地震预警的概念

地震预警是指在地震发生后，根据地震波传播速度小于电磁波传播速度的特点，利用电子信号抢在地震波传播到之前，和地震波“赛跑”，来赢取提前预警的时间，向地震发生地提前几秒乃至数十秒发出警报，让人们迅速撤离。原理简单来说就如同打雷闪电，我们一般是先看见闪电，几秒后听见打雷。其实，打雷和闪电是同时发生的，只不过光速比声速快而已。

“预警”与“预报”的区别

从上面的定义可以看出，地震预警不是通常所说的地震预报，二者的根本区别是：地震预报是对尚未发生、但有可能发生的地震事件先发出通告，而地震预警是破坏性地震已经发生，而对即将到来的灾害抢先发出警告并紧急采取行动，从而防止或减少地震带来的灾害。

地震预警的原理

目前，实现地震预警有三种基本技术途经：一是利用地震波和电磁波传播的速度差异；二是利用地震波本身在近处传播时纵波（P波）与横波（S波）传播速度的差异；三是利用致灾地震动强度阈值。

▲我们知道，电磁波的传播速度是每秒30万公里，而地震波最快的传播速度约是每秒6000多米，显然地震波的传播速度要慢得多。当强震发生后，在震中附近的地震监测台首先收到了地震波，这时立刻用电子信号向远处地区发出报警，于是在地震波还没有到达，远处地区就知道发生了地震，可立即拉响警笛或采取切断电源、关闭气阀等措施，减轻人员伤亡和财产损失。

▲纵波与横波都是地震波，为什么要利用它们的传播速度差异进行预警呢？这是因为横波造成的地震灾害要比纵波大得多，而传播速度又比纵波慢，从而可以利用它们之间的时间差发出警报信息。但是，纵波与横波传播速度的差异较小，纵波约每秒6公里，横波约每秒3.3公里，而且距离震中越近，时间差就越小，发出预警信息就更难。

▲如何利用致灾地震动强度阈值来实现预警呢？核电站通常采用这种方法，通过建立地震动监测系统，当地震动幅度超过给定的阈值时，监控器报警并采取紧急措施，安全停堆，从而防止核泄漏。墨西哥、日本、罗马尼亚等国家的一些重大工程，如水坝、核电站等都已建立了地震预警及处置系统。

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总体来说，建立地震预警系统的地区有以下三个特点：一是地震发生频繁。如日本、台湾、墨西哥和美国加州都位于太平洋地震带上，地震活动比较频繁；二是有较强的经济实力。地震预警系统对地震台网有严格要求，而且需要与相关行业和部门合作开发，如电视台、铁道部门、工厂、医院等等，都需要装备相应的警报终端，才能发挥预警系统的功效，因此预警系统的部署成本很高；三是设防区域小，预警价值高。日本、台湾面积偏小，美国的地震预警系统主要在旧金山周边区域。而且，这些防御区域经济相对发达，高科技产业密集，人口密度也大。

地震预警的局限性

尽管地震预警为人类减轻地震灾难带来了一束曙光，但就地震预警的原理而言，又有其必然的缺陷，具体有以下两点：一是受预警范围和时间的限制。预警系统的原理决定了其提供的应急时间是有限的，一般在10秒左右。在这段时间内，我们可以停止高速列车、从电梯撤离、终止或保护关键仪器和设备、将人员撤离到安全地带等，但也仅限于此，不能把预警的作用一味夸大。越是接近震中，能提供预警的时间就越短，甚至预警与强地震波几乎同时出现；离震中越远，提供的预警时间越长，但意义也随之削弱；二是迟报、不报或误报。目前，这种系统还处于发展阶段，地震预警因为求“快”，对地震大小、震源等信息的判断不一定完全准确，存在很多迟报或不报等情况。但是，由于地震预测、预报尚处于科学探索阶段，特别是短期与临震预报的水平与社会需求仍相距甚远。相比之下，地震预警的时间虽短，但其准确率却相对较高。

现在，地震预警系统大体上仍处于摇篮阶段，但发展中的这种系统还是十分有效的。例如，墨西哥城于1991年8月建立了向公众发布地震警报的地震预警系统。1995年，格雷罗地区发生7.3级地震，地震预警系统在地震波到达墨西哥城前72秒发出地震警报，为地震紧急处置赢得宝贵时间，大大减少了墨西哥城的人员伤亡和经济损失。而日本则早在20世纪50年代，开始建立铁路系统紧急地震监测和预警系统，是世界上最早建立实时地震预警系统的国家。日本的国家地震预警系统也于2004年试运行，当年10月，日本新澙发生7.0级地震，地震预警系统即有效运行，从而减少了人员伤亡和财产损失。

