地下结构及其演化的“地下云图”。虽然石油勘探界可以利用4D地震获取地下油气的运移状态，但是探测区域及其有限，成本相当高，无法用于监测深达几十公里、上万平方公里区域的地下结构及其变化（天然地震震源深度通常为几十公里，而且和地震密切相关的活断层通常也有几百公里长）。

图2 中国≥6级地震震中分布（公元1949-2000年）（图片来源：人民教育出版社课程教材研究所.2004.普通高中课程标准实验教科书 地理 选修 5 自然灾害与防治[M].北京：人民教育出版社）

利用GPS或遥感得到的也只是地面（而非地下）的信息，很难据此准确推断地下结构。这也就是大家所说的“上天容易入地难”。经过长期的构造变迁，地下岩石中充满了各种尺度的断层、节理和褶皱，它的运动规律远比大气更为复杂。在不同的地理构造环境、不同的时间阶段，不同震级的地震都显示出相当复杂的孕律过程。也就是说地震预报的经验很难从这个地区“拷贝”到另一个地区。

地震的发生具有“成串性”。在一串地震中，震级最大的地震为主震，紧随主震且震级小于主震的地震都称作余震，主震之前发生的地震称为前震。对于有前震的大地震（如1975年海城地震），有一定的预报能力。而对于没有前震的大地震（如1976年的唐山地震以及这次汶川地震），预报则变得十分困难。全世界的统计资料表明，有前震的大地震占大地震总数的比例不到十分之一。

所以，目前还不能不用经验性的预报方法。经验性预报主要也是通过分析过去已发生的地震，寻找其中的统计规律，并用于预报以后的地震。但是用经验性方法预报地震比经验性预报天气还要难，主要是因为对于一个地区（特别是对于震中区域）来说，地震发生的重复性时间是很长的，几十年、几百年或者上千年都有可能，而进行科学研究的话，都有统计样本。地震的统计样本要比天气预报少得多。

正因为地震预报尚处在经验性预报这个阶段，就会伴随着两种特定的现象：

一、动物的异常行为、奇特天象等所谓地震的宏观前兆异常问题（图3）。从1966年邢台地震至今的40多年里，国内外许多人对此进行了生物学机理、生物特出感知功能、地磁场触发原理等研究。但是到目前为止，这些宏观异常都缺乏十分确凿的科学依据。从另外一个角度说，即便这些异常迹象可以作为预报地震的参数，地震监测人员也不能仅仅依靠某一个单独的异常事件做出地震预报，因为这种异常可能只对应极小的发震几率。一旦误报地震，损失往往同样惨重。

二、出现了一批基于经验性预报的业余预报员。他们的探索精神值得钦佩，他们的研究值得鼓励和支持，但是他们应该认识到经验性预报的局限性，应该认识到预报结果的社会性，肩负科学探索和社会责任，谦虚谨慎，积极加强与专业预报员的合作。

但是可以相信如果地震预报像天气预报一样，从经验性过渡到物理性预报，以上两种现象就会慢慢消失。

图3 地震前的动物异常。（图片来源：许根顺摄 《全国地震美术书法摄影展作品选》）

地震的长期预报

和短期地震预报不同，地震的长期预测是可以实现的，这主要基于地震学家对断层和地质构造的研究（图4）。地震的长期预报比气候预报（气象的长期预报）要强，这是因为大地震发生的地点一定与大的地质构造有关，一次8级大地震不会发生在像鄂尔多斯地台这样的稳定的地质单元。人类对于断层等地质构造的研究已经有几百年的历史，这些知识提供了地震长期预报的基础信息。而对于气候预报来说，明年多雨少雨，洪涝发生在何处，判断则很困难。

图4 中国主要构造分布略图（图片来源：人民教育出版社课程教材研究所.2004.普通高中课程标准实验教科书 地理 选修 5 自然灾害与防治[M].北京：人民教育出版社）

如果我们把地震预报分成：以预测未来大地震发生地点为目标的长期预报，和以预测未来大地震发生时间为目标的短期预报。从1956年第一个全国中长期科学技术规划开始，我们在长期预报方面取得了明显的进步，地震参数区划图的问世就是最好的例子（图5），当然这些地震参数区划图也会随时间不断地进行修正和改变。而在短期预报方面，我们还有很长的路要走，也许要几代人坚持不懈的努力。用周秀骥院士的话说“科学急不得，就像100多年以前要求天天作气象预报，也是不可能的。我强调要把科学基础不断提高。”

最后，以美国地震学会通报（BSSA）对海城地震预报的评价作为结束：尽管海城地震的预报集合了迷惘困惑、经验分析、直觉判断和良好运气，它毕竟是第一次在实践上没有以失败而告终的大震预报的尝试。

图5 中国地震动峰值加速度区划图（图片来源：《中华人民共和国国家标准GB18306-2001中国地震动参数区划图》）

更多阅读：陈顒：以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震

图1 古代世界的七大奇迹都毁于地震灾害：埃及的大金字塔(The Great Pyramid of Giza)，巴比伦的空中花园(Hanging Gardens of Babylon)，亚历山大灯塔(The lighthouse of Alexandria)，阿特米斯（月亮女神）庙(The Temple of Artemis at Ephesus)，卡里亚王陵(The Mausoleum at Halicamassus)，阿波罗青铜巨像(The Colossus of Rhodes)，奥林匹亚宙斯雕像((The Status of Zeus at Olympia)。

图2 西方版画中记载的1805年意大利那不勒斯地震。

图片来源 Jan T. Kozak Collection, Na.’l Information Service for Earthquake Engineering

图3 古代日本人民想象地震是由于一条巨大的鲇鱼翻身引起的，制止了鲇鱼翻身，就能避免地震灾害。

图片来源 东京大学地震研究所

但是地震到底是怎么回事呢？

这是人们一直在思考、探索的问题。古代日本人认为是一种鲇鱼（Catfish）的翻身造成了地震，印度人认为是地下的大象发怒引发了地震，古代中国人则把地震归因于抽象的”阴阳失调”，当然这些只不过是对于地震的想象。真正对地震的科学认识始于东汉132年张衡候风地动仪的出现。候风地动仪是基于这样一种对于地震的本质性的科学理解，即地震是一种远方传过来的地面震动。而这一概念建立了地震和地震波的直接联系，这一概念直到18世纪才被西方科学家所重新确认。候风地动仪的出现以及它所基于的这样一种科学思想实际上代表了地震科学的开始。而现代地震学则开始于19世纪末精密地震仪的出现。 从地震科学诞生之日起，它一直沿着两个方向发展，第一个方向是认识地震，第二个方向则是利用地震。我们先从第一个方向谈起。

图4 东汉张衡于公元一三二年创制了世界上第一台观测地震的仪器－侯风地动仪。《后汉书.张衡传》记：”阳嘉元年，复造侯风地动仪，以精铜制成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒樽，饰以篆文，山龟鸟兽之形。中有都柱，旁行八道，施关发机；外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍张口承之。其牙机巧制，皆隐在樽中，覆盖周密无际。如有地动，樽则振，龙机发，吐丸而蟾蜍衔之，振声激扬，伺者因此觉知。虽一龙机发，而七首不动，寻其方向，乃知震之所在，……”公元一三八年，陇西发生地震，千里之外的洛阳并无感觉，但地动仪却测到了，许多人都不相信，几天后，驿马送来了消息，于是朝廷内外尽皆信服。可惜的是，公元四世纪，这台仪器在战乱中散失，至今失传。

• 什么是地震

最早人们认为火山作用是地震的首要原因，但是，许多大地震发生之处远离火山的地方。现在，多数人认为，地震是由地下岩石的突然断裂而造成的，地球内部的不断运动造成地壳大规模变形是地震的根源，沿地震断裂面的突然滑移是地震波能量辐射的直接原因。

图5 跨圣安德列斯断层的篱笆在1906年旧金山地震之后发生3米的错动。

图片来源 a：Robert E. Wallace, USGS b：G.K.Gilbert, USGS

1906年发生的旧金山大地震，为理解什么是地震提供了直接的观测事实。旧金山大地震发生在美国加州圣安德烈斯断层上，地震时，断层两盘发生了3－4米的右旋错动（站在断层的一盘上，观测另一盘的运动，向右就叫做右旋运动，向左叫做左旋运动），垂直于断层的农场的篱笆明显被错开了3－4米距离。

图6 跨圣安德烈斯断层的篱笆当断裂弹性回跳时造成的结果。(a)篱笆垂直穿过断层，地震前未发生形变。(b)构造力作用下横过断层的篱笆发生弯曲，A点和B点向相反方向移动；(c)在C点发生破裂，在断裂两侧的应变岩石弹回到C1和C2。

于是，美国工程师里德（Reid）根据这些观测结果，提出了地震的弹性回跳假说：地球深部的作用力使地震活动区岩石产生变形，随时间增加变形渐渐变大。这种变形在很大程度上，起码在大约千年尺度上，是弹性变形。所谓弹性变形，是指加力时岩石产生体积和形状变化，当力移去时将弹回到它们的原状。旧金山地震前，包括圣安德烈斯断层在内的广大区域发生弹性变形，积聚了弹性能量，地震时，圣安德烈斯断层发生错动，释放了积聚的能量，整个区域又回到原来的状态。 图6形象地表示了地震的弹性回跳假说。有一个垂直穿过断层，在两侧延伸许多米的篱笆。用箭头表示的构造力作用使弹性岩石应变。当它们缓慢地作功时，该线（篱笆）弯曲了，左侧相对右侧错动。这种应变作用不能无限地持续，早晚那些软弱岩石，或那些位于最大应变点的岩石要破坏。这一破裂后将接着发生弹回，或在破裂的两侧回跳。这样在图中断裂两侧的岩石中的C回跳到C1和C2。

图7 地震造成的沿断层的位移错位,不仅仅出现在圣安德烈斯断层上，在全世界的许多地方都能见到。如：1739年平罗地震断层顺时针运动造成长城宁夏段的错位（图片由王兰民提供）

自里德提出弹性回跳假说后，地震学界普遍认为，天然地震是地球上部沿一地质断层发生突然滑动而产生的。这滑移沿断面扩展，这种滑移破裂传播的速度小于周围岩石中的地震剪切波波速。存储的弹性应变能使断裂两侧岩石回跳到大致未应变的位置。像钟表的发条上得越紧一样，岩石的弹性应变越大，存储越大的能量一样，地震变形的区域越长、越宽，滑移的距离越大，地震释放的能量就越多，我们用地震矩来表示地震释放能量的大小：

图8 小虫子拉木块沿地面滑动。木块单位面积与地面粘合的力μ （也可以叫做剪切强度）越大，木块与地面的接触面积A越大，滑动的距离D越大，小虫子作的功 μ AD就越大。依照这个原理，当断层两盘发生相对滑动的时候， μ 就是断层的剪切强度，A就是发生滑动部分断层面的面积，D就是断层两盘的滑动距离，而 μ AD就是断层滑动所释放的能量。

图9 地震发生在地下深处，发生地震的地方叫做震源，震源离地面的距离叫做震源深度，地面上正对着震源的地方叫做震中。

图片来源 普通高中课程标准实验教科书 地理·选修 ⑤

按照震源的不同深度，通常把地震分成三类： 浅源地震：震源深度小于70公里； 中源地震：震源深度在70－300公里之间； 深源地震：震源深度大于300公里。 全世界90%的地震震源深度都小于100公里，仅有3%的地震是深源地震。由于浅源地震能够产生更大的地球表面的震动，因此，浅源地震的破坏力也最大。 地震的震源深度与板块边界有密切的关系，在板块的发散边界和转换型边界，发生的地震多是浅源或中源的，而在汇聚边界，发生的地震则多是深源的，随着海洋板块从海沟向大陆的俯冲，震源的深度也不断的增加。

• 地震波

地震在地球内部会产生两种体波：P波（Primary waves）和S波（Secondary waves）。 P波是跑的最快的波，它可以在固体、液体和气体中传播。P波与空气中的声波很相似，质点沿着波的传播方向做压缩和拉伸运动。

