董杰1，田士政1，武文1，陈韶阳2，郭佩芳1
（1.中国海洋大学海洋与大气学院，山东青岛266000；2.国家海洋信息中心，天津300171）
摘要：20世纪以来频发的海啸灾害引起了国际社会的广泛关注，各沿海国家不仅加大了海啸预警建设、海啸灾害危险性和海啸基础理论研究方面的投入，更进一步加强了国际社会在应对海啸灾害方面的交流与合作。我国于1983年加入“太平洋海啸预警系统”，经过30多年的努力，我国的海啸预警系统框架已基本搭建成型，但仍有许多需要改进和完善的地方。本文主要介绍了国内外和国际海啸预警系统的建设现状，指出当前我国海啸预警系统存在的问题，并就未来完善和提高给出粗浅建议。关键词：海啸预警系统；国内外；建设现状；对策建议中图分类号：P731.36
文献标识码：A
文章编号：1001原6932（圆园19）
04原园368原11收稿日期：2018-07-20；修订日期：2018-12-05
基金项目：国家海洋局相关部门项目（2016AB020）；国家自然科学基金（41806132
），作者简介：董杰（1994原），硕士研究生，主要从事海洋资源与权益综合管理研究。： 。
通讯作者：武文，博士，副教授，主要从事海洋环境管理评价与规划、海岸带综合管理、海洋防灾减灾等研究。：wenwu1985@ouc.
< 。
The development of global tsunami warning systems and their
enlightenments to China
DONG Jie 1,TIAN Shi-zheng 1,WU Wen 1,CHEN Shao-yang 2,GUO Pei-fang 1
渊1.College of Oceanic and Atmospheric Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266000,China;
2.National Marine Data and Information Service,Tianjin 300171,China冤
Abstract ：The tsunami disasters occurring frequently since the 20th century have aroused widespre
ad concern in international communities.The coastal countries have not only increased inputs into the construction of tsunami early warning system,and basic theory study on tsunami and its risks,,but also have further strengthened the international exchange and cooperation in this field.China joined the "Pacific Tsunami Warning System"in 1983.With more than 30years of efforts,the framework of China's tsunami warning system has been basically set up,but there are still many areas that need to be improved.This study mainly introduces the status of the domestic and international tsunami early-warning systems,analyzes
the problems existing in China's tsunami early-warning system,and offers some suggestions for the future improvement.Keywords ：tsunami early warning system;domestic and overseas;construction status;countermeasures and suggestions 海啸是由海底地震、海底火山爆发、海底山体滑坡等产生的拥有100km 以上超长波长和短则几分钟长至1小时或者更长周期的大洋行波，是一种具有极大破坏力的海洋灾害。据统计，绝大部分海啸产生的源始是海底地震，因此，全球的海啸发生区与地震带大致相同。海啸来临时，淹没陆地，往往会危及财产和生命，毁坏港口设施与沿海建筑；海啸过后，城市一片狼藉，给沿海居民带来极大 灾难。截至目前，全球有记载的破坏性海啸约有260次左右，其中约80%发生在环太平洋地区（雷海，2005）。只有采取有效预警和工程措施才能减轻此类灾害。因此，建立和完善海啸监测和预警系
