智叟王铮分享 http://blog.sciencenet.cn/u/王铮 中国科学院政策与管理科学研究所研究员兼华东师大、中国科大教授

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自然灾害的预报问题:再答侯先生

已有 6538 次阅读 2008-11-6 22:56 |个人分类:为科学而科学|系统分类:科普集锦| 地震, 灾害

侯先生,您好!

    关于预报与模拟,我还有些不成熟想法,贴出来,供你参考。

    自然灾害的预警是减灾管理的一部分,一般来说,预警包括预报与风险对策,预报是风险对策的基础,风险对策是预报的直接目的。

    广义的预报包括风险区发现、长期预报、中期预报、短期预报和临在灾预报。风险区发现,对地震灾害来说主要是构造地质分析,分析断裂带特别是活动断裂。对于旱涝灾害来说,主要是分析气候条件。从本质上讲,风险区发现不是预报,而且前预报。对于地震灾害,风险区发现的分析基础是地震地质或者说构造地质学。地震地质分析确定地震的危险区域,与工程力学结合,提出区域的建筑物标准,也可以与管理学家结合,确定减灾对策。但是地震地质不能做出确定的认识,只能做出长期趋势预测,特别是构造地质学家因为谈断裂动不动就从中生代开始,也就是1亿年开始,一般的断裂活动也是从历史时期说起,这样对工作对解释地震可以说的头头是道,预报地震就失效了。如1645□□发生地震,□□是建在地震带的城市,不适合做自治区首府,下一个断裂活动带是××-××断裂。谈的是风险,带有很大的不确定性,而且承认不确定的合理性,接受不确定性,给出的是概率值,就不是预报。通常长期预报是年尺度、中期预报是月尺度、短期预报是日尺度和临灾预报是时尺度,预报的特点是尽可能排除不确定性。从大地构造完成地震预报是不可能的,同样从气候学谈旱涝灾害预报也不可能。如果谁说从大地构造可以预报何时何地地震,那是骗人的,不过识别风险区,很有价值。我与某人冲突的实际上就是风险区识别。

卫星云图

地震预报和旱涝灾害预报主要的手段是地球物理学,地球物理学是与地质学有差别的。地球物理学主要依靠物理观察、信号分析和数学分析认识问题。对于旱涝灾害和地震灾害预报来说,中长期预报主要分析全球地球物理状况,还有将历史上的旱涝活动或者地震活动作为信息学的信号分析。在旱涝分析中,往往把旱涝分布用频谱分析或者小波分析的方法分析,这要求信号采用的连续性好,天气信号行,但是地震灾害风险就不行,因为信号连续性不好。在这种情况下发展的可公度方法分析对称性可能被一些囿于教科书思维的人称为伪科学,这些人通常是白发穷经典,保守而不会创新。但是对称性方法实际上可以证伪,不是伪科学。有人说不能证伪,因为不能安排排他因素纯的实验证实或者否定,同样把旱涝发布用频谱分析分析,也不能安排纯粹实验。地球过程本身就是不可分割的,所以只能靠观察的整合来证伪。

信息学的信号分析往往用于中短期预报,卫星云图,就是一种信号,现在已经成功地用于天气预报。现在人们已经热衷于用卫星的热红外图像等预报或者预测地震。与旱涝灾害预报不同,天气的机理是清楚的,而且有天气动力学作为基础。有了动力学理论,人们就可以解析云图信号,数值模拟就可以在动力学理论支持下发挥作用。地震对应的卫星的热红外图像,机理还不清楚。地震是不是有机理清楚的对地观察技术,有的,那就是GPS地形位移矢量观察,它是有机理说明的,传统的弹性回跳模型作为基础,可是不完备。为什么地震前会有红外云图异常,它像旱震关系一样神秘,依靠弹性理论是不行的,应该有别的地震模型,也就是说,要承认“弹性回跳”机制论以外的可能性,我从一般原理建议出“流变+相变”型,目的是抛砖引玉,说明了供学者参考。流变,不会表现出明显的GPS地形变形矢量,相变提供热场变化的能源,这样就有了旱震联系和热红外异常。目前热门的是卫星监测,俄罗斯先后于1999年、2001年、2006年发射了3颗卫星,用来探测与地震有关的电离层变化信息,探索地震预报信息和预报技术,研究与地震、火山和其他大规模的自然灾害有关的电离层、电磁和等离子体变化等前兆。当然这里是博客,不是论文,是提示性的想法。

以目前的计算机发展水平看,旱涝灾害预报的数值模拟基本上是做中短期预报的,并且要与对地观察获得的信号分析联系,同样应用与地球相关的力学方程,可能用于在局部边界制定下的中期预报,与旱涝灾害预报不同,在旱涝灾害预报方面,大气的运动边界条件清楚,模拟容易成功,可是地壳的下边界条件不清楚,而且地块的材料性质也不清楚,模拟变得相当困难,模拟结果只能作为参考,特别是理论研究的参考,与实际观察数据“同化”为理论探索。目前最重要的应该是模拟研究得出前震的信号特征,作为信号分析的基础理论,直接模拟预报地震还为时过早。

最后说临灾预报,理论上看,除非是人为灾害,不然临灾预报包不准。地震灾害的余震具有混沌特征,暴雨过程具有混沌特征,台风路径也表现出混沌,这就是说他们不确定很强。当然这种不确定性被现在在一定的时空范围。总之,临灾预报有误差,有涨落,不能苛求。计算机模拟能不能提高精度,似乎从混沌理论上看不行。

关于预报,我大概只能答这些,江郎才尽了。

希望某人不要断章取义,好在别人说不争了。这样我才有勇气写这文章给你,不然有弄得像蛋糕引来许多苍蝇,影响讨论。

我就一个地质队水平,绝对不代表国内地质学家、地震学家的水平。

敬礼

                                          王铮

法国Demeter地震卫星

图片来源:网络





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