第696期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《“张衡”观震》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——“张衡”观震
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：申旭辉，国家自然灾害防治研究院研究员。
袁仕耿，航天东方红卫星有限公司研究员。
讲座时间：2025年9月1日～9月7日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——“张衡”观震
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。准确地预测地震，一直是困扰全球科学界的一个难题，很多人会说天气预报通过大数据的分析已经越来越准了，为什么地震预测却做不到呢？我国发射的观测地震的卫星张衡一号在未来，会给我们带来更多的信心和希望，通过短片来进入今天的节目。地震是造成人类伤亡与城市破坏最严重的自然灾害之一，我国又处在环太平洋地震带上，地震灾害频乏。据统计，我国每年发生6级地震4次左右，平均每3年会发生两次7级地震。如果这些地震发生在人口稠密区，就会带来极为严重的后果，将造成巨大的经济损失。1976年7月28日，河北省唐山市发生震级7.8级的大地震，24万余人遇难，16万余人受伤。2008年5月12日，四川省汶川县境内发生的8.0级地震，有近9万余人遇难，30多万人不同程度受伤。了解地震发生的规律，加强地震预测研究，减轻地震灾害已迫在眉睫。2018年2月，我国将一颗用于观测地震的科学试验卫星张衡一号送入太空，那么我们为什么要用卫星观测地震？张衡一号科学试验卫星又有哪些特殊的技能？我们首先来介绍一下今天请来的两位嘉宾，一位是国家自然灾害防治研究院的研究员申旭辉，另外一位是航天东方红卫星有限公司的研究员袁仕耿。
我们在小学课本上都看过张衡地动仪，我记得是一个大的铜的罐形的东西，旁边围着八条龙，说四面八方，龙嘴里面哪个珠子掉下来了，哪里就可能会发生地震，这仅仅是一个传说，还是真有这个事情？关于张衡地动仪在历史上有196个字的记录，那么很遗憾，到目前为止，除了这196个字之外，所有的实物，所有其他的东西都没有了，所以后人根据这个传说，曾经有这样的多种复原方案，就是试图想复原。最近一二十年有一批科学家又重新做了第二个复原方案，实际上还有多种复原方案。那实际在过程当中，实验的效果当中可能性有多大？从现在要说明的是，张衡地动仪实际上还不是做地震预测或者预报的，它还是记录的是地震后的，相当于我们现在地震的速报，或者地震的烈度速报，就这个概念。有了地震波过来，它才可能这个龙嘴里的珠子才能掉下来，不是预测，而是记录。实际上现在做了很多，像包括日本做的那些也是属于速报。就那边地震已经有了，它地震波传过来，到这个地方它就测到了，然后提前预警。他们通过观察动物不寻常的行为，就可以预测地震可能要发生了，今天我们科学发展了这么多年，好像还不如通过动物预测的方式准？比较低等级的动物，它对地震比较敏感，但是它之所以敏感的原因不是对地震本身，它是对地震有关的电磁波、次声波这一类信号比较敏感。那么，随着人类活动越来越多，包括我们的高铁、高压电线，包括航天发射，所以电磁波和次声波的产生源无处不在。甚至手机也可以产生？对，包括我们的地铁都在产生这样一些电磁波的辐射，那么从现在来说，所以不管是仪器设备还是动物，它自然接收到的这种信息就非常复杂了，很难说你是哪个原因来的。