统对沿海各国，尤其是环太平洋沿岸国家和地区而言十分重要。鉴于此，世界各沿海国家都在着力推动本国海啸预警系统的建设，并在该领域进行了广泛的国际合作，相比之下我国海啸预警工作起步 Doi ：10.11840/j.issn.1001-6392.2019.04.002
海
洋通报
MARINE SCIENCE BULLETIN
Vol.38袁No.4
Aug.2019
第38卷第4期圆园19年8月
4期
图1美国海啸预警系统工作流程图
来源:NOAA,Tsunami
以美国为例，海啸预警系统的工作流程如图1
所示，当发生大型海底地震或是海底山体滑坡时，海啸预警中心会通过地震测量设备、潮海平面仪器
和美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration ，简称NOAA ）海啸
探测浮标等采集的相关数据来判断海啸是否发生，
较晚，还有许多问题亟待解决。在这一背景下，本文首先介绍了海啸预警系统的基本原理，随后阐述了美国、日本等国以及国际海啸预警系统的建设现状，并对当前中国海啸预警系统建设情况进行了分析，指出了我国现阶段取得的成绩和尚待解决的问题，最后借鉴国外先进经验，提出了对我国海啸预警系统建设的改进建议。
1海啸预警系统基本原理
海啸预警的物理基础在于地震纵波的传播速度
纤维素水解约为6~7km/s ，比海啸的传播速度快20~30倍，因此对于较远区域，地震波要比海啸早到达数十分钟乃至数小时。例如，1960年智利地震激发的海啸
22h 后才到达日本海岸。利用二者传播速度差造成的时间差进行数据整合和分析，模拟计算海啸到达
海岸的时间及强度，运用卫星遥感等空间技术监测海啸在海域中传播的进程，将预报信息通过建成的通信网络及时有效地传达给潜在受灾区域的民众，并在潜在受灾区域定期开展防灾减灾科普教育与应急演练，这样就可以实现灾前的有效应对，减轻海啸袭击时造成的损失。
董杰等：全球海啸预警系统发展及其对我国的启示
大型海底地震/山体滑坡
（7.0级或更高）海啸预警中心
州和当地的应急管理官员金蝉养殖吧
启动EAS 撤离低洼沿海地区
海啸信息公报-无海啸发生，
取消地震附近地区的海啸警告
海啸是否发生？
母鸡接鸡蛋
继续/扩大海啸信息公报，
各地区的海啸咨询，
监测和警告国家气象局沿海办事处根据海啸观测启
动紧急警报系统（EAS ），并通过NOAA
天气电台发出警告
背景音乐播放系统
拥有NOAA 天气无线电接收
机的地方（家庭、
企业、学校等）
（仅对地震附近地区）
全危险警报广播
（AHABs ）公众
电视、收音机、
有线向地震附近地区
发布海啸警告
是
否
地震测量设备
潮海平面仪器
NOAA 海啸探测浮标typec转usb
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海洋通报38卷
同时向地震附近地区发布海啸可能发生的警告。经分析判断后，若海啸未发生，则发布无海啸发生的
信息公报，并取消地震附近地区的海啸警告；若海啸已发生，则继续发布海啸信息公报，并向各受灾地区提供海啸咨询、监测和警示服务。在收到预警中心的海啸警告后，国家气象局（National Weather
防护耳罩Service，简称NWS）沿海办事处将通过NOAA天气电台启动紧急警报系统（Emergency Alert System，简称EAS），当地的紧急管理官员也将启动紧急警报系统，在最初的海啸波到来之前疏散沿海低洼地区民众；与此同时，华盛顿全危险警报广播（All Hazard Alert Broadcasts，简称AHABs）将启动位于沿海偏远地区的室外警报系统，以提醒当地的人们；公众可以通过NOAA天气无线电接收器、电视、AM/FM广播、有线电视等多种途径获取最新的海啸预警信息。
不难看出，海啸预警中心是海啸预警系统的核心部分，预警中心能否第一时间收集到地震海啸数据，能否根据这些数据快速、准确地判断出海啸来临的时间和波及范围，是预警系统顺利运行与否的关键所在。目前，海啸预报的有效方式之一是数值模拟，海啸数值模式可准确模拟海啸传播和爬高过程，从而有效地提升海啸灾害评估的精确性。
2国际海啸预警系统建设现状
鉴于海啸的破坏程度，世界各大沿海国家着力建立或完善本国的海啸预警系统，并就海啸预警和防灾减灾进行广泛的国际合作，通过建立国际海啸预警系统，整合各国力量。本部分选取海啸预警系统发
展较早，体系较为完备成熟的美国和日本以及国际海啸预警系统的发展过程和建设现状，按照由国家到区域的建设历程进行阐述，并对美国的预报监测技术和日本的海啸灾害应急体系建设进行重点评述。
2.1美国海啸预警系统