图10 地震在地球内部会产生两种体波：P波（primary waves）和S波（secondary waves）。（加了一张示意图，是为了说明因为受地层的速度差异影响（如果没有低速体，地震波的传播速度通常越往下速度越快），地震波的P波在射线传播路径并不是直线，而是曲线，当靠近地面P波在垂直分量越大，当然如果不是垂直出射，水平分量也是有运动的；而一些细心的读者发现上图显示的P波似乎是水平运动，那是因为这张图是示意图。）

S波跑的比P波慢，它只可以在固体传播。在S波传播时，质点的运动方向与S波的传播方向互相垂直，介质中产生剪切应力。由于流体不能承受剪切应力，因此S波不能在液体和气体中传播。 P波和S波的速度由介质的密度和弹性常数决定。

唐山地震时北京所感到的两种地震波

唐山地震发生在1976年7月28日凌晨3点多钟。当时笔者（陈颙）住在北京前门附近一个非常破旧的二层木制结构的楼房里，楼房至少有五十年历史了，除了外墙是砖砌的，地板和骨架都是木质的，一走起路来地板就发出”咯吱咯吱”的呻吟声。那时正好是夏天，天气出奇的闷热，难以让人入睡。我刚躺着一会儿，迷迷糊糊中就觉得床有些大幅度上下跳动，地板甚至整个楼房都发出”嘎吱”的声音。我立刻意识到”有大地震发生了”。长年从事地震工作的我被晃醒后没有立即下床，而是躺在床上开始数数，”一、二、三，……”，数着数着床的晃动变小了。当数到第二十的时候，突然又来了一次晃动，比第一次更厉害，整个楼层都在忍受剧痛似的”哗哗啦”乱响。这短短的20秒钟间隔就是纵波和横波到达的时间差（地震通常会产生纵波和横波，纵波在地球介质中传播得快，最先到达我们脚下，引起地表的上下运动；横波跑得慢，我们感到的第二次强烈震动就是横波造成的，地面表现出水平方向运动。由于横波携带了地震产生的大部分能量，因此它对地表建筑物的破坏更为严重），反映了观测者和震源的距离，差1秒钟，表明约8公里远处发生了地震，20秒钟则说明这次地震事件发生在约160公里处。于是，我有了一个初步判断：地震不在北京–在距离北京160公里的地方有大地震发生了。 这和雷雨闪电的原理是一样的：天空两片雷雨云相遇时，发出闪电和雷声，闪电（电磁波）跑得快，雷声（空气中得声波）跑得慢，我们先看见闪光，后听见雷声，闪光和雷声之间得时间差，就表示发出闪光和雷电的云距我们的距离。

面波是沿地球表面附近传播的一种弹性波。面波传播的速度都比体波慢。最重要的面波有两种：Rayleigh 波（R波）和Love 波（L波），它们的命名是为了纪念这些波的发现者，英国科学家Lord Rayleigh 和 A.E.H. Love。

图11 Rayleigh波传播时，质点在沿着波传播方向的垂直的平面做逆时针的椭圆运动，波到来时，地面的运动和水面上的波浪运动一样（参看”海啸”一章中”波浪运动”一节）。

图12 Love 波（L波）传播时，质点水平运动，而且运动方向与波传播方向的垂直，地面上质点运动最大，越往地下深处运动的幅度越小。

图13 2003年12月26日伊朗巴姆地震产生的地震波传到世界各地的理论时间（单位：分）

来源 USGS

图14 2006年7月19日10:57:36.8印尼巽他海峡发生Ms6.0级地震（S6.5°，E105.4°），这是昆明地震台（KIM，震中距 31.6°，方位角355.0°）的实际记录.纵轴是地震动的位移（单位：微米），横轴是时间。

地震作为地球内部的一种震动，发生的时候会产生一系列波动即地震波，而地震波是目前我们所知道的唯一一种能够穿透地球内部的波。今天我们关于地球内部的知识都是怎么得来的呢？这在很大程度上要归功于地震波。十九世纪，人们就已知道，地震是一盏照亮地下的明灯。

• 地震是照亮地球内部的一盏明灯

图15 人们挑选西瓜都有个经验，用手拍打西瓜听听声音便可以判断西瓜的成熟情况，这是因为不同的西瓜振动时发出的音调和音色不同。地球物理工作者的事业和拍西瓜很相似，只不过有时候通过人工地震手段让地球振动，有时候是地球自己发生地震产生振动，科学家则通过记录和”倾听”这些来自地球内部振动的交响乐–地震波，来判断地球内部的结构和状态。迄今为止，地震波是唯一能够贯穿地球的波动。

震源发出的地震波会通过地球介质向各个方向传播，我们从而可以在世界各地通过地震仪记录到。20世纪初，地震学家发现，大地震发生后，在距地震震中103^o ~143^o 的范围内记录不到地震P波。于是他们猜想，地球具有分层结构，地球内部有一个低速的地核，地震P波由于折射，到达不了105 ^o ~142^o 的范围。人们关于地球内部的认识就从地震波而得来。

图16（a）记录到印尼大地震的全球地震台站的位置和它们离地震震中的距离（度）；（b）地震后6小时内各台站记录的Rayleigh波的垂直向地面运动（峰-峰值，用cm表示），R₁ 是沿震中-台站大圆最短距离传播的波， R₂ 是沿同一个大圆最远距离传播的波，R₃ 与R₁ 相同，只是多绕地球转了一圈，R₄ 与 R₂ 相同，也多绕地球转了一圈。

来源 J.PARK, K.ANDERSON, R.ASTER, 等（2005）

图17 20世纪初，地震学家发现，大地震发生后，在距地震震中约103^o -143^o 的范围内记录不到地震P波。于是他们猜想，地球具有分层结构，地球内部有一个低速的地核，地震P波由于折射，到达不了103 ^o －143^o 的范围。

图18 现在我们已经知道地球可以分为地壳、地幔和地核，地核又包括一个液态的外核和一个固态的内核。图中给出了各层的地震波速度。对地球内部的认识，都来源于天然地震的资料和数据。

获得地球的这种分层结构的大事年表可简要列举如下：

1906年奥尔德姆首先试图从地震波穿过地球的时间来推断整个地球内部构造。

1909年莫霍洛维奇根据近震初至波的走时，算出地下56公里处存在一个间断面，间断面以上物质的平均速度为5.6公里/秒，以下物质的速度为7.8公里/秒。后来发现，无论是海洋还是大陆，绝大多数地区都存在这个间断面，通常称它为莫霍界面，其平均深度约为30公里，莫霍界面以上的部分称为地壳，以下的部分称为地幔。

1914年古登堡（Gutenburg）根据地震体波的”影区”确认了地核的存在，并测定了地幔和地核之间的间断面，其深度为2900公里。这个数值相当准确，直到现在也改进不多。根据地核不能传播横波（地震波的一种，不能在液体中传播）的特性，地震学家又推断出地核是液态的。

1936年赖曼通过对体波”影区”的进一步研究，发现了在液态的地核中还有一个固态的地球内核。

1996年中国旅美学者宋晓东通过研究穿过地核的地震波，推断出内核旋转速度要比外核快，这个发现进一步加深了人类对地球的认识，被评为该年度美国十大科学新闻之一。

图19 1996年中国旅美学者宋晓东通过研究穿过地核的地震波，推断出内核旋转速度要比外核快，这个发现进一步加深了人类对地球的认识，他的研究成果刊登在NATURE 上，并被评为1996年度美国十大科学新闻之一。

• 地震波的多种应用

利用地震波的另外一个重要方面是地震勘探。地震勘探的历史可以追溯到19世纪中叶。早在1845年马利特就曾用人工激发的地震波来测量地壳中弹性波的传播速度，而在第一次世界大战期间，交战双方都曾利用重炮后坐力产生的地震波来确定对方的炮位，这些可以说是地震勘探的萌芽。由于地震勘探具有其它地球物理勘探方法所无法达到的精度和分辨率，所以在石油和其它矿产资源的勘探中，用地震波进行勘探是最主要和最有效的方法之一。各种矿产资源在构造上都会具有某种特征，如石油、天然气只有在一定封闭的构造中才能形成和保存。地震波在穿过这些构造时会产生反射和折射，通过分析地表上接收到的信号，就可以对地下岩层的结构、深度、形态等作出推断，从而可以为以后的钻探工作提供准确的定位。

图20 利用地震波进行勘探

图21 全面禁止核试验条约（CTBT）的地震台站分布

利用地震还可以为国防建设服务。截止到2000年11月，已经有160个国家正式签署了全面禁止核试验条约（CTBT）。现在所面临的一个共同问题是，如何有效地监测全球地下核爆炸。而这正是地震学的用武之地，地下核爆炸和天然地震一样也会产生地震波，会在各地地震台的记录上留下痕迹。而地下核爆炸和天然地震的记录波形是有一定差异的，因此根据其波形不仅可以将它与天然地震区分开来，而且可以给出其发生时刻、位置、当量等。

图22 图中红颜色的是地下爆炸产生的地震波，其记录特征是”大头小尾”，蓝颜色的是天然地震产生的地震波，它的特征是”小头大尾”。利用记录到的地震波的特点，可以区分地下核爆炸和天然地震。

图23 俄罗斯的库尔斯克号潜艇沉入巴伦支海时，没有人想到要去告诉地震学家。但是，2001年1月，正是地震学家使得这场灾难起因的争论最终得以结束。波罗的海地震台记录到了库尔斯克号上爆炸产生的可说明问题的震动。这一证据表明，这场悲剧是当潜艇在水面上时艇上的一枚鱼雷意外引起的，随即在深部发生了几枚鱼雷爆炸。而俄罗斯当局早先将这一事件归罪于一艘不明身份外国潜艇的碰撞。

来源 a：AP美联社(http://www.aeronautics.ru/img003/kursk-017.jpg) b： EOS (2001)

图24 离美国世界贸易中心34公里的地震台，记录了911事件的全部时间进程。

来源 Kim, W. Y.（2001）

其实，地震学的应用还远不止以上这些。例如，目前用地震的方法预测火山喷发取得了很大的进步；对水库诱发地震的研究可以为大型水库提供安全保障，例如我国的三峡工程，库区地震灾害的研究就是工程可行性论证的重要内容之一；对矿山地震的监测是保护矿山安全的重要手段之一；地震学还可用于对行星的探测，通过对行星自由振荡的研究可以揭示行星内部大尺度结构。因此，地震学这门古老的学科，不断获得活力，成为正在迅速发展的前沿学科之一。

图25 全世界每年记录的地震事件数目，1900年约为100多次，20世纪末超过10,000次，2006年超过100,000次。这是由于地震台站的增多，反映了地震科学的迅速发展。

科学家们和公众询问地震的一个基本问题就是它的大小。表示地震大小基本有两种方法，一种是利用地震震级表示地震的大小；另一种是根据地震造成的破坏程确定地震的大小。

• 地震的大小

地震作为一种自然现象，它有大有小，大可以大到使山崩地裂、房倒屋塌，小可以小到人体根本感觉不到、只有灵敏的仪器才能记录到。如何表示地震的大小呢？ 第一种方法，用地震 所释放的能量来表示 地震的大小，用地震的震级（magnitude）表示地震所释放的能量的大小,震级大的地震，释放的能量就多。上面已经说过，地震所释放的能量可以用地震矩M_O 来表示：

M_O =μAD

其中μ是介质的剪切强度，A 是断层面的面积，D 是断层两盘相互滑动的距离。用能量定义的震级叫做地震的矩震级M_W 。M_W 与地震矩M_O 的关系是：

M_W = logM_O / 1.5 – a

式中a是一个常数，它与M₀ 的单位选取有关，例如，金森博雄以牛顿·米作为M₀ 的单位，a＝6.06。若以达因·厘米（dyne-cm）为单位，则a＝10.7。实际确定地震的震级时，根据地震仪记录到的地震波幅度的对数来进行标度的，这就是通常用到的里克特震级即里氏震级。

图26 几位著名地震学家1956年的合影，从左到右：Frank Press，Beno Gutenberg，Hugo Benioff和Charles Richter。其中里克特（Richter）是里氏震级的发明人。

来源 洛杉矶检查报

图27 根据地震仪记录到的地震波幅度确定地震的里氏震级

地震释放的地震波能量Es与震级M有下列关系（能量E以尔格计）：

logE=11.8+1.5M

从上式可以看出，不同震级地震的能量差别是很大的。震级每大一级，地震的能量就大10^1.5 （约31.6倍），即2级地震的能量是1级地震的31.6倍，3级地震的能量则是1级地震的10^1.5+1.5 =1000倍。所以，尽管小地震数目比大地震多得多，但总能量中的大部分仍是由大地震释放的。