古时候电磁波是非常简单的，那一旦发生地震电磁波的时候，动物就可以及时地预感到，那随着科技的发展，你发现在城市当中，动物不太好用了，大多是人烟稀少的地方，这动物可能会有反应。为什么我们科技不断地进步，地震还是不能够准确地预测呢？从科学的角度来说，地震的事件记录还是不够。因为从我们历史上到现在几千年的历史里面，它对地震的理解和记录实际上是完全不一样，没有一个标准性的一个词汇和标准性的一些数据来来表达它。那么到现阶段，现代地震学从1906年美国的旧金山地震开始的，那么在这个一百多年里面，全球发生了很多地震。但是作为不同国家的科学家来说，他能够碰上的地震非常有限，所以用偶遇两个词我觉得很形象，只能是偶遇。一个科学家一辈子真正能够经历的地震事件非常有限，比如说中国，咱们一般我们老统计的意义来说，中国是每年有四次六级地震，然后每三年有两次七级地震，那么这么一个地震记录，对科学家来说它非常有限，所以很难形成一些科学的统计的认识。目前我们的研究地震预测的机构，有哪些主流的预测方式？
关于地震预测，第一个我们叫作长、中、短、临渐进式预测方法，就是从地震的长期预测、中期预测、短期预测到临震预测，叫渐进式。那么我们在不同的时间，实际上是有超长期是五十年到一百年，然后到长期就是一到三年，然后到一年之内三个月十天，这就是长中短临，不同的时间轴上，我有不同的科学方法去研究它，所以这样一次一次逼近，然后空间上和时间上都来逼近来做测试，这是一个基本方法。第二个从预报本身来说，从1906开始，新中国从1966年开始，我们现在统计出来，我们归纳叫三类方法，一个叫作经验预报，一个叫作统计预报，现在正在追求的叫作基于数字模型的物理预报，或者基于物理模型的数值预报。那么我们所谓的经验预报，就我刚才讲科学家，我一辈子我昨天经历了一次事件，今天再有，后面我就可以再往后面说怎么回事，统计预报就是说这种地震的现象统计，这是第二个方面。基于数字模型的物理预报，尤其2018年以来，因为大家都知道地震预报还没有过关，但是我们现在防灾减灾的任务很重，那么就是说我们现在意识到，比如说汶川地震，比如说唐山地震，它不是个孤零零的事件，它在这个一个大地震之后，它会伴随一连串的次生灾害，衍生灾害的发生。所以我们既然说这个大地震暂时不可预报。那么我们可以（预测）它随后而来的次生灾害、衍生灾害，进行这样的一些系列性的多（米诺）骨牌式的，级联式的这样的预警，那么更好地来减轻次生灾害和衍生灾害的损失，或者叫复合链生灾害链的这样的一些预警和干预。
目前我们从大的时间跨度，比如说这个月某某地方可能会发生地震，这可以做到吗？坦率地说，我们有这样的一些叫趋势分析意见，或者叫风险分析意见，那么我们确实在做，中国地震局每年有一个就关于年度的地震预测意见。准确率能达到多少？我们大概这么说吧，每年我们基本上会圈十来个，下一个年度全国可能有十来个地区，十来个范围会发一定规模的地震，我们中国每年四次六级地震，三年两个七级地震。都圈到了吗？按目前来看，可靠性还不错。地震是地球上极其频繁的自然现象，我们脚下的大地每天都在发生地震，其中绝大部分都属于微小地震，我们感觉不到，但是大地震造成的伤害，有时是触目惊心的。在地震发生前，地球岩石的摩擦破裂会产生电磁波，这些电磁波会向地面传播，科学家正是通过监测地震波，推断出地震发生地和震级的大小。如今，对地震监测的方法也越来越多，人类为什么还是不能精准预测地震呢？现在人们发现我们的这天气预报准确度越来越高了，可以达到了几点几分下雨，准确性大大提高。那地震为什么不能够同步提高呢？
最近几十年以来，气象卫星发展得非常快。整个的天上包括中国，中国有地球同步轨道的，也有极轨的，就是从南北极这么过来的，所以整个观测手段就是非常丰富。实际上我们在天上，就完全可以看到这个云从什上飘过来，飘到哪里去，这个路径非常清晰。所以相当于一个事情要把它报准了，牵扯到两方面的内容，第一方面我们要有一个非常好的理论模型。因为天气预报它就是一个天天看得见，天上大气层里面云层的起伏，大气的这种运动，天气预报都有一些模型。那么它的大量的数据加上已经成熟的模型，加上我们现在大数据这样的一些能力，所以天气预报越来越好，越来越成功。第二方面要有非常丰富的观测数据，两个东西结合在一起才能把这个事情报出来，但是这个东西对地震预报来讲恰恰两方面都是缺乏的。真正的就是我们现在所谓的觉得好像哪儿哪儿有地震，但是那个地方没有观测台站，你也拿不到观测数据。所以像包括我们以前的很多的都发生在中国的西部，青藏高原那边，青海那边实际上没有台站，你知道有地震，但是你没有数据。