美国官方的海啸预警系统建设始于1949年。作为1946年阿留申岛海啸的应对措施，首个海啸预警机构在夏威夷伊娃海滩中心（Ewa Beach Center）组建，并于1952年和1957年成功预警了两次海啸的发生，降低了灾害造成的影响。1960年智利9.5级大地震发生后，其引发的海啸给太平洋周边国家造成了严重危害，建立一个统一协调的海啸预警业务组织成为太平洋各国的共同愿望。在联合国的主持下，政府间海洋学委员会（Intergovernmental
Oceanographic Commission，简称IOC）于1968年成立了太平洋海啸预警系统政府间协调组（Intergovernmental Coordination Group for the Pacific Tsunami Warning System，简称ICG/PTWS）。随后美国提出将伊娃海滩中心作为太平洋海啸警报的业务总部，这一机构也被重新命名为太平洋海啸预警中心（Pacific Tsunami Warning Center，简称PTWC）。该中心直接服务于夏威夷岛、美国太平洋和加勒比海地区以及英属维尔京岛。2004年印度洋海啸之后，太平洋海啸预警中心承担了包括印度洋、南中国海、加勒比海以及波多黎各和美属维尔京岛在内的海啸预警职责（其中波多黎各和美属维尔京岛的职责于2007年6月转至西海岸和阿拉斯加海啸预警中心）。
作为1964年阿拉斯加地震海啸的应对措施，西海岸和阿拉斯加海啸预警中心（West Coast& Alaska Tsunami Warning Center，简称WCATWC）于1967年成立，其职责包括监测所有可能影响加利福尼亚州、俄勒冈州、华盛顿州、不列颠哥伦比亚省和阿拉斯加海岸的所有太平洋范围的海啸源并发布海啸预警信息；2004年印度洋海啸灾难发生后，这一范围又扩大到美国大西洋和墨西哥湾沿岸、波多黎各、维尔京岛和加拿大大西洋沿岸（Tang et al，2009）。2013年10月1日，西海岸和阿拉斯加海啸预警中心更名为国家海啸预警中心（National Tsunami Warning Center，简称NTWC）。
目前，美国的海啸预警系统由国家海洋和大气管理局（NOAA）下属的不同部门和机构分工合作共同构成，由NOAA进行统一协调和管理。海啸预警系统的工作主要由观测系统快速检测地震和海啸生成、模型预测海啸影响、及时准确发布预警信息、在海啸发生期间提供决策支持以提高社会反映、进行灾后准备工作以减少或消除灾害潜在影响等部分组成。其中，两个海啸预警中心负责指定服务区域内海啸信息的准备和发布工作（Bernard，2005）。
为了降低海啸灾害的危害性，尽可能地避免发出虚假警报以及由其所致的高经济成本，基于美国海洋与大气管理局下属的太平洋海洋环境实验室
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4期
图3DRAT 发展时间线
来源：Pacific Marine Environment Laboratory
图2DART 工作原理示意图
来源：Pacific Marine Environment Laboratory
（NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory ，
简称PMEL ）研制了海啸仪
（Bottom Pressure Recorder ，简称BPR ），PMEL 自1986年开始实施海啸浮标项目（Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis ，简称DART ）（Wei et al ，2008；刘佳佳，2007）
。每个DART 海啸浮标都包括一个锚定在海底的海底压力记录仪和一个锚系海面浮标，其中海底压力记录仪利用压力传感器探测到由海啸引起的海水压力变化，并通过声学连接方式把信息传送给浮标，而浮标可以用来监测海面的情况，通过地球同步环境气象卫星（Geostationary Operational Environmental Satellite ，简称GOES ）将来自海底和海面的数据发
送到地面站（如图2）（Mungov et al ，2010）。自
1995年第一代DART 投入使用，目前已经发展到第四代DART （如图3）
，DART
的投放数量截至2013年也增加至60个（如图4）
。
图4目前使用中的DART 分布情况来源：Pacific Marine Environment Laboratory
董杰等：全球海啸预警系统发展及其对我国的启示