图28 自然界各种事件的能量排序

地震的能量到底处于什么数量级上呢？我们可以来做几个比较。如果把1945年美国扔在日本广岛的原子弹（相当于2万吨标准TNT炸药）埋在地下十几公里处让它爆炸，相当的震级是5.5级；而唐山地震则相当于2800颗这样的原子弹在地下爆炸。可见地震的能量是十分巨大的。我们还可以把自然界中的各种现象在能量上作一个排序。上图是以尔格表示的能量图。天上闪电的能量大概相当于10 ¹⁶ 尔格。现在已知最大的能量大约为10³² 尔格，这是7000万年前，一个直径10公里的天外星体以每秒20公里的速度撞到地球上，产生了大量的灰尘，使地球变成了一个黑暗的世界，有的学者认为正是这场灾难导致了恐龙的灭绝。这个能量是现在我们所知道的最大的。在这样一个广阔的能量图中，地震（图中的红点）大约位于其中部，例如唐山地震约相当于10 ²³ 尔格。可见，地震作为地球上的一种自然现象，它的能量对于人类社会乃至整个自然界的影响都是相当大的。

图29 地震的震级和能量

地震的矩震级和里氏震级是表示地震大小的两种不同的震级，矩震级是上世纪80年代发展起来的，而里氏震级要早的多，是上世纪30年代提出的，因此，里氏震级应用要早.对于大多中等地震，两种震级基本相同，而对于特别大的地震，矩震级描述比里氏震级要好。

地震的几种不同的震级

里氏震级M_L 是里克特在1935年提出来的。它是以地震仪所记录到的地震波振幅为基础。当地震震源大小一定时，距离震源愈远震波的振幅就愈小；当与震源的距离一定时，则震波的振幅与震源的大小成正相关。 里氏震级被定义为︰一台标准地震仪（当时叫做伍德-安得生（Wood-Andersion）式地震仪,自由周期0.8秒，倍率2800倍，阻尼常数0.8），在距离震中100公里处所记录的最大振幅Ａ（以微米计）的对数值︰

Ｍ_L ＝log(Ａ)

显然，100公里外发生地震，地震仪记录真实地动为1微米，则该地震为零级地震。同样，从里氏震级的定义可以知道，如果地震和台站之间距离不变，地震震级大1级，地震产生的震动的振幅大10倍；震级大2级，振幅大100倍；震级大3倍，振幅大1000倍，依次类推。 但是地震并非都发生在距离测站100公里处，因此在计算地震震级时，我们必须考虑震中距△（即震中与台站之间的距离, 以度为单位）的修正，则上式可以修正为︰

Ｍ_L ＝log（Ａ）＋2.56log（△）－5.12

里克特还发现，上述里氏震级仅适用震中距离小于600公里的地震，当震中距离超过600公里时，用面波来确定震级比较适合。1966年苏黎士国际地震学会上进一步扩展了里氏震级，计算面波震级（Ms）时，应考虑最大振幅之外，还须考虑周期T和震中距离：

Ｍs＝log（Ａ/Ｔ）＋1.66logΔ＋3.3

里氏震级提出后约半个世纪，Kanamori发展出由地震矩（Ｍ₀ ）计算地震的矩震级的方法（矩震级的测定正文中已有介绍）。这种发展基于两个原因。第一，里氏震级是一种测量震级，而矩震级则是考虑地震机理的物理震级；第二，里氏震级难以测量特大地震。当M _W <7.25时，矩震级M_W 的测量结果与用里氏面波测量的震级M_S 的测量结果基本一致；但当M_W > 7.25时，面波震级M_S 开始出现”饱和”，也就是测量出的面波震级M_S 低于能反映地震真实大小的矩震级M_W 。而当M_W =8.0-8.5时，M_S 达到完全饱和，也就是此时无论M _W 如何增大，测量出的面波震级M_S 不再跟着增大。所以，当测定大地震的震级时，如果采用M_W 以外的其它震级标度，则会由于震级饱和而低估地震的震级。地震的矩震级对大地震无饱和的现象。

图30 几种震级的关系

表示地震大小的第二种方法，是用地震在地面上产生的破坏程度，地震越大，它产生的破坏就大。我们把地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度叫做地震烈度。中国和世界上多数国家一样，采用12级的地震烈度表。下面给出不同地震烈度对应的地面破坏情况（习惯用罗马数字表示）：

• 小于Ⅲ度：人无感受，只有仪器能记录到；
• Ⅲ度：夜深人静时人有感受；
• Ⅳ－Ⅴ度：睡觉的人惊醒，吊灯摆动；
• Ⅵ度：器皿倾倒、房屋轻微损坏；
• Ⅵ－Ⅶ度：房屋破坏，地面裂缝；
• Ⅷ－Ⅹ度：房倒屋塌，地面破坏严重；
• Ⅺ－Ⅻ度：毁灭性的破坏。

震级和烈度都是表示地震大小的量,但是两者有很大的不同.震级是表示地震所释放的能量的大小的,因此,一个地震只有一个震级。而烈度表示的是地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度，对同一个地震，不同的地区，烈度大小是不一样的。距离震源近，破坏就大，烈度就高；距离震源远，破坏就小，烈度就低。还可以举个例子说明震级和烈度的不同,地震震级好象不同瓦数的日光灯，瓦数越高能量越大，震级越高。烈度好象屋子里受光亮的程度，对同一盏日光灯来说，距离日光灯的远近不同，各处受光的照射也不同，所以各地的烈度也不一样。

图31 烈度是地震造成地面及房屋等建筑物的破坏程度，它也是表示地震大小一种方法，地震越大，它产生的破坏就大，地震烈度就大。 但是，烈度和震级不同。一个地震只有一个震级。而烈度表示的是地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度，对同一个地震，不同的地区，烈度大小是不一样的。距离震源近，破坏就大，震中处的烈度就高；距离震源远，破坏就小，烈度就低。图中I:烈度。M：地震震级；R：震中距。

图32 世界上几种常用的烈度表，大多数国家使用12级烈度表，最早的12级烈度表是由意大利科学家Mercalli在19世纪提出来的，判断烈度主要利用19世纪的建筑物的破坏情况。以后，根据20世纪末期建筑物的发展，修改了判断烈度的标志，新的12级烈度表被叫做修改后的Mercalli烈度表，简称MMI（Modified Mercallii Intensity）。中国使用的12级烈度表于MMI烈度表相近，烈度判断标志根据中国建筑的特色做了部分修改。

图33 唐山地震的震级为7.8级，它的烈度分布如上图所示：唐山X度；天津VII度；北京VI度。描述地震大小的两种方法可以通过地震震级和震中烈度联系起来：5级地震－震中烈度VI－VII度，6级地震－震中烈度VIII度；7级地震－震中烈度IX－X度；8级地震－震中烈度XI－XII度。

• 地震带

我们已经知道地震在地球上的分布不是完全没有规律的，也不是完全有规律的，即地震活动是规律性与随机性共存。从全球地震震中分布图上可以看出，地震主要分布在三个地震带上。首先约70%的地震分布在环太平洋地震带，包括日本、台湾、美国加州圣安德列斯断层区等著名的地震活动区。第二个地震带是从地中海到喜马拉雅的欧亚地震带，其上地震分布的特点是比较分散，不像环太平洋地震带那么集中那么有规则，欧亚地震带约占全球地震的15%左右。第三个地震带是沿着各大洋洋中脊分布的洋脊地震带，约占5%左右。全球地震的这种成带分布可以用板块学说来解释。板块学说认为，地球的岩石圈是由若干刚性块体组成的，板块内部相对比较稳定，各板块之间则发生俯冲、碰撞、剪切等多种作用，正是板块之间的相互运动造成了地震的孕育和发生，所以大多数地震都分布在板块的边缘地区。全球的地震基本上分布在这三个地震带上，但仍有约10%的地震不是那么有规律，而是分布在这些地震带之外、离板块边界相当远的地方。这就是所谓的”板内地震”，典型的如美国的新马德里地震带，它远离板块边界，却频繁发生大地震，中国大陆发生的地震多属”板内地震”，其发生机制仍然是个未解之谜。

图34 全球强震分布与板块构造

图35 中国地震台分布图（截止到2006年8月，共有：首都圈台网107个台，国家台网48个台，其他地区台网393个台。部分地震台资料可以在网上查到： www.csndmc.ac.cn ）

中国现代地震仪器观测始于十九世纪末期。日本侵占台湾省后，在1897年建立了台北地震台，以后，又陆续建立了台南台（1898）、台中台（1902）、台东台（1902）、恒春台（1907）。1904年法国教会所属的上海徐家汇观象台增设了地震仪，建立了中国大陆第一个地震台。中国人自己建立的第一个地震台，是李善邦先生等1930年在北京建的鹫峰地震台，从1930年冬到1937年抗日战争爆发为止，共记录2472次地震。

图36 中国地震震中分布图（公元前780年至2005年，地震的大小见图左下方的图标）

在中国的地震震中分布图上可以看到，震中分布有的地方密，有的地方稀，分布的规律远不如海洋地震那样有规律。这正是大陆地震与海洋地震不同的地方。按照地震分布的密集，同时，考虑到地质背景，也可以象海洋一样，划分出一些地震带来。例如，非常明显的一条南北地震带，它北起阿拉善地块，经山丹、民勤、银川与秦岭相遇，然后从天水，沿岷江上游而下，直至怒江、澜沧江，直到云南西部，全长2000多公里。又如，另一条是华北地震带，它始于西安附近，经华县，进入汾河河谷，再经临汾、太原、大同转而向东，过蔚县、怀来、延庆，直到渤海。中国大陆的地震震中分布比海洋要分散的多，这意味着，中小地震在大陆各地随机发生的可能性，比海洋要大的多。

图37 1900-2000年间中国大陆每年5级以上地震数目

• 地震的频度

根据位于伦敦的国际地震中心（ISC）的统计，从1964年开始到1999年，全球发生的各种大小的地震数目如下：

表1 国际地震中心ISC（1964－2001）地震数目统计

由于上世纪60年代之前，全世界的地震台站不多，许多小地震可能记录不到，所以国际地震中心（ISC）只给出1964年以后的结果。美国科学家恩达尔等统计了全世界各国的地震记录结果，发现：从1900年以来，7级地震的记录是完备的；1930年以来，6.5级地震的记录是完备的；1964年以来，5.5级地震的记录是完备的。下表是他们的统计结果：

表2 恩达尔等20世纪（1900－1999）目录统计

注：7级以上地震该记录是完备的，而7级以下地震则有许多遗漏。

以上的两种地震数目的统计，结果不尽相同，原因是所用的震级不同，ISC用的是里氏震级，而恩达尔等用的矩震级（如上个世纪，世界上记录到最大的地震是1960年发生在南美洲的智利地震，它的里氏震级为8.9级，而它的矩震级为9.5。对与多数地震而言，两种震级是比较接近的。），两种统计的时间段也不同。但他们的统计不仅让我们获得了地球上一年发生多少次地震的概念，而且还告诉我们关于大小地震之间的频度的关系。地震有大有小，那么到底是大的多还是小的多呢？从上面的表中可以看到，小地震比大地震要多，即震级越大、地震数目越少。实际上，这种多少是有一定比例关系的，即9级地震数目与8级地震数目的比值约等于8级与7级地震数目的比值，也约等于7级与6级地震的比值，这样可以依此类推下去。有趣的是，这种现象我们在自然界中遇到了很多，比如说，千年一遇的洪水与百年一遇的洪水数目的比值等于百年一遇的洪水与十年一遇数目的比值，还有天上的星星一等星与二等星数目的比值等于二等星与三等星的比值，等等，这些比值都是比例常数，都存在一个幂指数关系，这好像是自然现象的一个共同规律。而在地震学中这个现象发现得很早，这就是著名的古登堡─里克特关系(G-R关系)，即若以N(M)表示震级大于M的地震数目，则N(M)与M之间有幂指数关系：

logN(M)=a-bM

其中a、b为常数，从中可以容易推出N(M+1)/N(M)常数。

图38 美国地震信息中心（NEIC）给出的地震的大小和地震的数目的关系图。图中的颜色代表地震的震源深度。从图中可以看出，地震越大（震级越高），这种震级的地震数目越少。