实际上更通俗讲，因为天气无非就三种，晴天、阴天、雨天。那么，我每一个人时时刻刻都在体会这三种状态。地震不是，地震，人能够感知的地震非常有限，比如说我们在青海、青藏高原德令哈，发生了一次6.0级地震，但是实际上绝大部分科研人员，包括我们的台站记录都非常有限，因为它在青藏高原上，我们的观测技术系统在那个地方覆盖能力非常有限。天气预报是因为天天天气都有变化，你每天都有数据的记录。全世界有那么多卫星，在天上运行，在观测数据，还有那么多地面台站，所以它整个的关数据量要比地震丰富得多。地震预报首先我们的事例太少，观测能力不足，从现在来看，这个地震预报问题，从现在开始我认为还会有相当长一段路要走。我们有没有过历史上准确预测地震的记录，或者是成绩最好的一次是什么样的？就是中国1975年海城地震，应该说在震前的一天，几个小时成功地做出了预报意见，然后撤出了大批的人员，所以大家可以看当时一个七级多的地震，当时的人员伤亡只有几千人，按现在来说，实际上相对来说损失不是很大，要严格意义上来说，最成功的一次预报就是这一次。那这次成功的预测，有没有经验可以借鉴呢？
这个地震很典型，按照我们传统的刚才说，1906年美国加州地震之后，我们发展的现代地震学，提出了所谓的弹性回跳学说，1975年海城地震正好非常符合地震的弹性回跳学理论。通俗地就是说如果说在一个地区突然密集地发生一系列的中小地震，尤其是强度从小到大，密度从稀到密，密集发生的时候，那么就预示有一个强烈的大地震在后面，就是这么一个基本的认识，那么海城地震，正好是落到这么一个理论模式里面去。那按照这种理论模式，我们的预测在后来，是否成功预测过类似模式的地震呢？我们从海城地震之后，中国我们实际上后面还是有一些相应的成功预报的一些经验，在云南和四川，但是地震震级都不是很大，五级左右这样的一个情况。这样的规律性的前震、主震、余震，这样的模式在自然界全部地震里面，它只占了10%左右，所以我们就是拿这么个理论模式来预测地震，那么也就100%成功，也只有10%。地震的发生是由于地球内部构造运动造成的，断层错动使地下深处的岩石破裂，把长期积累起来的能量急剧释放出来，并以地震波的形式向四面八方传播。地表产生的破裂及形变来源于地球内部断层产生的错动，然而地震往往发生在地下数十公里处。由于破坏性地震，尤其是重特大地震事件发生的小概率特性，这就为地震产生机理的研究带来了诸多困难。科学家发现一旦发生地震，地球内部的电磁信息，就会发生异常，空间电磁扰动和地震发生具有明显的相关性，如果能从太空中监测这个扰动，就能弥补地面观测电磁波的不足。2018年2月，我国自主研发的首颗监测地震电磁的科学实验卫星张衡一号成功发射，那么张衡一号有何独家本领？
您给我们介绍一下张衡一号卫星，它是通过什么方式来预测地震的？刚才介绍了一下为什么气象预报比地震预报要准得多，我们跟申总经常开句玩笑话，叫什么，叫上天容易入地难，这是为什么我们还是对地震的机理，对地球本身它不太了解导致的一个问题。作为张衡本身这个具体的卫星来讲，实际上我们在五百公里的轨道高度上，来观测因为六级以上的地震，引起的电磁环境的变化，所以它测的这个应该说是一个非常小的一个变化量，灵敏度非常高。大家可以想，尽管说什么八级地震，七级地震也好，但是这个东西对地球本身来讲，那是九牛一毛的事情来改变量，我们就要去看那个改变量。就是实际上我们觉得还是能够看到相当多的六级以上地震，在五百公里的轨道高度上，能够看到当地的环境的变化，那时候我们很大的可能，能够观测到全世界各地，地震所引起的在五百公里轨道高度上的电磁场的变化，所以张衡（一号）也好，谁也好，都不是拿来做预测的，它是用来积累数据的。卫星对我们科学家来说，就是个工具，相当于我们有时候说它是一个高速移动的地震观测站，在全球工作的。那这颗观测地球地震的卫星，跟我们传统的方式上有哪些突破？
