2013年禁核試核查科學(xué)與技術(shù)大會(huì)＊

唐 偉 王 燕 劉哲函 王曉明

（禁核試北京國(guó)家數(shù)據(jù)中心，北京100085）

會(huì)議信息與會(huì)議概況

2013年禁核試核查科學(xué)與技術(shù)大會(huì)＊

唐 偉 王 燕 劉哲函 王曉明

（禁核試北京國(guó)家數(shù)據(jù)中心，北京100085）

1 會(huì)議概況

全面禁止核試驗(yàn)條約組織（Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization，CTBTO）是聯(lián)合國(guó)常設(shè)機(jī)構(gòu)之一，是保證《全面禁止核試驗(yàn)條約》執(zhí)行的機(jī)構(gòu)，條約組織由締約國(guó)大會(huì)、執(zhí)行理事會(huì)、技術(shù)秘書處組成，所有締約國(guó)都是該組織的成員。在《全面禁止核試驗(yàn)條約》生效前，設(shè)立禁核試條約組織籌委會(huì)，其常設(shè)機(jī)構(gòu)為臨時(shí)技術(shù)秘書處（Provisional Technical Secretariat，PTS），現(xiàn)任執(zhí)秘是來(lái)自西非布基納法索的拉西納·澤博博士。

禁核試核查科學(xué)與技術(shù)大會(huì)起源于CTBTO在2006年組織的科學(xué)協(xié)作論壇及2009年舉辦的國(guó)際科學(xué)研究，首屆禁核試核查科學(xué)與技術(shù)大會(huì)（Science and Technology Conference，SnT）舉辦于2011年，2013年的科學(xué)與技術(shù)大會(huì)于6月17日至21日，在奧地利首都維也納霍夫?qū)m舉辦。

本屆禁核試核查科學(xué)與技術(shù)大會(huì)共有來(lái)自CTBTO、國(guó)際原子能委員會(huì)（International Atomic Energy Agency，IAEA）等國(guó)際組織，各國(guó)地震、地球物理研究機(jī)構(gòu)、國(guó)家數(shù)據(jù)中心、科研院校，核查設(shè)備供應(yīng)商等100余個(gè)國(guó)家和地區(qū)的750余名專家參會(huì)。中國(guó)地震局、禁核試北京國(guó)家數(shù)據(jù)中心等單位參加了此次大會(huì)。本次大會(huì)共收到論文330篇，其中大會(huì)報(bào)告80篇，張貼海報(bào)250余幅。

2 會(huì)議宗旨與議題

2013年禁核試核查科學(xué)與技術(shù)大會(huì)的宗旨是通過(guò)CTBTO與科學(xué)界的互動(dòng)，加強(qiáng)核查監(jiān)測(cè)研究并促進(jìn)其發(fā)展，具體來(lái)說(shuō)包含4個(gè)方面：①實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新成果在CTBT核查中的應(yīng)用；②促進(jìn)核查數(shù)據(jù)在科學(xué)研究方面的推廣應(yīng)用；③加強(qiáng)CTBTO與科學(xué)界在經(jīng)驗(yàn)及創(chuàng)新構(gòu)思方面的交流；④擴(kuò)大科學(xué)界參與禁核試核查監(jiān)測(cè)。

本次大會(huì)共分為3個(gè)議題：復(fù)雜地球系統(tǒng)，事件及其特征，傳感器技術(shù)、臺(tái)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)展。

復(fù)雜地球系統(tǒng)議題著重于地球的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)特征，這些特征可以通過(guò)分析地震、水聲、次聲數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的地球物理數(shù)據(jù)或其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取。地理特性的研究進(jìn)而也會(huì)促進(jìn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與判讀。具體研討內(nèi)容包括：巖石圈、水圈及大氣的全尺度結(jié)構(gòu)以及相互作用；地震與聲數(shù)據(jù)、放射性核素?cái)U(kuò)散軌跡數(shù)據(jù)的科學(xué)應(yīng)用；區(qū)域地震波走時(shí)模型與次聲波聲速模型；放射性核素傳輸?shù)拇髿馀c地表模型；利用高分辨率地球物理技術(shù)研究地殼結(jié)構(gòu)特征地質(zhì)變化的預(yù)測(cè)模型及數(shù)據(jù)；日本東北大地震與福島核電站事故再分析等。