图39 中国大陆1970年以来发生的震级大于或等于M的地震数据N（M）与地震震级M的关系：LgN＝a－bM。其中a，b为常数：a＝6.9，b＝0.8

• 国外9 次大地震

表3 1900年以来世界上的一些重大地震灾害

图40 1906年4月18日清晨5点20分，美国旧金山（38.0˚N，123.0˚W）发生8.3级地震，60,000余人遇难。震时全城起火，社会秩序一度混乱，抢劫杀人等恶性事件多有发生。全市进入紧急状态。近10万人逃离城市，经济损失超过5亿美元。

来源 San Francisco Public Library

图41 1923年9月1日中午，日本东京附近（35.0˚N，139.5˚E）发生7.9级强烈地震，被称为关东大地震。50万座建筑物被毁，14.3万人死亡，20万人受伤，50万人无家可归。地震引起了全城大火，同时还引起了严重的滑波和泥石流。

来源 SiberHegner

图42 1960年5月22日下午3时11分，南美洲智利发生震级9.5地震，这是20世纪全球发生的震级最大的地震。震中烈度可达XII度。其后两天之内，在南纬36度至48度之间，沿海岸南北长1,400公里的狭长地带，发生上百次强烈地震，其中超过8级的3次，超过7级的10次。地震造成5,700人死亡，几十万座房屋被彻底摧毁。这次地震还引起了附近的火山喷发，地震引起的海啸，席卷了整个太平洋地区。

来源 Pierre St. Amand，NGDC/NOAA

图43 1964年3月27日当地时间下午5点36分，20世纪的第二大地震发生在美国的阿拉斯加，地震的矩震级为9.2。阿拉斯加人烟稀少，所以地震造成的人员伤亡和财产损失不大。但这次大地震造成520,000平方公里大规模的地面变形。

来源 USGS

图44 和1960年智利大地震一样，1964年阿拉斯加大地震也产生了海啸，图中给出了这两次地震产生的海啸在太平洋的传播时间分布。似乎阿拉斯加地震产生的海啸波传播速度要稍快一些。

图45 1994年1月17日清晨4点31分，洛杉矶西北35公里的北岭市发生6.8级地震（34.9˚N，118.8˚E），死亡55人，受伤7,000余人，直接经济损失200亿美元，是迄今为止美国历史上损失最严重的地震。

来源 J. Dewey, USGS

图46 1995年日本阪神地震时金属结构的高架桥破坏照片。这次地震使得大阪和神户的金融、信息和物流中心的功能受到严重影响，这方面的经济损失高达500亿美元之多。而这次地震造成建筑物和设施破坏等工程损失只有480多亿美元。这是地震灾害史上，地震灾害的软损失（商业中断，金融、信息和物流中心的功能受到影响）第一次超过硬损失（工程损失）。

来源 Dr. Roger Hutchison，NGDC/NOAA

图47 2001年印度古吉拉特邦7.7级地震是迄今为止记录到的最大的板内地震之一，也是印度历史上伤亡最惨重的地震之一，估计死亡总数达13000人。造成的经济损失也使印度经济受到了沉重的打击。

来源 a：Paras Shah, AP b：Enric Marti，AP

图48巴姆城坐落在伊朗的东南面，是一座重要的历史古城。这座城市的重要特色在于它的所有建筑都是用泥土砖块，粘土，干草和木头建构而成。这座城市建于公元224，久经战火，但一直屹立到2003年12月26日之前。巴姆为位于”丝绸之路”的旁边，被誉为卡维尔盐漠中的”翡翠”，令众多电影导演和游客为之着迷。

来源 新华网

图49 2003年12月26日清晨，天还未亮，伊朗巴姆城（震中位置为29.0˚N，58.3˚E）的民众都还躲在被窩中熟睡。突然间，天搖地动，以土砖建成的樓房，如积木般垮下。頓时，整座城市烟尘弥漫，哀鴻遍野，數万名鎮民被压在碎瓦之中。地震瞬息消逝。尘埃落定后，巴姆已是一城废虚，等待著黎明的到來。27日， IKONOS卫星获得了这张卫星图，图中可以看到把母城的破坏。据报道，70%的建筑在这次地震中倒塌。

来源 Space Imaging

图50 巴姆地震彻底摧毁了这座历史古城。伊朗内政部长27日站在一片瓦砾堆中说：”这里已没有一栋完好的建筑。” 图为中国救援队在震区寻找存活者。黄建发摄，中国地震局

图51 震后的巴姆城几乎夷为平地。原9万人口，4.1万死亡，2万余受伤，无人有家可归。图为一名神职人员在为死难者祷告。

来源 新华网

图52 印度尼西亚苏门答腊岛以北海域，2004年12月26日上午8时发生里氏9.0级强烈地震，地震引发的海啸造成了远比地震本身惨重得多的损失，30万人遇难。印度尼西亚总统苏西洛26日晚宣布当天上午苏门答腊附近海域发生的强烈地震为国难，并对在地震及其引发的海啸中死难者表示哀悼。图为印尼班达齐灾民在海滨大帐篷栖身。

来源 高中地理选修5

图53 《地震废墟中找到的家人照片》 (美国《时代》周刊评出的2005年度最佳照片之一，摄影：萨马德)。2005年10月8日巴基斯坦和印度交界处发生的里氏7.6级强烈地震已使 88000人死亡，人们在巴基斯坦地震废墟中找到的家人照片。作者：萨马德

图54 美国《时代》周刊评出了2005年度的最佳照片之一：《真主的怒火》。2005年10月8日巴基斯坦和印度交界处发生的里氏7.6级强烈地震已使 88000人死亡。巴基斯坦的巴拉科特在不到30秒的时间里就成为了一片废墟，镇子里几乎所有的建筑物都在地震中倒塌。8名男子在地震发生后在清真寺的废墟上进行晚祷告。作者：古特费德尔

图55 2005年12月27日《今日美国》报评出了2005年度最佳新闻图片，2005年10月8日发生的 南亚大地震 不仅使87000多人丧生，而且摧毁了巴基斯坦西北和巴控克什米尔350万人的住所。四百多万灾民急需援助，其中包括这名在地震重灾区巴拉科特无家可归的小女孩，她将面临喜马拉雅地区冬季的严寒天气。作者：Tomas Munita，AP。

图56 南亚地震中年轻的罹难者：10月14日，巴基斯坦城市巴拉考特郊区，一座学校分废墟下埋者一个孩子。（ (美国时代周刊评出05年度最佳照片之一，穆尼塔摄)

• 中国的大地震

以下重点介绍5个中国的地震。

1、1920宁夏海原：中国地震现场考察的开始

1920年12月16日，宁夏（当时属甘肃）海原发生8.5级特大地震，伤亡和损失极其严重。除直接死于房屋、窑洞倒塌者外，更有大量居民因缺少救济和医疗死于饥寒和瘟疫，约有20万人丧生。灾情惊动了全国上下。中外近百个地震台都记录到了这次能量巨大的地震。据当时的《中国民报》记裁了震后的悲惨场面：”清江驿以东，山崩土裂，村庄压没，数十里内，人烟断绝，鸡犬绝迹。”死亡在万人以上的有6个县。其中以震中海原县最严重，达7万人，占县总人数的-半以上。地震造成自甘肃景泰兴泉堡至宁夏固原县硝口长达215公里的巨大破裂带，至今仍清晰可辨。海原地震的滑坡数量多，规模大。滑坡堵塞河道，形成众多的串珠状堰塞湖。

当时的地质调查所所长翁文灏亲自带队前往现场调查，回来写出了”甘肃地震考”等论文。翁文灏所长认识到，地震现象不能只由地质学家通过宏观考察进行研究，还需要设立地震台进行观测，以便应用物理方法研究地震的本质。于是，他安排李善邦于1930年在北京西山的鹫峰建立了地震台，该台自1930年冬到1937年抗日战争爆发为止，共记录2472次地震。这是中国人自己建立的第一个地震台。

图58 1920年海原大地震后，李善邦等于1930年在北京西山的鹫峰建立了地震台，该台自1939年冬到1937年抗日战争爆发为止，共记录2472次地震。这是中国人自己建立的第一个地震台。图中李善邦站在”地质调查所鹫峰地震研究室”前。

图59 1951年李善邦先生主持研制的我国第一台地震仪

2、1966河北邢台地震：地震预报实践的开始

1966年3月8日凌晨，河北省邢台地区隆尧县发生6.8级强烈地震。紧接着3月22日，在稍北的邢台地区宁晋县再次发生7.2级强烈地震。两次地震共约八千余人丧生，四万余人受伤。这是建国后首次发生的在人口密集地区，人员伤亡和财产损失最为严重的一次地震。

这次地震灾情严重，除震区人口密集外，还有两个特别原因。第一个是地基。邢台地区位于河北省南部，以西是太行山及山前地带，东部为巨厚的沉积平原，古河道密布，黄土沉积层很厚，地下水很浅，是有名的涝洼盐碱地区。因而该地区地基土壤饱含水分，加重了地震对建筑物的破坏。第二个是房屋特点。当地农村多为土坯房屋，房顶巨厚，秋季可以在房顶上晒粮食，用石碾子脱粒，毫无一点抗震措施。这些因素的综合作用使邢台地震造成的损失极为严重。前后两次地震的震中烈度分别达到Ⅸ度和Ⅹ度。地震造成了京广线铁路中断，其影响波及北京、天津、河北、山西、山东等省市。

极震区地形地貌变化显著，出现大量地裂缝、滑坡、崩塌、错动、涌泉、水位变化、地面沉陷等现象，喷水冒沙现象普遍，最大的喷沙孔直径达2米。地下水普遍上升2米多，许多水井向外冒水。低洼的田地和干涸的池塘充满了地下冒出的水。淹没了农田和水利设施。地面裂缝纵横交错，延绵数十米，有的达数公里。

图60 1966年3月8日凌晨，河北省邢台地区隆尧县发生6.8级强烈地震。紧接着3月22日，在稍北的邢台地区宁晋县再次发生7.2级强烈地震。两次地震共约八千余人丧生，四万余人受伤。这是建国后首次发生的在人口密集地区，人员伤亡和财产损失最为严重的一次地震。

图61 邢台地震后，中国开始了地震预报的实践。在邢台地震后，建成了中国第一个遥测台网， 建立了中国地震局，建立了地震会商制度。图中记录的是地震队在邢台建立的第一个地震综合观测台站–红山地震台，科技人员正在用石头垒出”红山”两个大字。

中国地震工作者很早就对1920年的海原地震、1954年山丹地震进行过科学考察，对大地震前的地震活动和前兆现象进行过研究，但是真正意义上的中国地震预报科学实践却是从邢台地震开始的。

图62 邢台地震纪念碑，碑文如下:

一九六六年三月八日五时二十九分及二十二日十六时十九分，我区隆尧县白家寨、宁晋县东汪先后发生六点八级和七点二级强烈地震，震源深度十公里左右，震中烈度为九度强和十度，波及百余县、市，尤以隆尧、宁晋、巨鹿、新河为烈。震前，地光闪闪，地声隆隆。随后大地颠簸，地面骤裂，张合起伏，急剧抖动，喷黄沙、冒黑水。老幼惊呼，鸡犬奔突。瞬间，五百余万间房屋夷为墟土，八千零六十四名同胞殁于瓦砾，三万余人罹伤致残，农田工程、公路、桥梁悉遭损毁。灾情之重实属罕见，伤亡残状目不忍睹。

震后，周恩来总理冒余震之险三次亲临现场，体察灾情，面慰群众，提出”自力更生、奋发图强、发展生产、重建家园”之救灾方针。李先念副总理暨中央慰问团亦即赶来，抚民心，励自救。党中央、国务院之深切关怀，使灾区人民没齿难忘。

省、地、县党政领导亲临现场指挥抗震救灾，组织发展生产，帮助灾民重建家园。

一方有难，八方支援。两万四千名中国人民解放军指战员星夜奔来，舍生忘死，排险救人，十指淌血活民命于绝境，搭棚架屋，废寝忘食而助民以安居，诚谓德高齐天。来自京、津、沪、石等市七千医护人员，含辛茹苦，救死扶伤，实乃情深若海。全国各族人民莫不伸出友谊之手，纷纷投函致电，捐款赠物，运来灾区的衣食用品、生产物资，难以数计。