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基于这一浮标监测网，NOAA/PMEL开发了实时海啸预警系统（Short-term Inundation for Tsunamis，简称SIFT），根据深海浮标观测数据和相关单位震源的假想地震海啸模拟数据反演推算震源信息，然后结合单位震源数据库快速算出海啸的波高（Titov
et al，2003；Gica，2015）。该系统已在美国投入业务化运行，应用该系统对多个历史海啸事件进行后报试验，得到的预报效果都非常好（王君成，2012）。
为了响应印度洋海啸预警系统政府间协调组（Intergovernmental Coordination Group for Indian Ocean Tsunami Warning and Mitigation System，简称ICG/IOTWS）关于开发基于网络的社区海啸模型的建议，美国国际开发署（United States Agency for International Development，简称USAID）资助，国家海洋和大气管理局海啸研究中心（NOAA Center for Tsunami Research，简称NCTR）开发了海啸社区模型接口（The Community Model Interface for Tsunami，简称ComMIT）。ComMIT是一种支持互联网界面访问的建模工具，使政府机构及其他机构能够使用本地或远程数据库中的数据运行海啸模型。该工具主要有三个方面的优势：（1）弥补了因缺少海啸建模技术人员的国家或地区无法进行海啸预报的不足；（2）规避了国家或地区专有海洋的测量数据的外泄，它允许限制共享地理空
间数据的国家在本地输入数据，不与其他基于网络的模型用户共享，但同时在区域或全球共享模型结果；（3）基于互联网的方法创建了一个虚拟的区域和全球建模者社区，在社区中使用相同的工具和方法来了解海啸威胁，实现海啸预报的发展与完善。2.2日本海啸预警系统
日本是一个地处太平洋，四面环海的岛国，位于世界上最活跃的地震区，其环太平洋沿岸经常性地遭受到地震海啸的侵袭。因此日本国内海啸预警和咨询的唯一机构——
—日本气象厅（The Japan Meteorological Agency，简称JMA）早在1941年就着手通过建设预警系统减轻海啸的危害。尽管日本已经完成早期海啸预警系统，但是鉴于海啸预警能力的有限性和海啸警报的延时性，1993年日本又遭受了一次海啸灾害的侵袭（Sato,2009）。为了更好地发挥海啸预警系统的功能，1994年起日本开始研发新一代海啸预警系统，其包括地震监测网、基于数据库技术的快速数值预报以及基于卫星通信
的海啸预警快速分发系统三部分。1995年建立基于海啸预警数据库的定量海啸预警系统，1999年基于数值预报技术的新一代海啸预警系统研制完成，实现定量海啸预警信息的发布。该系统所运用的原理是：首先，从日本近海地震高发地区选取一定数量的假定震源，通过对假定震源设置相关地震参数，致使这些假定震源引发地震海啸；其次，将每个由假定震源引发的地震海啸的模拟结果整合并存储到数据库中；最后，当真实的地震海啸事件发生时，海啸预警系统会迅速从数据库中搜索与当前的地震
海啸事件最相符的8个假定地震海啸模拟数据结果，并通过线性插值的方式对数据结果进行处理实现海啸的预报（于福江等，2005）。
“3.11”东日本大地震导致的海啸灾害，造成大约1.9万人遇难或失踪，说明日本尚未拥有应对处理此类规模地震海啸事件的能力。作为对地震海啸预警工作自我评价较好的国家，日本积极反思当前海啸预警系统的潜在问题，即自然现象预测的不稳定性和不稳定性的认识融入民众认知的困难性。吸取了“3.11”东日本大地震的教训，日本对当前海啸预警系统进行了修订，并于2013年正式启动全新的海啸预警系统，新系统对预警发布讯息进行了修改，将预测海啸高度的级别由原有的8个阶段减至5个阶段，此外，发布预警讯息时的标准分别是海啸预警消息为1m、海啸警报为3m、大海啸警报为5m或10m、超过10m（表1）。而对于规模无法准确判定的海啸事件，将使用“巨大”或者“很高”的措辞描述。除修改发布讯息内容外，新的预警系统重视通过仪器设备和计算方法的完善实现预警信息发布的及时和准确，包括地震监测站的数量由2011年的221个增加为2013年的261个；地震监测站电池系统更新，显著提升监测续航能力；安装环形装置“宽频强震仪”，量度地震所触发的地震波等。一般情况下，地震发生后最迟20min、最快不到5min海啸就会冲击海岸，这一目标的确立将显著地减少海啸带来的危害（图5）。
表1日本海啸公告/警报发布标准
类别预示内容
估计最大海啸高度
定量表达定性表达大型海啸预警海啸高度将超过3m超过10m/10m/5m巨高
海啸预警海啸高度达到3m3m高
海啸注意预报海啸高度达到1m1m N/A
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