地震、爆炸、放射性核素泄露產(chǎn)生的信號(hào)可被當(dāng)?shù)?、區(qū)域或全球監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)到，這些事件的發(fā)生時(shí)間、地理位置、事件特征可從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中獲取。事件及其特征議題包括：根據(jù)逼真地球模型進(jìn)行地震事件定位；利用逼真大氣模型進(jìn)行次聲定位；根據(jù)多點(diǎn)放射性核素探測(cè)結(jié)果確定源區(qū)域；利用當(dāng)?shù)?、區(qū)域以及全球臺(tái)網(wǎng)評(píng)估源的特性；核事故的觀測(cè)與評(píng)估；人工事件及觀測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)視察的關(guān)聯(lián)；事件特征描述與現(xiàn)場(chǎng)視察程序在民用領(lǐng)域的應(yīng)用等。

全面禁止核試驗(yàn)條約規(guī)定可以對(duì)1 000km2范圍內(nèi)的可疑區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)視察。因此，傳感器、臺(tái)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)展議題著重于傳感器、臺(tái)網(wǎng)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)與解讀方面所取得的進(jìn)展。這些進(jìn)展可能來(lái)自已經(jīng)在其他領(lǐng)域獲得應(yīng)用的技術(shù)，如衛(wèi)星影像；或?qū)ζ渌夹g(shù)加以改進(jìn)使之適用于CTBT。具體研討內(nèi)容包括：監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)；全球、區(qū)域事件與現(xiàn)場(chǎng)視察系統(tǒng)的比較及融合；不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的融合處理；與CTBT現(xiàn)場(chǎng)視察相關(guān)的商業(yè)和科學(xué)應(yīng)用；提高系統(tǒng)的可維護(hù)性、可靠性及運(yùn)行效率；適合處理大量數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；將科技創(chuàng)新融入到運(yùn)行數(shù)據(jù)處理上的技術(shù)途徑；傳感器、監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)、全球臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸與處理、現(xiàn)場(chǎng)視察等方面的技術(shù)展望；教育、能力建設(shè)及知識(shí)轉(zhuǎn)讓等。

3 會(huì)議內(nèi)容

會(huì)議首先由PTS執(zhí)秘澤博博士對(duì)本次會(huì)議的情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)潘基文專門為本次大會(huì)錄制了致辭視頻。本次會(huì)議采用3種交流方式：特邀專家專題報(bào)告、專家技術(shù)報(bào)告以及海報(bào)交流。

大會(huì)特邀專家包括英國(guó)皇家國(guó)際事務(wù)研究所的帕特麗夏路易斯等IAEA前負(fù)責(zé)人漢斯·布利克斯做了“安全需要科學(xué)和批判性思維”、美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室前主任西格弗里德·赫克做了“批準(zhǔn)《全面禁止核試驗(yàn)條約》的風(fēng)險(xiǎn)與效益分析”、美國(guó)前國(guó)務(wù)卿埃倫·陶舍爾做了“推進(jìn)布拉格降低核風(fēng)險(xiǎn)決議”、法國(guó)國(guó)防部戰(zhàn)略研究部主任米歇爾·米雷耶做了“科技：驗(yàn)證可持續(xù)性的關(guān)鍵”等報(bào)告。

3.1 地震監(jiān)測(cè)

國(guó)際數(shù)據(jù)中心（International Data Centre，IDC）工作人員介紹了IDC事件定義準(zhǔn)則。在目前定義準(zhǔn)則下，IDC的事件公報(bào)中漏檢了較多小震級(jí)區(qū)域事件，若適當(dāng)放寬事件定義標(biāo)準(zhǔn)，則能解決上述問(wèn)題，但可能導(dǎo)致IDC公報(bào)中事件數(shù)大幅度增加。另外，還介紹了利用波形相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行全球重復(fù)地震事件檢測(cè)的設(shè)想，通過(guò)設(shè)定波形模板，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)波形數(shù)據(jù)與模板信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)，通過(guò)相關(guān)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)重復(fù)事件的檢測(cè)。挪威地震研究中心（NORSAR）介紹了一種經(jīng)驗(yàn)匹配場(chǎng)技術(shù)（empirical matched field processing，EMFP），通過(guò)匹配臺(tái)站記錄的不同頻帶信號(hào)與模板信號(hào)具有相同的波前特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大地震余震的檢測(cè)，該方法解決了因震源時(shí)間函數(shù)差異導(dǎo)致的波形相關(guān)檢測(cè)失效問(wèn)題。