对此，灾区人民无不感激涕零，由衷呼出”天大地大不如党的恩情大，千好万好不如社会主义好！”并化悲痛为回天之力，重整山河、创业建功。废墟举处，当年即粮棉丰登，新房排排，新村片片。

在周总理的亲自指挥下，三十多个科研单位、五百五十余名科技人员先后赶到地震灾区，进行我国有始以来规模最大的地震现场考察实验。从此，前所未有的地震预报工作在我国广为开展，专群结合，多路探索，使我国地震队伍迅速发展壮大，地震研究工作居于世界领先地位，邢台大地震堪为我国地震史上之里程碑。

抚今追昔，倏已廿载。如今灾区已是人笑年丰，地换新颜。然地震之惨痛教训，亲人之所遭不幸，终不能忘怀，党予人民救命之恩情，群众抗震卓绝之精神，永刻骨铭心。值此地震廿周年之际，特立此碑，以追怀亡者，激励今人，垂教后人。”

3、1975年辽宁海城地震：第一次成功的地震预报

1975年2月4日19时36分，我国东北部地区海城市及附近地区发生的7.3级地震，波及9000平方公里，震区地动山摇，海城境内2734平方公里顷刻间房屋倒塌，受灾人口达800余万。这次地震发生在人口稠密、工业发达的地区，是工矿企业、交通、电力和水利设施以及民房等遭到了不同程度的破坏。震区房屋倒塌达90%以上，按通常估计死亡人数会有10万人，由于成功的地震预报，数百万受灾人口中仅殁1328人。

图63 海城地震成功预报30周年纪念碑

广为报道的1975 年中国海城7.3 级地震四阶段预报（长期、中期、短期和临震），曾令世界上许多人为之振奋。但因为当时的文件没有公布，而且预警发布详情也没有描述，海城地震的预报过程一直显得神秘。王克林和陈棋福等通过对已解密的文档资料的研究和与主要见证人的访谈，重现这一重要历史。他们的研究报告关于海城地震的预报情况是这样写的：”海城地震前有两次正式的中期预报，但未正式发布短期预报；地震当天，有一个县政府发布了具体的疏散令，而辽宁省地震工作者和政府官员的行动在实效上也构成了临震预报。上述行为拯救了成千上万的生命，但震区当时的建筑方式和傍晚发震的时间亦有助于减少地震的伤亡。灾区各地疏散工作极不均衡，由最低层的行政部门作出应急决策的情况较为常见。最重要的临震前兆是前震活动，但诸如地形变异常、地下水水位、颜色和化学成分的变化以及动物异常也起了一定的作用”。

4、1976河北唐山地震：20世纪死人最多的地震，预报受到挫折

1976年河北唐山发生7.8级地震，灾害极为严重。

图64 1976年唐山地震灾害系统示意图

来源 高中地理选修5

图65 唐山市中心的地震破坏情况

图66 唐山地震工厂的破坏

图67 唐山地震纪念碑。于1986年建成，碑名是前中共中央总书记胡耀邦题写的。纪念碑高76米，寓意1976年那个刻骨铭心的日子；纪念碑由四根棱柱组成，柱子的四个平面、八根平面交界线寓意四面八方，以纪念唐山地震后来自四面八方的支援。纪念碑碑文如下：

唐山乃冀东一工业重镇，不幸于一九七六年七月二十八日凌晨三时四十二分发生强烈地震。震中东经一百一十八度十一分，北纬三十九度三十八分，震级七点八级，震中烈度十一度，震源深度十一公里。是时，人正酣睡，万籁俱寂。突然，地光闪射，地声轰鸣，房倒屋塌，地裂山崩。数秒之内，百年城市建设夷为墟土，二十四万城乡居民殁于瓦砾，十六万多人顿成伤残，七千多家庭断门绝烟。此难使京津披创，全国震惊，盖有史以来为害最烈者。 然唐山不失为华夏之灵土，民众无愧于幽燕之英杰，随遭此灭顶之灾，终未渝回天之志。主震方止，余震仍频，幸存者即奋挣扎之力，移伤残之躯，匍匐互救，以沫相濡，谱成一章风雨同舟、生死与共、先人后己、公而忘私之共产主义壮曲悲歌。 地震之后，党中央、国务院急电全国火速救援。十余万解放军星夜驰奔，首抵市区，舍死忘生，排险救人，清墟建房，功高盖世。五万名医护人员及干部民工运送物资，解民倒悬，救死扶伤，恩重如山。四面八方捐物赠款，数十万吨物资运达灾区，唐山人民安然度过缺粮断水之绝境。与此同时，中央慰问团亲临视察，省市党政领导现场指挥，诸如外转伤员、清尸防疫、通水供电、发放救济等迅即展开，步步奏捷。震后十天，铁路通车；未及一月，学校相继开学，工厂先后复产，商店次第开业；冬前，百余万间简易住房起于废墟，所有灾民无一冻馁；灾后，疾病减少，瘟疫未萌，堪称救灾史上之奇迹。 自一九七九年，唐山重建全面展开。国家拨款五十多亿元，集设计施工队伍达十余万人，中央领导也多次亲临指导。经七年奋战，市区建成一千二百万平方米居民住宅，六百万平方米厂房及公用设施。震后新城，高楼林立，通衢如织，翠荫夹道，春光融融。广大农村也瓦舍清新，五谷丰登，山海辟利，百业俱兴。今日唐山，如劫后再生之凤凰，奋翅于冀东之沃野。 抚今追昔，倏忽十年。此间一砖一石一草一木都宣示着如斯真理：中国共产党英明伟大，社会主义制度无比优越，人民解放军忠贞可靠，自主命运之人民不可折服。爰立此碑，以告慰震亡亲人，旌表献身英烈，鼓舞当代人民，教育后世子孙。特制此文，镌以永志。

笔者（陈颙）是唐山地震后，最先进入唐山的地震工作者之一，并在唐山地震现场工作了一个多月–一场巨大自然灾害后最难忘却的一个月。作为一名当时在最基层工作的科研人员，我经历和看到了许多事情。

图68 历史永远记住这一天，唐山地震中24余万人遇难

地震后，我立即赶往唐山。从北京到唐山这一路给我的感觉是：地震的破坏就像扔了颗炸弹，破坏程度严重但破坏空间却非常局限。出发后100公里内，我没有看出沿途的农村房屋受多大程度的破坏，但是一进到距唐山20多公里的丰润地区，情况就出现了变化–路边的砖房开始开裂。由此可以看出，唐山地震虽然造成了巨大破坏，但破坏最严重的区域的半径也就在20公里左右。天津、北京市也遭到不同程度的破坏，但主要是对高层建筑，对老百姓民房的破坏还是很有限的。 从丰润再往唐山，情况就惨不忍睹了。整个唐山市变成了一片废墟。很多幸存者沿着马路呆呆地坐在废墟堆边，没有声音也没有眼泪–他们的眼泪早已哭干了。一座房子倒了会产生很大的灰尘；一座城市倒了，却不知道会扬起多高、多厚的灰尘？幸存者快变成黑人了，只有眼珠又大又白，满面的灰尘好像刚从土里钻出来。那是夏天的凌晨，很多百姓睡觉时都没有穿衣服，房屋倒塌后，无法从废墟中找寻自己的衣服，只好到附近的商店或别的地方抓来一件衣服。经常看得到这个街区的人们全都穿这种工作服，而另一个街区都穿那种工作服。唐山地委7名常委遇难，政府大楼也受到严重破坏。 如果我们把占一次地震灾害损失90%的时间和空间定义为造成地震灾害的时间和空间，全球20世纪的统计资料表明，100年内全世界所有地震造成灾害的时间不到1个小时，所有地震造成灾害的空间不到地球表面积的万分之一。因此，巨大的地震灾害发生在短暂的瞬间和非常局限的空间，这是地震灾害的显著特点，也是地震灾害有别于其它自然灾害的地方。

图69 唐山地震时滦河大桥破坏，天津至唐山的交通中断。

震后，唐山的交通堵塞十分严重，抢劫等不良现象时有发生。很快,针对这种非常的情况采取了许多非常措施后，情况发生了根本性变化。第一，严格的交通管制。没有通行证的汽车一律不许进入唐山市；市内凡是两车相对堵塞马路又不相让的，毫不客气地将它们翻到路边的废墟里，腾出道路来。第二，严格的治安管理。街上的人特别是出城的人，凡是手上戴两个手表的，或是骑自行车且车架上拉有箱子的，都被认为有抢劫的嫌疑,一律扣留. 这是在非常情况下必须采取的一些非常措施，任何重大灾害后都应这样做。如美国1906年4月18日旧金山大地震发生的当天，旧金山市市长发布市长令：”我授权联邦军队，各种警察可以开枪射杀进行抢劫或其他趁火打劫的任何人。 我已命令所有的煤气和电力公司停止供气和供电。 我下令宵禁，要求所有居民晚上呆在家中，不要外出。 我提醒全体居民注意火灾，特别留意那些破坏的烟筒和管道。 市长SCHMITZ。1906年4月18日。”

图70 美国1906年4月18日旧金山大地震发生的当天，旧金山市市长发布的市长令。

来源 http://www.sfmuseum.org/

图71 争分夺秒对于抢救伤员十分重要，交通堵塞极大地妨碍了伤员救治。

图72 唐山地震时的民兵纠察队，昼夜巡逻，保卫国家财产和维持社会治安。

5、1999 台湾集集地震–重创台湾经济

1999年9月21日凌晨1时47分12.6秒，台湾中部地区于南投县集集镇附近发生M_L 7.3级强烈地震（简称9.21集集地震）。震中位于日月潭西方12.5公里处，震源深度11公里。该地震破坏力相当大，在震中附近的南投县、台中县市造成极大的震害，甚至台北地区亦有不少震害发生。根据台湾气象局地震实时测报网收录资料报告，南投的最大地表加速度值（PGA）达989gal，相当于1G（一个重力加速度）。

图73 台湾集集地震的震中。各地的地震烈度分布为：6级：南投，台中；5级：宜兰，嘉义；4级：台北，高雄，台东。（注意，台湾使用的是7级烈度表，和MMI12级烈度表的大致对应关系为：6级－X ；5级－VIII；4级－VI-VII；3级－V-VI）

这次地震造成2400人死亡（含失踪）及11306人受伤，其中重伤4139人，受灾民众达约31万人，占台湾总人口1.4％，房屋毁损9.6万户，占台湾户数1.5％，地震损失估计超过200亿美元。台湾是个多地震的地区，但大多数地震都发生在海域，台湾经常受到这些海域地震的波及。这次则不同，集集地震发生在台湾岛上阿里山的中段，影响到台北等重要城市。这次地震损害之大，影响之广，是台湾一百年以来最大的地震灾害。 台湾”国立美术馆”珍贵藏品损失惨重，收藏架被震塌，毁坏的画作、陶瓷及雕塑品，价值难以评估。光是设备损失即达数千万元台币。台湾日月潭风景区也受损严重。台湾旅游管理部门除清理现场外，还重新规划重建日月潭。台湾岛内的火车全部停驶，台湾核一、核二厂自动调闸停电。台湾新竹科学园区在地震后全面停电，除造成生产线半成品报废外，高科技精密仪器也受到严重的损坏。 集集地震发生后，震级6.5级以上的强烈余震有4次之多，这是全世界相当罕见的例子。这是因为主震的能量被阻挡在中央山脉和雪山山脉之间，也因此造成4次大余震都集中在这里，这样特殊的地质现象也是全世界仅有的纪录。 集集地震主要是由车笼埔及大茅埔─双冬两条活动断层同时再次活动所引发。虽然活动断层的调查或研究，在台湾一向倍受重视，但万万没想到，这些断层真的会动起来。过去，很难将地震活动与断层连结起来，现在认识到，活动断层与地震确实有关。

图74 1999年9月21日，台湾M_L 7.3级地震，2400人死亡。这次地震造成的损失也创下了台湾地区地震损失的新纪录。新竹科技工业园生产半导体芯片的能力受到地震的严重破坏，影响到全世界笔记本电脑生产下降1/3达半年之久。