我国是作为墨西哥、日本之后第三个具有公众地震预警技术能力的国家。我国于2010年开始地震预警系统的技术攻关，2011年建成福建省地震预警示范系统，2015年6月批准启动《国家地震烈度速报与预警工程》，2018年6月批准项目初步设计方案，目前项目正在建设中。计划于2022年底完成全部工程建设和试运行。

【典例1】

阅读图文资料，完成下列要求。

下图为春季T时刻亚洲部分地区的海平面气压分布图。

(1)指出控制图示区域的两个气压系统及位置关系。

(2)T时刻该区域的锋面数量发生了变化。推测T时刻前该区域锋面的数量，并分别说明锋面形成的原因。

(3)预测P点将要发生的天气变化。

(4)说明该区域春季天气系统活跃的原因。

【答案】　(1)高压；低压；高压位于低压西北。

(2)3个。在低压(气旋)中，四周空气汇集，北上的暖空气与南下的冷空气之间形成锋面，气旋逆时针旋转，形成冷锋和暖锋两个锋面。(冷)高压内的冷空气东移南下，形成冷锋。

(3)暖锋过境，降水概率高，气温升高；暖空气控制，天气转好，气温较高；冷锋过境，气温下降，可能有降水，风力加强；冷空气控制，晴朗，气温较低。

(4)中低纬升温快，(高纬尚未明显增温，)南北温差加大，气压梯度大，大气运动快(冬季风与夏季风转换期，天气系统交替控制)。

【解析】　第(1)题，根据等压线的数值可以直接判断出图中西北部有一高压系统，中部有一低压系统。第(2)题，由图可知，T时刻北部的冷锋锋面并不完全与低压槽吻合，说明该冷锋不是与低压系统相伴形成的，因此在T时刻之前应该是2个冷锋，1个暖锋，共3个锋面。原因一方面从低压中心冷暖气团的辐合角度来解释，另一方面从北部冷空气南下来解释。第(3)题，从图中可以看出P点位于暖锋的锋前，因此P点将经历暖锋过境天气，即气温上升、气压下降和阴雨天气；之后又会经历冷锋过境，即气温下降，气压升高。第(4)题，注意题目限定词“该区域春季”。由图可知，该区域位于中纬度地区，春季该区域升温快，而且此时较高纬度地区气温较低，则南、北温差大，气压梯度大；且春季为冬季风与夏季风的转换期，天气系统交替控制，大气运动快，因此天气系统活跃。

【典例2】

飞机飞过暖锋前缘晴朗的天空时，其排出的水汽常凝结成白色云带。这种云带能较长时间存在，人们常以此来预报暖锋的到来。下图为某时刻某区域等压线分布图。完成1～2题。

1．飞机尾部凝结的云带能较长时间存在的主要原因是（）

A．受强紫外线照射

B．处在逆温层之中

C．处在强烈对流中

D．受冷锋云系挤压

2．符合甲地沿线剖面天气系统分布的是（）

A．①

B．②

C．③

D．④

【答案】　1.B　2.C

【解析】1.由题干“飞机尾部凝结的云带能较长时间存在”可知，机尾部凝结的云不容易扩散，所以处在逆温层之中，B正确。受强紫外线照射对飞机尾部凝结的云长时间存在没有影响，A错误。强烈对流运动，加速云的消失，C错误。受冷锋云系挤压，风力较大，云易消失，D错误。故选B。

2．由图中等压线图，甲位于995hpa低气压中心附近可知，此处是锋面气旋，甲地东侧为暖锋，西侧为冷锋。C正确，A、B、D错误，故选C。

【技巧点拨】

1．锋面天气特征

(1)冷锋与暖锋

(2)典型准静止锋

2．气旋和反气旋

3.锋面气旋

在中高纬度地区，由于冷、暖气团频繁相遇，锋面系统活跃，当与气旋系统结合时，形成锋面气旋。受气旋辐合上升气流影响，锋面上的气流上升更加强烈，往往带来云雨甚至暴雨、大风天气。