大會(huì)多篇報(bào)告介紹了區(qū)域地震信號(hào)走時(shí)模型（regional seismic travel time，RSTT）反演的研究成果，目前美國(guó)已經(jīng)完成了北美和歐亞部分地區(qū)的區(qū)域地震信號(hào)走時(shí)模擬反演。相關(guān)內(nèi)容包括：RSTT基本原理、初始模型、在地震事件定位中的應(yīng)用、利用真實(shí)事件對(duì)RSTT進(jìn)行驗(yàn)證、性能評(píng)估等。利用國(guó)際監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（international monitoring system，IMS）臺(tái)站觀測(cè)的數(shù)據(jù)，在使用不同信號(hào)走時(shí)模型和關(guān)聯(lián)信號(hào)數(shù)據(jù)量的情況下，對(duì)真實(shí)事件進(jìn)行定位分析。結(jié)果表明，使用RSTT模型可以顯著提高IMS地震事件的定位精度

集成地震分析結(jié)果的臺(tái)網(wǎng)處理技術(shù)（NETwork processing Vertically Integrated Seismic Analysis，NET-VISA）是近年來(lái)研究的一種有別于傳統(tǒng)格點(diǎn)搜索法的地震事件關(guān)聯(lián)方法，通過(guò)利用真實(shí)地震事件及信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征，建立相應(yīng)的概率模型。在保證相同誤檢率的情況下，可以使得IDC大量減少漏檢事件，從而改善大事件余震的定位精度、提高處理速度，NET-VISA關(guān)聯(lián)的先決條件是分析地區(qū)有歷史事件分布。下一步研究計(jì)劃包括添加水聲臺(tái)站進(jìn)行關(guān)聯(lián)、集成實(shí)時(shí)背景噪聲水平等。

大會(huì)還有多篇報(bào)告介紹了IMS臺(tái)站監(jiān)測(cè)能力，檢測(cè)信號(hào)與事件的量化評(píng)估方法；印度技術(shù)研究中心對(duì)喜馬拉雅及周邊地區(qū)的地震事件進(jìn)行了再分析，總結(jié)了5.5級(jí)以上事件的發(fā)生規(guī)律。哈薩克斯坦地球物理研究機(jī)構(gòu)對(duì)爆炸P波初動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了研究，分析了前蘇聯(lián)1968—1983年在里海核試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行的19次核試驗(yàn)的爆炸機(jī)理；哈薩克斯坦地震臺(tái)網(wǎng)每年記錄超過(guò)5 000個(gè)爆炸事件，通常情況下，爆炸產(chǎn)生的地震波初動(dòng)向上（＋），大約有0.2%的爆炸事件地震波初動(dòng)向下（-）。

3.2 次聲監(jiān)測(cè)

次聲技術(shù)是本次科技大會(huì)的重要內(nèi)容之一，在6月17日下午與6月20日下午安排了兩個(gè)次聲專場(chǎng)報(bào)告。議題分別為大氣結(jié)構(gòu)與次聲、次聲傳感器與數(shù)據(jù)分析，每個(gè)議題由5篇大會(huì)報(bào)告組成。另外20余篇海報(bào)交流了與次聲相關(guān)的研究成果。

美國(guó)夏威夷大學(xué)對(duì)海洋表面波非線性共振產(chǎn)生的次聲波進(jìn)行了研究，該次聲信號(hào)的頻率在0.2Hz左右，利用氣候預(yù)報(bào)再分析系統(tǒng)提供的全球風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)WAVEWATCH 3波譜模型對(duì)2010—2012年的微氣壓場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。CTBTO與法國(guó)科研機(jī)構(gòu)等共同開展了大氣表面壓力擾動(dòng)與2008年8月1日太陽(yáng)耀斑活動(dòng)規(guī)律性的研究并與臨時(shí)布設(shè)的微氣壓計(jì)及IMS次聲臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較。利用線性數(shù)值譜模型對(duì)全部微氣壓計(jì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，臭氧層和對(duì)流層溫度的降低都會(huì)在地表產(chǎn)生可監(jiān)測(cè)的氣壓擾動(dòng)，而對(duì)流層溫度的降低更可能是導(dǎo)致地表氣壓變化的主要因素。IDC介紹了IMS次聲數(shù)據(jù)參與火山監(jiān)測(cè)的相關(guān)情況，歐洲大氣分層動(dòng)力學(xué)研究（ARISE）計(jì)劃旨在研究大氣層的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，該計(jì)劃獲得了CTBTO、法國(guó)圖盧茲火山灰觀測(cè)中心等40余家科研機(jī)構(gòu)參加，CTBTO為該項(xiàng)目提供了大量次聲數(shù)據(jù)。俄羅斯大氣物理研究所分析了1981—2011年俄羅斯不同季節(jié)多次10kg～70t地面爆炸，發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)在中層大氣層（20～120km）內(nèi)均存在一個(gè)很好的大氣分層結(jié)構(gòu)，總體上，中層大氣層中溫度和風(fēng)的垂向分布不均勻性是該分層結(jié)構(gòu)的主要特征。目前，IMS與各國(guó)研究機(jī)構(gòu)建立的次聲臺(tái)站普遍采用MB2000和MB2005次聲傳感器。在本次大會(huì)期間，來(lái)自法國(guó)原子能委員會(huì)（French Alternative Energies and A-tomic Energy Commission，CEA）的技術(shù)人員介紹了最新研制的MB3000系列次聲傳感器，該傳感器最顯著的優(yōu)勢(shì)是具有自適應(yīng)校正能力。