来源 NGDC/NOAA

图75 台湾M_L 7.3级地震造成的丰原市附近的大坝破坏倒塌。

来源 NGDC/NOAA

• 中国不是世界上地震最多的国家

根据国际地震中心（ISC）提供的地震目录，对1964年－1998年间，中、日、伊朗、土耳其、新西兰、台湾、希腊等国家和地区6级以上地震发生情况进行不完全统计，全世界发生地震的最多的国家，前三名分别是印度尼西亚、美国和日本，中国大陆最多排第五。包括台湾地区在内，全中国的地震活动在全球也不是最多的。

表4 1964年1月1日－1998年12月31日6级以上地震统计表

图76 各国和地区6级以上地震次数对比

• 中国是地震灾害最严重的国家

20世纪以来，全球因地震死亡人数是160万，而中国约60万。历史记载全球死亡超20万人的地震有6次，其中中国有4次（中国地震局局长陈建民2006年7月26日对新华社记者的讲话）。 如果从更长一点的时间来看，从历史上来看，中国的地震灾害更为严重。例如，人类历史上死人最多的地震就发生在中国，这是1556陕西华县地震。

图77 明史记载：1556年陕西地震导致83万人死亡。

1556年（明·嘉靖）12月23日，关中大地震，震中在陕西华县、渭南、华阴一带。河北、安徽、湖南等地都波及影响，面积达90万平方公里，其中有28万平方公里属于破坏区。由于这次地震发生在午夜12时，正当人们熟睡之时，死伤惨重。当时的记载说：”官吏军民压死八十三万有奇”。 为什么中国不是世界上地震最多的国家，但是地震灾害最严重的国家呢？我们可以从三个方面分析其原因。 首先，全球地震大多数发生在海洋，对人类造成灾害的主要是发生在大陆的那些地震，中国的陆地面积仅为全球的1／14，但中国的大陆地震占全球大陆地地震的1/3至1/4。20世纪地球科学板块理论的建立，使得人们对于海洋有了比大陆更多的了解。目前，科学家对大陆地震的认识远远比不上对海洋地震的了解。但是，光有这一点还不够。为什么同样的大陆地震发生在美国和日本，灾害比中国要小得多呢？ 2003年，三次地震分别发生在日本、美国和伊朗。地震造成的死亡人数差别极大。

表5 2003年发生在三个国家的地震造成伤亡人数的比较

死亡人数差别极大的原因是这三个国家建筑物质量的不同。高质量建筑能化解地震灾害。一般来说，发达国家得建筑质量要比发展中得国家好许多。 第三个原因是，在许多发展中国家，灾害意识差，依赖思想强。 上述三个原因中，第一个是自然方面的原因。唐山地震后，一位文学家写道：”一座拥有百年历史的城市，只因地球瞬间颤动，就被夷为平地。骨肉之躯的创造者，钢筋混凝土的建筑群，在自然灾害面前显得那样不堪一击。人类只有这个时候，才真正感到自己力量的弱小”。目前。人们还无法阻止地震大发生，人类必须做好”与灾共存”的准备，但认识、了解地球，趋利避灾，科学发展，构建和谐，是人类面临的机遇和挑战。 上述三个原因中，后两个原因是人类自身方面的原因，我们完全可以做的更好，最大限度地减轻地震灾害。

• 高质量建筑能化解地震灾害

地震时人员伤亡主要是由建筑物倒塌造成地，因此，高质量的建筑能够有效地减少人员伤亡。 何谓高质量的建筑呢？首先，要对各地可能发生地震的危险程度进行估计，并根据这种地震危险性区划，确定建筑物的设防标准。如，根据地震危险性区划，北京未来50年的受到烈度VIII度以上破坏的概率是10%，于是，北京的地震基本烈度为VIII度。在一个地震很少发生的地方，盖非常抗震的建筑物，势必浪费大量的财力物力，是不必要的；反之，在一个地震经常发生的地方，盖一个不考虑抗震的建筑，一旦地震来了，势必有大量的人员伤亡，这种做法是极其不负责任的。按地震设防标准建造的建筑物，是高标准建筑物的第一层含义。

图78 中国地震动加速度区划图(1999)

其次，设防标准一旦确定，如何通过设计和施工，保证建筑物能达到这种标准呢？必须要按照建筑设计规范的要求，进行设计和施工。建筑规范凝聚了现代建筑科技的最新成果，是保证房屋等建筑物安全的重要保证。2001年国家颁布的”建筑抗震设计规范GB50011－2001″的重要思想，就是保证”小震不坏，中震可修，大震不倒”。以北京为例，按照抗震规范建造的房屋，在地震烈度VII时，不坏；在地震烈度VIII度时，出现的轻微破坏，可以进行修复；IX时，建筑物可能破坏严重，但不倒塌，有效地保护了人民生命安全。不仅如此，2001规范在我国引入了隔震、消能的规定，允许在有特殊使用要求和高烈度（VIII，IX）地区地多层砌体、混凝土框架和抗震墙房屋中使用。

图79 减震技术在建筑工程上的应用可以有效减轻地震灾害以做到”小震不坏，中震可修，大震不倒”

满足以上两个要求，就可以称为是高质量的建筑了。遗憾的是，中国由于经济实力有限等多方面的原因，很长的一个时期，国家没有地震区划图，也没有正式发布的抗震建筑规范。在这种情况下，地震造成巨大的人员伤亡和经济损失，也就不足为怪了。 这种情况在唐山大地震后，有了改变。1990年颁布了全国地震区划图（2003年新版区划图又颁布了），2001年，”建筑抗震设计规范GB50011－2001″也颁布了。但是，对于一个幅员广大、人口众多的国家，在建造高质量建筑物方面，欠债实在是太多了。当前，人口多，城市的高风险，建筑差，农村的不设防，这些情况还会持续相当一段时间。因此，尽管高质量建筑能化解地震灾害，是减轻地震灾害的根本性的工程措施，但是，为了最大限度地减轻今天的地震灾害，还需要许多有效的非工程措施。

• 预防为主，减灾非工程措施的建设

《中华人民共和国防震减灾法》已由中华人民共和国第八届人民代表大会常务委员会第二十九次会议于1997年12月29日通过，并从1999年3月1日起施行。该法是中国历史上第一部减轻地震灾害的法律，全面阐述了预防为主的减灾方针，减灾非工程措施的建设的内容，规定了各级政府、人民团体、科研机构和全体公民在减轻地震灾害的任务、责任和义务。

图80 《中华人民共和国防震减灾法》从1999年3月1日起施行。

图81 《中华人民共和国防震减灾法》第二章：地震监测预报。1975年辽宁海城地震的成功预报拯救了成千上万的生命。《中华人民共和国防震减灾法》规定：”国家对地震预报实行统一发布制度。地震短临预报和临震预报，由省、自治区、省辖市人民政府按照国务院规定的程序发布。任何单位或者从事地震工作的专业人员关于短期地震yuce或者临震预测的意见，应该报国务院地震行政主管部门或者县级以上地方人民政府负责管理地震工作的部门或者机构按照前款规定处理，不得擅自向社会扩散”。

图82 有些媒体为了追求新闻效应，有时登一些与地震yuce的道听途说的不可靠的消息，如有一年，《香港时报》刊登了八月下旬闽南将有八级强震的消息，在社会上引起了极大的不安。事实上，这样的消息是没有科学根据的，是破坏社会稳定的。这种做法违反了《中华人民共和国防震减灾法》中有关地震监测预报的法律规定。

图83《中华人民共和国防震减灾法》第三章：地震灾害预防。《中华人民共和国防震减灾法》规定：”新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求。图为日本公寓楼在1964年的新瀉地震中因为地基不好而发生砂土液化导致大面积倾斜。

来源 NGDC

图84 《中华人民共和国防震减灾法》规定：各级人民政府应当组织有关部门开展防震减灾知识的宣传教育，增强公民的防震减灾意识，提高公民在地震灾害中自互救的能力。”唐山地震救灾的实例证明了这一规定是非常重要的。社区在救灾中发挥了重要的作用，唐山地震被压在废墟下的人员，多数是家庭成员和邻居救出来的”（唐山市政协文史资料委员会编，唐山大地震百人亲历记，社会科学文献出版社，1995）。

唐山地震后我很快到达了灾区，并在地震灾区工作了几个月。我亲眼看到，尽管农村倒塌的房屋很多，但奇怪的是死亡人数比例却不高。原因是”一个村庄就是一个小的社区，社区里有村委会组织，街坊邻居也彼此熟悉，大家自救和互救意识强，能够互相救援。又由于村落内多是平房，若有人被埋到废墟里，只需拿根木棍合力一撬，就可把人救出来撤离危险区，因此，社区的自救能力很强。 《中华人民共和国防震减灾法》中规定的增强公民的防震减灾意识，提高公民在地震灾害中自互救的能力的规定，十分重要。

图85 据后来统计，驻唐部队万多人，仅占唐山救灾总兵力的20%，然而，他们抢救出被埋压的居民15893，占救灾部队抢扒出的总人数96%。这从另一个侧面说明，当地的力量，一旦组织起来，就会成为救灾的主要力量，即使对于特大型灾害也是如此（唐山市政协文史资料委员会编，唐山大地震百人亲历记，社会科学文献出版社，1995）。

图86 《中华人民共和国防震减灾法》吸取了国内外抗震救灾的经验，规定了严重破坏性地震后，各级政府可以实行紧急应急措施。图中所示是在1999年土尔其地震后，为了安置灾民，维护社会秩序，在军队的帮助下，临时安置灾民的救灾村。

来源：Munich Re（慕尼黑再保险公司）的Topics宣传小册子（2000）

本章的最后，谈谈作为一个个人，在地震中应该注意什么。 1556年华县大地震后一个叫秦可大的文人在《地震记》中总结的躲避地震灾害的经验是：”卒然闻变，不可疾出，伏而待定，纵有覆巢，可冀完卵”。这是说：当面临一次大地震时，人们往往来不及躲，最好就近寻个安全角落（如柜或土炕的一侧），伏在地上，注意保护头部和脊柱，等待震动过去再迅速撤离到安全地方。简单说，就是伏而待定。这种经验，从今天的角度来看，也是有参考意义的。

市民地震应急

地震灾害的伤亡主要由建筑物造成，因此，地震发生时应反应迅速，及时采取保护自己的措施。

应急要点

住在平房的居民遇到地震时，如室外空旷，应迅速头顶保护物跑到屋外，来不及跑时可躲在桌下、床下及坚固的家具旁。 住在楼房的居民，应选择厨房、卫生间等开间小的空间避难，也可以躲在内墙根、墙角、坚固的家具等易于形成三角空间的地方；要远离外墙、门窗和阳台，不要使用电梯，更不能跳楼。 尽快关闭电源、火源。 正在室内活动时（上课、工作、游乐等），应迅速抱头，闭眼，在讲台、课桌、工作台和办公桌家具下边等地方躲避。 正在室外活动时，应注意保护头部，迅速跑到空旷场地蹲下，尽量避开高大建筑物、立交桥，远离高压电线及化学、煤气等工厂或设施。 正在野外活动时，应尽量避开山脚、陡崖，以防滚石和滑波，如遇山崩，要向远离滚石前进方向的两侧方向跑。 驾车行驶时，应迅速躲开立交桥、陡崖、电线杆等，并尽快选择空旷处立即停车。 身体遇到地震伤害时，设法清除压在身上的物体，尽可能用湿毛巾等捂住口鼻防尘防烟，用石块或铁器等敲击物体与外界联系，不要大声呼救，注意保持体力；设法用砖石等支撑上方不稳定的重物，保护自己的生存空间。 （引自北京市突发公共安全事件应急委员会办公室编《首都市民防灾应急手册》，北京出版社，2006年， 42－43页）

地震时，每个人处的环境不同，因此，究竟采取什么措施，也是因人因地而不同的。最重要的，是保持冷静，努力保存自己，自己保住了，才有能力去救别人。 在包括中国在内的许多东方国家，灾害意识差，依赖思想强是个带有普遍性的问题。所以，作为整个社会，提倡灾害意识，发展灾害文化是十分重要的事情。