它首先它的特性就是高速移动的，它可以做全球，那么到目前为止，所有的地面的台站都是固定的。那么我首先做一个全球观测，我突破这种地面观测的局限性，我可以获取尽可能多的全球的地震的一些震例，包括全球数据，原来譬如说我中国的地震学家，他拿不到外国的数据，那实际上全世界的地震数肯定比中国多。所以我上天了以后，就有这么一个好处，我能拿到更多的震例，拿到更多的数据，也就是更有助于地震学家去建立一个模型，看看能不能做更好的发展。第二个我在观测相对于地面观测来说，中国大概有上千个观测站，但是实际上绝大部分都集中在中国的东部经济发达地区，自然条件比较好的地区，能够好安装、好运行，但是地震大部分在西部，所以这个卫星可以不受地面条件的限制，想观测哪儿，就可以观测到哪儿。别看这卫星小，张衡卫星大概700多公斤，1.5（立方）米，但它实际上里面有八类传感器，产出五十九种独立的数据，这是任何一个地面台站做不到的。那像这样的类似的为观测地震的卫星，在国际上其他国家有过类似发射的历史吗？应该是在2004年，法国发射过一个类似叫DEMETER（震区地磁辐射探测）卫星，它也是做这种相关的研究。那您刚才提到的法国的这颗同样观测地震的卫星，2004年到今天已经18年的时间了，它取得过哪些成绩？
它这个成绩主要还是科学研究方面的一些数据，它应该是世界上第一颗上天的专用的地震电磁卫星。那么这颗卫星，它第一个它跟我们比，它的观测能力实际上是跟我们稍微差一点，我们因为又过了十多年，所以我们的观测载荷的系统性比它更全，然后我们的载荷就是说技术指标比它更高。还有一个就是它是完全是纯科学研究的，我们的张衡一号真正在做地震监测，那么相对因为有它这么个卫星，所以中国的张衡一号卫星从2003年开始启动，它是2004年发上去了，所以我们实际上第一阶段的实验拿了它的大量数据，作为我们来设计我们的卫星，检验我们的数据处理算法和做这种地震的现象统计，提供了一个很好的依据，应该说给我们提供了很好的一个支撑。2003年以来，我国科学家就开始了空间监测地震电磁波的研究工作。2018年2月2日，张衡一号地震电磁监测科学试验卫星的成功发射，预示着我国地震预测研究开始了新的旅程。张衡一号总重量约730千克，共搭载了三大类八种探测设备，地球电磁探测仪、等离子体探测仪、高能粒子探测仪，它们可以从各个不同的维度对地震波进行记录，从而帮助科学家更好地了解地震发生规律。那么张衡一号卫星发射之后，都取得了哪些成果呢？
张衡一号，目前覆盖的幅度是多少？几千公里吧，但因为它是绕着轨道运行的，所以我如果说在这个时候卫星在中国，那时候美国有地震的话，我是看不见的。张衡一号取得了哪些有价值的数据？张衡一号卫星是2018年2月2日，15点51分发射升空，到现在已经四年多了，取得的成果，我觉得首先还是说它是一个高速移动的综合地震卫星观测站。到目前为止，我们取得了全球超过五十个七级以上的地震，超过五百个六级以上的地震，这是个巨大的一个收获。举例子来说，中国大概统计的意义上来说，中国每年大概是六级地震四个，每三年发生七级地震两个，那么我现在拿了将近六十个七级地震的震例，拿到五百个左右的六级地震震例，那实际上就相当于相对中国的全部的地面台网，在获得震例角度来说，就相当于它的一百年左右的能力了。有这么大量的数据给到科学家，我相信所有的科学家都可以来，而且这个数据是公开的，所以可以拿这个来做这样的一些统计分析，通过统计找到一些规律，进一步就可以发现发展理论模型，我觉得这是最大的一个成果。这些数据我们到目前为止，找到有价值的规律了吗？