(1)不论北半球还是南半球，锋面气旋的中心一定是低气压中心。

(2)锋面的移动方向与所在半球气旋的水平气流方向一致。

(3)受海陆分布的影响，锋面气旋主要形成于北半球中高纬度地区。

(4)成熟的锋面气旋系统往往左侧为冷锋系统，右侧为暖锋系统，即“左冷右暖”判断原则。

4．天气系统与天气的判断方法

(1)图像法——把握等压线分布图的特点

①依据等压线分布，判断气压场类型，确定天气状况：

a．高压中心→气流下沉→多晴朗天气。

b．低压中心→气流上升→多阴雨天气。

c．高压脊(等压线由高压中心向外凸出的部分)→多晴朗天气。

d．低压槽(等压线由低压中心向外凸出的部分)→多阴雨天气。

②依据等压线的数值分布及疏密状况，判断某地风力、风向：

a．风向：依据等压线数值变化由高压指向低压且垂直于等压线，画出水平气压梯度力的方向，南半球将其左偏，北半球将其右偏即可。

b．风力：等压线稀疏，风力较小，反之则大。

③依据等压线弯曲或符号，判断锋面类型：

a．锋面多出现于低压槽位置，在一个低气压中往往偏右侧的低压槽上形成暖锋，偏左侧的低压槽上形成冷锋。

b．从符号上看，锋线上标黑三角的是冷锋，标黑半圆的是暖锋。

(2)特征法——把握不同天气系统的天气特征

【变式演练1】

我国南方地区春季经常出现室内地板、墙体等物体回潮出水现象，称为南风天。南风天出现的条件是室内物体温度低于空气露点（露点是指在空气中水汽含量不变，保持气压一定的情况下，使空气冷却达到饱和时的温度）。下图是广州市某地2012年2月11日20：00至16日19：00室内地板温度、气温、露点逐时变化曲线，据此完成1～2题。

1．推测最有可能出现南风天的大致时间范围是（）

A．11日22:00-12日11:00

B．12日11:00-13日18:00

C．13日18:00-16日00:00

D．16日00:00-16日19:00

2．下列对南风天的认识，符合实际的是（）

A．南风天时，墙壁上的水珠来自墙壁本身

B．南风天时，人们的直观感受是室内温暖，室外冰冷

C．从天气系统角度看，南风天属于冷锋天气

D．当空气露点低于室内温度时，南风天就会逐渐结束

【答案】　1．C2．D

【解析】1．根据材料信息“南风天出现的条件是室内物体温度低于空气露点”可知，当露点高于室内温度是，就出现回南天。根据图示信息可知13日18:00出现露点高于室内温度，一直持续到16日01:00，说明期间为回南天，C正确，ABD错误。所以选C。

2．根据材料信息可知，南风天时，墙壁上的水珠来自空气，A错误；南风天时，人们的直观感受是室内冰冷，室外温暖，B错误；从天气系统角度看，南风天属于暖锋天气，C错误；当空气露点低于室内温度时，水汽不再凝结，南风天就会逐渐结束，D正确。所以选D。

【点睛】

回南天是天气返潮现象，一般出现在春季的二三月份，主要是因为冷空气走后，暖湿气流迅速反攻，致使气温回升，空气湿度加大，一些冰冷的物体表面遇到暖湿气流后，容易产生水珠。

【变式演练2】

云贵高原北侧与四川盆地交界地带常出现一种地方性天气——“锢囚低涡”。较强的偏北风遇到秦岭阻挡分支南下，一支绕流四川盆地，一直绕流江汉平原，两支气流在贵州北部辐合而形成“锢囚低涡”，其强度较小，但带来的降水量较大。下图是一次“锢囚低涡”控制下的天气形势图。读图完成1～3题。

1．“锢囚低涡”形成过程中（）

A．渭河平原麦收正忙

B．四川盆地阴雨连绵

C．云贵高原草木枯黄

D．江汉平原气温骤降

2．贵州北部的“锢囚低涡”强度小，降水量大的原因（）

①受位置、地形因素的影响，冷空气势力相对较弱②本地暖气流及东支回流湿度较大

③上升气流强烈④“低涡”控制时间较长

A．①②③

B．①②④

C．①③④

D．②③④

3．“锢囚低涡”过境后，贵州北部（）

A．风速增长

B．气温升高

C．气压升高

D．温差减小

【答案】1．D 2．B 3．C

【解析】3．根据图片信息，“锢囚低涡”形成过程中，需要两股冷空气南下到云贵高原，此时渭河平原位于高压中心，气温低，不可能收麦正忙，A项错误。四川盆地此时在高压控制下，大部分地区天气较为晴朗，B项错误。云贵高原还未收到了冷空气影响，并且由于纬度低，不会轻易出现草木枯黄的现象，C项错误。江汉平原此时冷锋已经过境，气温降低，气压升高，D项正确。

4．根据题意，贵州北部的“锢囚低涡”强度小，降水量大。强度小，说明冷暖气流的强度较小，不存在较大的温差，①正确，③错误。而降水量大，则是空气湿度大并且持续时间长，②④正确。故B项正确，ACD项错误。故选B。