来源：陈颙, 史培军. 自然灾害[M]. 北京：北京师范大学出版社, 2007。

声明：版权归作者本人和北京师范大学出版社所有。转载请一定保留来源。

我记得刚看完《中国国家地理》评选的新天府-四川的时候，我发现有些人把过多的赞美之词给了四川，四川是富饶悠闲的，但是每年的自然灾害损失也不小，特别是滑坡泥石流灾害。四川地震到底多不多，我以前没有关注过，但是，这个地震将永远载入地震学的史册，又将是一次让世人铭记的天灾。

2008年5月12日，四川发生7.8级（USGS测出矩震级7.9）强烈地震（图 1），震中位置大概位于成都北西侧80km左右的汶川县（图2），震源深度非常浅（USGS测出16km，震源深度的误差通常比震中的定位误差大的多）。靠近人口密集区的浅源大地震将会造成巨大的灾难。对比唐山地震，震中位于城市中心，震源深度10几公里，100万居民死亡24万。汶川人口有10万 (?），可能死亡多少人可以略微对比计算。

图1 震中位置分布图

图2 震中位置及周边地区地形图

Mw7.9地震（or 7.8 or以后更新的震级 ）过后，地球内部积蓄已久的能量还没有释放完，又沿着断层破裂面发生近30次5级以上地震（也就一天时间左右）。5级地震相当于1万吨TNT炸药释放的能量，和投放到日本广岛的原子弹能量相当。

从图2看，地震发生的地方是平原和高山交汇处，山体呈北东走向，而余震的排列顺序就沿着这个走向（图3），说明这极有可能是一次和构造相关的构造地震，是因为断层活动引起的地震。

地震更多的时候并不是一个个小区域的点分布，而是一条条线。比如2001年8.1级昆仑山地震，破裂带长440km。中国科技大学的倪四道曾计算了2004年苏门答腊地震的地震破裂过程，发现地震破裂就像撕布一样，沿着破裂面撕得越来越快，一直破裂到1200km远处，比北京到南京的距离还要长一点，平均破裂速度2.5km/s，也就是说破裂时间持续了500s，文章在Nature上发表。

图3 5级以上的余震分布，呈很好的线性分布

图4 震区烈度和受影响人口分布（颜色越深，人口密度越大）。震中的人口密度幸好不是很高

图4 震区烈度和受影响人口分布（上图颜色越深，人口密度越大；下图颜色越深，烈度越高）。震中位置在山区，人口密度不如平原区高

震级只有一个，反映的是地震波能量释放的多少。烈度有多种尺度，反映的是破坏性的强弱，不同的地区烈度有很大不同，距离震中越近的通常烈度越大。地震释放能量虽然很大，可是真正破坏的区域范围并不是很广，就像唐山地震，距离唐山震中100km外的地方，房屋倒塌情况就远远降低了。这有些像扔炸弹，炸就炸那么一片。当然，这不同于地震引起的大海啸。

这次地震震中烈度达到了X，和唐山地震震中烈度相同。同样从图4可以看到，距离震中约80km的程度，烈度为VI，已经大幅度降低。超过100km的地方，烈度基本上为V。下面是烈度说明：

Ⅵ－Ⅶ度：房屋破坏，地面裂缝；

Ⅷ－Ⅹ度：房倒屋塌，地面破坏严重；

Ⅺ－Ⅻ度：毁灭性的破坏。

震中地表加速度PGA=0.63G，约630gal，根据以前炸药爆破经验，通常我们对几十个gal就有较强的震感，630gal可以将整个人抛起来。据说北京都有震感。

通常天然地震的能量很大，地震波可以绕地球传播好几圈，甚至影响到地球的自转周期。地震波是研究地球内部的最得力的工具，是照亮地球内部的一盏明灯。昨天到IRIS上下载四川地震的全球台网数据，发现大多数是中国的研究者在下载，看得出大家都很关心这次地震。

下面是我根据数据制作的一张地震波的不同震相走时图。地震波一直传播到18000km远（图 5），而通常一吨炸药爆破，地震波只能传播300公里左右，真是小巫见大巫。18000km差不多就是地震波绕地球一圈的最远距离了，其中的R表示面波，在地球的表面或分层界面传播，它的速度很慢，但振幅很大。传播时间大约是4000s，也就是1个小时左右，这个地震波才到达地球的对面-南美洲，但是这个时候的地震波的能量还是很强大。（地震波要1个小时才传到北美。这个地震波表示面波，上面标的R的速度慢的波，其他速度快的波早就到了，图上不是有PKP 吗？何况现在全世界到处都是地震台，一收到信号就通过光缆或无线传过来了，还用的着地震波传到本国？）因此可以肯定全世界各地的地震台都可以记录到这次地震，不可能测不出震级和震中位置。图6是地震波的传播路径图，其中最远处的160度约为18000km（1度=111.2km)。

图5 四川地震地震波不同震相的走时图

图6 四川地震地震波的传播路径图

图7 四川及其周边地区自1970年以来5.5级以上地震的震中分布图，图上共94个（中国地震台网(CSN)统计）。从图上看出地震分布很不均，因为活动的断层存在，有些地方在很有限的区域内大地震发生过很多次。而左边地震多，右边是地震空白区，是数据问题还是分布不均？（感谢viv的提醒，大家可以到地震数据台网的网站：http://www.csndmc.ac.cn/newweb/plot.htm 去画震中分布图，看看小地震是不是也有这样的分布规律，如果是，是一个说明地震分布很不均的好例子）。

图8 每次发生大地震，BBC的记者就会采访专家，我发现这个家伙就是专门被采访的地震专家（参考2008年2月27日的英国地震）

题外话1：如果三峡周边发生大地震，结果会怎样？无法想象。

题外话2：为什么中国的地震监测信息部门不能及时发布更多的详细的地震信息？并不是测震出现问题，我认为是信息整合技术不够先进，无法把最新的研究资料在第一时间公布出去。同时，对公众的科普还需加强。

地震科学之路，漫漫而远兮。

向地震遇难者表示诚挚的哀悼！自然灾害就在我们身边～有时候离我们很近很近。多一些灾害的知识太重要了，请关心身边的自然灾害。

末了，说明一下，地震学我还刚入门，若有错误，请指正，谢谢。还有很多研究可以做，等资料补全了再写。

PS：地震数据可以到IRIS上下载，有ascii码的，也有sac等专业格式的。网址：http://www.iris.edu/

本文已被网易探索栏目转载。

一、什么是冻雨，有什么危害

冻雨是指过冷却水落在地面或暴露物体时，迅速凝结为冰的天气现象。冻雨与冷暖气流的相遇有关，它的形成通常需要两个条件：

(1) 水汽充足。美国的东北部和加拿大中东部地区是世界著名的冻雨灾害区，靠近它们的五大湖区正是暖湿气流的来源。

(2) 地面温度低于0 ℃，高空则有逆温层。下冷上热的气温条件使雪落到地面之前融化为水滴，而地面低温使水滴落地时又能迅速凝结成冰。

冻雨可以在物体表面形成一层透明的冰覆盖层，这种冰覆盖层被称作”雨凇”，又称”冰挂”。

图1 两冷包夹一暖的”三明治”气层是冻雨的理想”温床”。冻雨开始时以雪的形式落下，在下降过程中遇到暖气流层而完全融化为雨滴，随后在更低的高度上又遇到温度低于零摄氏度的冷气流层，此时雨滴不再凝结，而是形成过冷雨滴。过冷雨滴一旦遇到低于0 ℃的任何物体就会立刻凝结，形成细长条状的冰挂。图片来源:University of Illinois，wiki来源。

冻雨会使路面覆冰，铁路、公路、航空等交通运输因此陷入停顿；冻雨落在屋顶以及各种裸露的户外公共设施上，公共设施因为承载过重而倒塌。特别值得一提的是冻雨严重威胁着电网设施，当冻雨附在输电铁塔和输电线路上结冰时，电线因负载超过设计标准而拉断；中国电力顾问公司总工程师吴云说，像双回线这样的( 铁塔) 的重量大概是6 吨，但是结了冰以后，重量大概达到50 吨，是原来的6 倍（数据来源于CCTV）。另外，附在电线上的冰面使得电线在风力作用下”迎风舞动”，很容易拉倒铁塔进而造成供电中断，一旦供电不畅，就会引发一系列连锁反应，如果发生事故的电塔在山区，维修起来及其不便。2008 年1 月中国南部和中部遭受严重的气象灾害，其中一大部分损失由冻雨造成。

图2 这是贵州某地区的冻雨图，冻雨在贵州并不少见，但持续时间没有今年这么长。冻雨附在电塔上凝结成冰后，时间一长就可能压垮电塔，特别在南方地区，设计标准没有考虑到极端的天气情况。当前清理这些附冰最有效的办法是人爬上去敲掉冰挂，这类工作具有危险性，湖南有三个烈士为此殉职。（图片来源：网易）

图3-4 冻雨通常一遇到固体表面就立刻结冰，电线也不例外。电线上的附冰使电线载荷加重拉倒电线杆；此外，进入融冰期后，因为电线融冰速度不同（比如向阳一侧的冰先融化），也会造成电线杆张力不平衡，而使之倒塌。（图片来源：网易）

二、2008年中国的冻雨灾害及其原因

2008年1月10日，中国南部和中部19个省普降大暴雨和大暴雪，持续时间长达20多天，低温、雨雪和冰冻的共同交织，造成了中国50年以来最严重的冰雪冻雨灾害。

由于正逢春运期间，大量旅客滞留在站场港埠，社会秩序一度混乱。另外，由于电力受损、煤炭运输受阻（煤炭占电力发电的主导地位），不少地区用电中断，电信、通讯、供水、取暖均受到不同程度影响，某些重灾区甚至面临断粮危险。

民政部副部长李立国在2月23日提供了一些数据，在这次低温雨雪冰冻灾害中，农作物受灾面积1.78亿亩；倒塌房屋48.5万间；因灾直接经济损失1516.5亿元，在这次低温雨雪冰冻灾害中，已造成129人死亡，4人失踪，紧急转移安置166万人。其中，湖南、湖北、贵州、广西、江西、安徽6省受灾最为严重。（解读这些数字看这篇）

此次冰雪灾害具有范围广、强度大、持续时间长、灾害重等特点，形成此次灾害的主要原因如下：

1、冷空气频繁南下，并长期滞留在长江以南。2008年１月来，中高纬度欧亚地区的大气环流呈现西高东低分布，这种环流异常的持续时间长达19天，是正常时间的3倍以上，是中国1951年以来该环流类型持续最长的一次，有利于冷空气频繁地从西北方向沿河西走廊连续不断入侵中国，并造成4次较大范围的低温雨雪冰冻天气。

图5 这是2008年1月29日美国航空航天局（NASA）利用MODIS卫星获得的中国部分地区的降雪分布图，其中橘红色代表有雪地区，而白色则代表云层。从图上可以看出中国很多地区例如湖北，湖南，贵州，广东等有雪，而河北、山东、辽宁少雪。（图片来源：Jesse Allen, Earth Observatory/NASA）

图6 2008年1月15日至2月13日期间，中国绝大部分地区包括长江以南很多省受冷空气影响，最低温度低于0℃，低温为冻雨的形成提供了条件，使雨水落地时能迅速凝结成冰。(图片来源：中国气象局网站)

2、孟加拉湾暖气流异常强大。青藏高原南缘的南支低压槽活跃，是近十多年来少有的，使得西南方向孟加拉湾暖湿空气沿云贵高原不断向中国输送，在对流层中低层形成稳定的逆温层，当北上暖气流和南下的冷空气相遇后对峙，互不相让，因为势均力敌，最终上演了多达20多天的”角力”，导致中国南部中部普降雨雪，形成大范围的冻雨，贵州，湖南等省因为靠近”角力战场”，冻雨灾害由为严重。

图7 2008年1月16日-2月14日，中国长江以南地区降雨量丰富的地区也是此次冻雨冻雪受灾严重地区，这些暖湿气流主要来自孟加拉湾。。(图片来源：中国气象局网站)

3，可能受拉尼娜的影响。小女孩拉尼娜给世界留下了深刻的印象，虽然她最直接的影响区域是热带，但表面积占地球71%的海洋是巨大”储热罐”，她的温度变化和能量释放会影响到全球大气循环和天气变化，而绝大多数的天气和气候事件是海洋和大气耦合的结果。拉尼娜从2007年7-8月生成后开始影响我国，据专家预测，其影响将持续到2008年夏季。

