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[中国科学报]李德威:新时期防灾减灾的新思想

发表时间:2019-09-12 17:07:39

    我国地质构造复杂,自然灾害多、损失大,特别是难以预测的地震和跨季(年)度干旱、暴雨、冰冻等极端气候事件严重地影响着经济发展和人民生活。学科交叉最密集的领域最容易出重大创新成果,重大社会需求最能激发富有创造力的思想火花。在科学技术不断进步的时代,如何有效地开展防灾减灾?这个问题值得我们理性思考。

  只有充分认识自然灾害的时空规律和致灾机理,才能有效地开展防灾减灾。大量的事实表明,天凶地怒,祸不单行,在活动的大陆盆山过渡带常见跨季(年)度干旱(森林草原大火)—洪涝或/和冰冻—地震—滑坡、岩崩、泥石流、堰塞湖灾害链,在活动的洋陆过渡带常见地震或者火山—海啸灾害链。实际上,地球是一个开放的复杂巨系统,各圈层、各块体之间存在着物质交换和能量交换,具有天地耦合、地气耦合、洋陆耦合、盆山耦合、固流气耦合等特征,各种自然灾害在时空、前兆、物质、能量和机理上显示出关联性,对于大陆地震和极端气候事件而言,仅仅从板块水平运动、应力作用与断层活动或者大气运动的某一个方面来解释成因,具有一定的局限性。


  大道从简,至道不繁,看似复杂的地球灾害系统也是如此。自然灾害在本质上是有生命的地球系统局部出现了异常,其本质是局部能量聚散引起物质异常运动。对于地球内部系统而言,地球浅部物质运动受到地球深部物质运动的制约,地球深部处于极高温状态,热动力应当是地球物质运动的主导动力源(600405),热能造成地球不同类型的岩石在不同的深度发生不同程度的液化和气化,相对低密度的流体发生垂直运动,热软化的固态流变物质侧向运动或者水平运动,并带动相关的固体物质发生关联运动,构成多级地球物质循环系统。地球内部局部热异常必然会干扰海水运动和大气运动。地球内部不均匀热活动产生的流体不仅有助于形成矿产资源和化石能源,还会孕育自然灾害,影响气候变化,制约生态环境。地球内部不均匀热结构、热状态和热演化决定了热灾害链的时空结构,热动力是内在的致灾因子,天体对地球内部流体层的引潮力叠加作用可触发自然灾害。因此,极端气候事件的成因和预测不能完全靠天,重大地质灾害的成因和预测也不能全归为地。只有正确认识了自然灾害的热动力机理,就能够从物理前兆进行预测的角度有效地防灾,从系统开发热能的角度,从根源上减灾。


  以地震为例,预测防灾的要点是:(1)多个层次的系统监测。灾害预测的基础是前兆,前兆异常具有物理机制,地震、火山喷发、跨季(年)度干旱、森林草原大火、非人为矿难、特大型洪涝和冰冻,与地震有关的滑坡、岩崩、泥石流等不同程度地与局部热异常有关,温度变化引起物质运动状态的变化,相应地在流体场、电场、磁场、重力场、波速场、应力场、地球化学场、气压场、生物场上有所响应,通过机理研究、关联分析和实验模拟,进行异常评价和方法优选。针对有效前兆异常采用相应手段,按地区需求专群结合开展地下、地面和天空相结合的立体监测。非均匀布置前兆观测台站和群测点,对于西南、华北、东南沿海等灾害多发区和人口密集区,加大站点密度。(2)多种方法的优化配置。由于地球自然灾害的结构、前兆、机理具有关联性,针对不同灾害在不同阶段出现前兆异常的类型和强度,采取相应的方法和手段,进行动态关联监测。例如,大地震孕育早期地壳热活动开始出现异常,应当进行地温、地电、重力、波速的动态监测;地震孕育中期常出现跨季(年)度干旱,伴随森林草原大火,在加强前面的监测内容外,要重视地下流体和各种大气指标的监测;地震孕育晚期由于大量的地下流体转移到空中积累到一定程度后出现异常降水或冰冻现象,导致上地壳“淬火”变脆,易于破裂,要加强天空地一体化监测,缩小潜在震区的范围;地震临发早期中、下地壳热流加强,上地壳、地表和大气圈不同程度地出现地温、流体、地电、地磁、重力、波速、卫星热红外等异常,在异常区布置地面和空中相结合的流动监测网;地震临发晚期下地壳流速、流量、流向突变,热流物质撞击坚硬块体,导致中地壳热能—应变能转换和上地壳破裂,造成温度、流体、地电、地磁、地声、地形变、气象指标等在较小范围内突变,群测群防的作用极其重要,进一步加强群测点建设,加密布置空中与地面相结合的流动监测,便于确定发震的时间、地点、强度、烈度、震源深度等五要素,并快速上报。(3)新型群测群防体系建设。群测群防是具有中国特色的防灾减灾举措。早在1966年邢台地震后,周恩来总理立即抽调李四光、翁文波等来自多部门的专家协同作战,与广大群众一起组成了“专群结合,土洋结合,联合作战,多路探索”的群测群防队伍。群测群防对于成功预测海城、松潘等大地震和创造唐山大地震的“青龙奇迹”起到积极的作用。在国力增强、科技进步、国民素质提高的新形势下,应当建立新型的专群结合群测群防国家体系。(4)多源信息的综合集成。地震监测预测是一项复杂的系统工程,采用钱学森综合集成研讨厅思路,在开放的、学术自由的研讨基础上,将汇聚的各种异常信息进行关联性处理分析,综合专家知识,重视和传承曾经参与海城、松潘、龙陵等地震预报的老专家的经验,专群结合,人机结合,科学预测地震。


  取热减灾的要点是:(1)在地温异常和灾害多发区开发地热资源,能够减轻自然灾害、替代化石能源、改善地球环境,还有助于地球科学的理论创新和技术发展,应当作为国家优先发展与重点支持领域,从国家层面统筹取热减灾减排工作,政产学研用相结合,多渠道融资,多平台运作,多学科结合,多部门协作,造福人类。(2)在西南、华北、东南沿海、西藏等地热和灾害异常区优先勘探和系统开发地热资源。(3)高度重视深层地热资源的勘探与开发,提高取热减灾减排的效果。


  (作者系中国地质大学〈武汉〉地球科学学院和重大地质灾害研究中心教授)