5．“锢囚低涡”过境后，贵州北部收到冷气团控制，气温降低，气压升高，风速降低，上升气流减少，日温差增大。C项正确，ABD项错误。故选C。

【变式演练3】

位于锋面上下的风向往往存在明显差异。下图为我国东部地区两测站位于冷、暖锋面下方时﹐自下而上垂直方向不同高度测得的风向、风速变化图。完成1～2题。

1．有关测站上空锋面类型、锋面位置、风向变化的描述正确的是（）

A．冷锋距地面1．5~2．0千米锋下西北风，锋上东南风

B．冷锋距地面2．0~2．5千米锋下东南风，锋上西北风

C．暖锋距地面2．0~2．5千米锋下西南风，锋上东北风

D．暖锋距地面1．5~2．0千米锋下东南风，锋上西南风

2．与测站周边近地面等压线分布最接近的是（）

A．①

B．②

C．③

D．④

【答案】　1．D2．C

【解析】1．锋面位于东部地区，甲地近地面是东南风，锋面应该向西北移动，应该是暖锋；乙地近地面是东北风，锋面向西南移动，东北风来自高纬度，气温较低，应该是冷锋。“位于锋面上下的风向往往存在明显差异”，甲锋面风向变化最明显的高度范围是1.5米-2.0米之间，乙锋面风向变化最明显的高度范围是2.0米-2.5米之间。冷锋距地面1．5~2．0千米锋下以东北风为主，不是西北风，锋上是西南风，A错误。冷锋距地面2．0~2．5千米锋下由偏北风变为西南风，锋上西南风，B错误。暖锋距地面2．0~2．5千米锋下东南风，锋上西南风，C错误。暖锋距地面1．5~2．0千米锋下东南风，锋上西南风，D正确。故选D。

2．由上题解析可知，甲地为暖锋过境，乙地为冷锋过境。由图中等压线a>b>c可知，③图中天气系统为低压系统，甲地位于北半球，且位于该天气系统的右侧，可知甲地此时为暖锋过境。C正确；①图中天气系统为低压系统，甲地位于北半球，且位于该天气系统的左侧，可知甲地此时为冷锋过境，A错误；②图为高压系统，此时乙地风和日丽，与题意不符，B错误；由④图可知时乙风向为东南风，与题意不符，D错误；故选C。

【变式演练4】

2021年5月14日20时39分，武汉市蔡甸区突发龙卷风，导致部分房屋受损、大量树木折断，多名人员伤亡。龙卷风是一种不常见的、小尺度、突发性的天气系统，一般在强对流天气下产生，影响范围较小，但旋转速度特别快，能把地面的物品卷扬到空中，是一种比较强的灾害天气。据此完成1～3题。

1．有利于龙卷风形成的条件有（）

①暖湿空气交汇提供对流条件②高空、低空不同方向的强风③降温幅度大的晴朗夜晚

④地形较平坦，利于气流旋转⑤多山地，狭管强风易生成

A．①②③B．②④⑤C．①②④D．③④⑤

2．下列正确反映龙卷风的形成顺序的是（）

A．②③④①

B．②④③①

C．③②④①

D．④②③①

3．当龙卷风发生时，以下自救方式合理的是（）

A．在野外时，就近寻找低洼地伏于地面

B．行驶时，沿与龙卷风路线平行方向行进

C．如在室内，躲在迎龙卷风方向墙壁处

D．在野外时，应抱住大树、木桩等固定物

【答案】　1．C2．B3．A

【解析】1．由材料信息可知，龙卷风是一种不常见的、小尺度、突发性的天气系统，一般在强对流天气下产生，影响范围较小，但旋转速度特别快，能把地面的物品卷扬到空中，是一种比较强的灾害天气。龙卷风的形成需要有冷暖湿空气交汇提供对流条件，也要求高空和低空有不同方向的强风，还需要有较平坦的地形，①②④正确，C正确。降温幅度较大不利于空气对流运动，风力较小，③错误，AD错误。山地地区摩力较大，对风力减弱作用较大，不利于龙风的形成，④错误，B错误。故选C。

2．据材料信息“龙卷风是一种很少见的局地性、小尺度、突发性的强对流天气，是在强烈的不稳定的天气状况下由空气对流运动造成的、强烈的、小范围的空气涡旋”可知，冷暖湿空气交汇，大气的不稳定性产生强烈的上升气流，由于急流中的最大过境气流的影响，它被进一步加强；由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用，上升气流在对流层的中部开始旋转，形成中尺度气旋；随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展，它本身变细并增强；同时，一个小面积的增强辅合，即初生的龙卷在气旋内部形成，产生气旋的同样过程，形成龙卷核心；龙卷核心中强度足以使龙卷一直伸展到地面；当发展的涡旋到达地面高度时，地面气压急剧下降，地面风速急剧上升，形成龙卷风，所以B正确，ACD错误。故选B。

3．由所学知识可知，野外遭遇龙卷风时，以最快的速度朝与龙卷风前进路线垂直的方向逃离，来不及逃离的，要迅速找一个低地趴下，A正确。驾车外出遇到龙卷风时，不要沿与龙卷风路线平行方向行进，应该与其路线垂直，B错误。如果人在室内，要避开窗户、门和房子的外墙，躲到与龙卷风方向相反的小房间内抱头蹲下，C错误。遇到龙卷风时，一定要远离大树、电线杆、简易房等，以免被砸、被压或触电，D错误。故选A。

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