图8 2007年11月海水表面温度和往年同期平均温度（1985-1997年）的比较图。蓝色表示温度比往年平均温度低，红色表示温度比往年平均温度高。从图上可以看出太平洋赤道地区的中部和东部地区海水温度比往年更冷，而西部的海水温度更高，这就是拉尼娜（La Nina，西班牙语”小女孩”的意思）的特征，遗憾的是科学家现在还无法准确的知道拉尼娜产生的原因。（图片来源：NASA）

图9 拉尼娜是太平洋赤道地区东信风增强的结果，信风将更多温暖的海水”吹”到太平洋西部，它使美国西南部和南美洲西岸变得异常干燥，而澳洲、印尼、马来西亚和菲律宾等东南亚地区有异常多的降雨。但是拉尼娜可以影响到全球的天气和气候条件，中国2008年1月份的冻雪冻雨天气可能和拉尼娜有关，1月份发生在 南部非洲的洪灾和1月份美国南部的龙卷风也可能和拉尼娜有关。(图片来源：NOAA)

4，过年返乡潮。就像英国人每到夏季会拥到爱丁堡观看艺术节一样，中国人宁愿在车站禁受严寒，等候数天也要赶在春节前回家团聚，这是根深蒂固、难以改变的风俗习惯。冷冻伤害倘若发生在平时，损失会减轻很多，但恰好遇到了”世界上规模最大的人类迁徙”，使灾害对人的影响”雪上加霜”。由此可以看出，自然灾害必须要考虑人文因素。

5，科学预报不足。中国气象局局长说，当前技术水平难以对一周以后的天气作出肯定的预报，对此次连续发生的四场低温雨雪冰冻天气过程，没有事先料到，对后面可能出现的灾害缺乏足够的估计。

三、冻雨灾害带给我们的思考

灾害虽然暂时平息，但灾害带给我们的启示值得继续深思和总结：

（1）一个灾害发生，往往会影响到社会系统的方方面面，电力、水供应、通讯、交通、农业和金融市场等等都将受到冲击。

（2）我们在发展经济的同时，加强对自然灾害的科学认识和建立灾害应急措施刻不容缓，在一个环境变化的世界里，减少损失和促进发展同样重要，减少损失更是增加GDP。

（3）气候变化导致的极端天气事件正变得越来越常见，中国的这场灾害也突显出全球对加强和防范新类型自然灾害的必要性。

如果有兴趣，更多阅读列在下面：

中国的雪灾和评价一篇文章

我们又遭遇百年一遇的自然灾害

解读中国雪灾损失数字

厄尔尼诺，这个小男孩真不简单(连载1) (连载2)

天然地震的三要素包括地震发生的时间、地点和大小，也就是我们经常when where how。英国地质调查局（BGS）给出了这次地震一些参数：

发震时间 : 2008年2月27日 00:56 47.8s UTC（世界标准时）

地点 : 北纬53.404 ° ，东经0.331 °

震源深度 : 18.6 km

震级: 5.2 ML （里氏震级）

发生位置 : Market, Rasen, Lincolnshire （英国南部）

烈度: 6 EMS （EMS是European Macroseismic Scale的简写，也就是欧洲地震烈度表，一个地震发生了，震级有不同的类型，报纸上经常报道的是里氏震级，科学研究更多的用面波震级和矩震级；烈度在各个国家也有差别，比如中国和台湾，日本所用的烈度表不同）

主震后发生了2次余震，余震震级比较小，它们的参数分别为：

图1 红色大星星是主震，两个小星星是余震。这次两个小星星靠的很近，可能地震波都很相似。

图2 震中烈度图。根据欧洲地震烈度表。

5级烈度表示有强烈有感，介绍很有意思：室内的人绝大多数能感觉到，室外的人可能不容易感觉到，很多睡觉的人会被惊醒，并有部分人会逃到户外避难，房子摇晃，悬挂物晃动很厉害，瓷器（这里用China表示瓷器）和眼镜作响，门和窗户开关不停。

4级烈度表示部分人会被惊醒（注意这里是部分人），晃动不是那么可怕，窗户门或盘子作响。

3级烈度基本是就很少有人难感觉到了，人可能晃一晃而已。

2级烈度就是只有那些敏感的人，可能正在屋顶的人能感觉到了。当时我所在的地方是2级，当时我正在睡觉，我没有感觉，说明不是很敏感啊。

图3 地震波在不同的距离的地震图。距离最近的地震台为90km，振幅约1mm。90km也就图2英国大陆最窄的东西横向距离，因此，我们可以知道人对1mm的震动(图上约3-4级烈度)，还能有感。这一点我还先前还没有意识到。（以上图片来源：BGS）

2005年1月，时速超过100公里的狂风使瑞士日内瓦湖的湖水冲出堤坝，因为外界气温低达-10℃左右，这些湖水一旦碰到固体表面便开始凝结，湖边的汽车和树因此被冻冰”全副武装”了起来。（图片来源：PBase.com LLC）

民政部副部长李立国在2008年2月23日提供了中国中部南部1月份低温雨雪冰冻灾害的损失情况：农作物受灾面积1.78亿亩；倒塌房屋48.5万间；因灾直接经济损失1516.5亿元，已造成129人死亡，4人失踪，紧急转移安置166万人。

数字太大超出了我们的日常认识，不容易读懂，试问多少人有亩的概念呢？因此，我就负责把这几个数字翻译一下，做一下对比，留一个印象。

1亩约等于667平方米，故农作物受灾面积为11.8万平方公里，而浙江省面积约10.2万，这么一比就有数了，农作物影响面积相当于一个浙江省。

唐山地震倒塌了多少房间？约530万间（来源），这样我们就知道雪灾倒房子的机率要远比地震小，因为雪灾受灾面积要比地震受灾面积大的多。在城市，高楼大厦不可能被冰雪压倒，最有可能是山区，杜甫又要发”安得广厦千万间”的感慨了。（我这里奇怪的是损失为什么要论房间的间，而不是几层，几幢？间是不是更准确些？因为可以和人口对应）

损失1516.5亿元，相当于每个中国人要多纳税110多元，多吗？咱们比较一下中国GDP，2007年中国GDP总量约24万亿，按照13亿中国人口计算的话，每人一年分到1.8万，每个月1500元。从此看，110多元的税好像不多，只占GDP的0.6%左右，但这是直接经济损失，间接的损失例如生产交通停顿等社会链条损失，那就很难定量化了，间接损失通常不比直接损失小，以1995年日本阪神地震为例，

阪神地震使大阪和神户的金融、信息和物流中心的功能受到严重影响，这方面的经济损失属于软损失，高达500亿美元，而这次地震造成建筑物和设施破坏等工程损失只有480多亿美元。这是地震灾害史上，地震灾害的软损失（商业中断，金融、信息和物流中心的功能受到影响）第一次超过硬损失（工程损失），而且随着经济的发展，这种损失会加大，因为社会各系统依赖程度提高了。

因此估计所有经济损失会影响到中国GDP的1%以上。

129人死亡，不多说了，不知道死亡原因，无法分析。

166万人被紧急安置，相当于一个中等城市人口，不知道这是不是和倒塌50万间房屋有关。如果一个人占1-2间房，那么还有100多万人，主要是出于什么原因紧急安置呢？雪灾隐患区？例如融雪后可能发生滑坡泥石流的地区？否则，一般人不到生命安全受到威胁，不会搬迁。

图 这是TRMM卫星根据空气中的水汽得到的龙卷风三维图，最高处为13km多（一般的高云为6km左右）。这里暖气来自墨西哥湾，拉尼娜可能起了”推波助澜”的作用。©NASA

TRMM全称是Tropical Rainfall Measuring Mission satellite ，热带测雨任务卫星。 美国的卫星通常都是带着一定的使命（Mission）上天的。

全球下雨最多的地方主要分布在热带和亚热带，在TRMM卫星发射之前，我们不能准确地知道一个地方到底下了多少雨。有人可能会说，不是有气象卫星吗？

是的。虽然有些气象卫星可以拍摄气象云图，但是有云的地方不一样下雨，即使下雨，也并非所有雨都能够顺利地降落到地面，可能在半空中就挥发了，而且，这些气象卫星通常不能穿透云层。（?）（注：这些气象卫星搭载的传感器可能是可见光（和人眼看到的差不多）和红外遥感（适合用来测量温度），他们波长短，不容易穿透云层，都对云层”望而生畏”。）

因此，科学家希望能有一颗能够穿透云层，测量一个地方降雨量的卫星。于是就有了这颗TRMM卫星，原理是通过测量地球或大气的微波辐射能量（任何物体都会发射电磁波辐射能量，因此有颜色有温度，但微波波长长，可穿透云层，具体细节我还不清楚）。如果知道了降雨量，就可以用来预测风，洋流，洪水或干旱。

发射时间：1997年11月27日，在日本发射

轨道：和赤道35度角，距海平面350km

周期：91分钟一圈。24小时可以转16圈，尽可能地覆盖热带地区。

上图是NASA的TRMM卫星所获取的美国南部龙卷风（兼暴雨）所经地区的降雨量密度分布图，从图上我们可以知道某一个地区某一小时的降雨量。

几天前我在文章2008年2月美国南部遭遇龙卷风图片中提到过这次龙卷风灾难，TRMM卫星的另一个例子是热带气旋Gula，卫星极大的扩展了人类的”视觉”。

TRMM卫星的主页在这里，更多TRMM介绍在WIKI。

当地震海啸的伤口逐渐平息之后，大气又开始变得躁动不安！美国南部当地时间2008年2月5日夜间至6日遭遇到龙卷风，50多起龙卷风出现在7个州。

美国南部的飓风、龙卷风向来很多，可能和墨西哥湾的高温有关，洋流给这一带带来了温暖的海水，同时也带来了灾难，此外全球变暖也”功不可没”。

田纳西州受灾最重，那里已发现30人死于风灾，超过150人受伤。同时，阿肯色州、肯塔基州和亚拉巴马州分别有13人、7人和4人死亡。密西西比州多人受伤。

媒体说这次龙卷风灾非常罕见，是历史上发生于2月的最严重的风暴灾害之一，是1950年以来美国死亡人数最多的15起风灾之一。

©以上图片来源：TIME ©以下图片来源：普通高中课程标准实验教科书 地理·选修

图2 保护头部是面对很多灾害时首先需要想到的，在人多的地方（比如赶庙会）特别要注意，一旦被人挤倒了，立刻蜷缩，学小偷被抓状，护住头部。

图3 在野外遇到龙卷风时，应该就近寻找低洼地伏于地面，并且远离大树。

这是阿曼湾上的沙尘暴。这张图让人印象最深刻是沙尘暴把云吹挤成了一条白色的带子。点击看大图。

云的高度通常分为三种：高云（6000米），中云（2500-6000米）和低云（2500米）。天气晴朗的时候，云通常比较高，要下暴雨前，则通常是低云密布。飞机通常飞在10km以上的对流层顶，此时，那些高云全都已经低低在下了。

右下角的的云薄薄的，而且带点纤维状，说明云比较高。但是沙尘暴硬是”吹皱一池春水”。我想，这可能可以从侧面说明沙尘暴可以达到的高度。（解释可能有误，若有误请勘误）©NASA

如果你不看上面那些蓝色的点，只看下面一层白色的云，你会发现这个热带气旋看起来有点怪。我们很难确定哪个是它的中心，也就是风眼。没有眼睛的台风，确实不多见。

这就是Gula热带气旋，它正在印度洋上准备南下，下面的两个小岛，一个是Mauritania毛里塔尼亚，一个是Reunion留尼旺岛，都可能被扫到。现在的卫星可以帮助人类非常准确地捕捉到这些破坏力极大的家伙的不轨行为，让我们及早做好准备。

拍这张照片的是美国的TRMM（ Tropical Rainfall Measuring Mission）卫星，这颗卫星是1997年11月发射的，是一颗低轨道卫星，它可以测量某一个地区的降雨量。图下的Rain Rate指得就是降雨量，每24小时内降雨量超过50mm称为暴雨。通过雨量图，我们就可以发现这个热带气旋还是有风眼的。

因此，我们人类看不到的，并不表示不存在，我们可以通过技术延伸我们的视野。

图片来源：NASA