从现在来说，应该说我们几个方面，一个是从地震本身，那么我们中国的科学家们，包括我们跟欧洲，甚至说包括美国的科学家一起合作，我们对这么成百个这样的地震，做了我们叫多维度的统计分析。所谓多维度，你看空间三维加上时间，加上我刚才说有五十多种这样的一些物理量，那么就这种多维度的统计分析，六级以上的地震发生之前，在地震震中周围几百公里范围内，或者说几天的时间尺度内，确实存在明显的电磁波，包括再往上电离层等离子体的这样的异常，那么我们未来如果说我能够把这种比较快地识别出来，或者诊断出来，哪个现象是地震产生的，就可以往地震预测走了，但现在还在往上继续努力。随着我们对地震观测水平、预测水平的不断提高，会怎样改变我们的生活？实际上张衡一号卫星我们在最开始，主要是以地震科学的突破为目的，那么现在整个国家规划里面，它叫地球物理场卫星的一个重要组成部分。它首先从目前来说，我们首先还是希望这种地球物理场卫星，包括张衡一号卫星这样的不断地发展，然后这种科学带动相关的这种技术，数据分析处理技术和科学理论模型的这样的一些优化完善，最终能够推动地震预测的科学突破。
那么第二点，因为既然叫地球物理场，它不光是地震，实际上比如说我们现在随着社会经济的高度发展，我们这两年一直在说极端天气灾害。还有叫空间天气灾害，来自于太阳的，包括我们最近2022年1月15日汤加火山，那么这样的一些灾害的监测预警问题，那么都可以靠张衡一号卫星这样的技术来做一些支撑，做一些这样工作。同时包括比如像我们现在从应急救援的角度来说，我们的救援部队到了现场之后，它的通讯问题、导航问题都受到这个灾害本身的破坏，那么我们可以通过这样的卫星，为这个通信导航问题做一个保底性的，这样的一个支撑，这样的发展，这样的很多工作。那我们今天说的是张衡一号卫星，既然它叫一号，我想未来会有二号、三号，假如说我们的第二颗卫星也成功发射了之后，它两颗观测地震的卫星在天上，这第二颗它的价值和意义在哪里？你卫星数越多，你看到东西肯定越多。卫星运行在500公里高度上，那么这么个高度从我们搞这种地球大系统来说，这个高度一方面受到上面来自于太阳的影响，一方面受到从地下来到地球内部的影响。那么从太阳的影响，它有个十一年的周期，我们首先说要张衡一号卫星加上第二颗卫星同时在轨之后，能够覆盖完整的一个十一年的太阳活动周期，那么这样能够把从太阳来的影响先扣掉，因为在这个高度太阳的影响是最大的，地球的影响实际上是有限。
那未来我们观测地震的卫星，还会有什么样的发展呢？张衡一号实际上我们所配的所有探测器，本身是基于现在对于这个地震，在500公里这个高度上，有一些什么样的变化，有一些什么样的现象，是基于目前的认识，配的这些东西，配的这些探测器，对数据的总结，对机理的认识，可能会提出一些新的，比如说我要探测这么一个现象，那么我们可能作为工程师来讲，我们可能会研发一种新的探测器，去针对不同的物理现象，物理本质去做这些针对性的探测。随着时间的发展，“张衡”这个系列卫星肯定会有它自己本身的一些发展途径，应该说是和整个地震科学，包括空间科学、空间物理的发展来做一些研究、研制工作。您觉得我们到成功预测地震的那一天还有多远？从1906年现代地震学开始到现在经过了一百年这样的发展，应该说地震科学无论是理论，还是从观测系统，还是到我们这样一些监测、预测这样的一些实验，到现在应该取得了很好的希望。包我刚才讲的，我们从DEMETER卫星到张衡一号卫星，从统计的角度，上万个五级以上地震，几百个六级以上地震统计结果，越来越给到大家信心说地震预测有希望。好，感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！那如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目。好了，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