3.3 核素監(jiān)測(cè)

勞倫斯利弗摩爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、拉斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室、羅斯朗自然實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)的技術(shù)人員介紹了使用示蹤氣體注入原地下爆炸腔體進(jìn)行試驗(yàn)研究的最新進(jìn)展，英國(guó)和意大利的研究機(jī)構(gòu)報(bào)告了爆后放射性同位素泄露過(guò)程的模擬計(jì)算。瑞典國(guó)防研究機(jī)構(gòu)（FOI）介紹了現(xiàn)場(chǎng)視察（on-site inspection，OSI）新型惰性氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SAUNA-OSI）的研發(fā)進(jìn)展，通過(guò)加快流程速度提高了可獲取樣品的數(shù)量、優(yōu)化了鉛屏蔽體設(shè)計(jì)，正在進(jìn)行原理樣機(jī)的試驗(yàn)。法國(guó)CEA和美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest NationalLaboratoryPNNL等機(jī)構(gòu)正在研發(fā)以Si-PIN作為β探測(cè)器的新型β-γ符合測(cè)量系統(tǒng)，并考慮將其納入已有的氙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。伊朗報(bào)告了使用外校準(zhǔn)源對(duì)β-γ系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的研究、英國(guó)核素實(shí)驗(yàn)室介紹了反宇宙射線γ譜儀的研發(fā)情況。多篇報(bào)告介紹了放射性氙本底的監(jiān)測(cè)情況和變化的規(guī)律性等。

3.4 水聲監(jiān)測(cè)

IDC介紹了水聲監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的相關(guān)情況，目前，IMS水聲監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括5個(gè)T相臺(tái)站、6個(gè)H相臺(tái)站；介紹了一種三維拋物線水聲信號(hào)傳播模型，通過(guò)實(shí)例與二維模型進(jìn)行理論模型及實(shí)測(cè)結(jié)果比較。荷蘭、英國(guó)、奧地利等國(guó)的科研機(jī)構(gòu)利用兩個(gè)位于印度洋的IMS水聲臺(tái)站，開展了監(jiān)測(cè)南極冰山的研究，識(shí)別出了由冰山破裂、相互撞擊、分解產(chǎn)生的水聲信號(hào)。利用臺(tái)陣信號(hào)方位角，對(duì)兩個(gè)較大的冰山（C20，B17B）進(jìn)行了信號(hào)源定位，將定位的時(shí)空結(jié)果與衛(wèi)星觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這些冰山就是所觀測(cè)水聲信號(hào)的觸發(fā)源，且在冰山破碎時(shí)產(chǎn)生的水聲信號(hào)最為集中。以C20冰山為例，隨著冰山的不斷破裂，探測(cè)事件在主冰山東南方向集中分布，這一觀測(cè)結(jié)果表明，水聲觀測(cè)可以記錄衛(wèi)星無(wú)法識(shí)別的冰山破裂過(guò)程。

3.5 特殊事件分析

本次科技大會(huì)安排專題對(duì)朝鮮第3次核試驗(yàn)和2013年2月15日俄羅斯隕石爆炸進(jìn)行交流。

IDC對(duì)朝鮮第3次核試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行了總結(jié)，IMS地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)到了來(lái)自朝鮮前兩次核試驗(yàn)場(chǎng)附近的清晰信號(hào)，IDC計(jì)算的事件震級(jí)為4.9，共有96個(gè)IMS臺(tái)站監(jiān)測(cè)到了信號(hào)，包括I30JP與I45RU次聲臺(tái)站；針對(duì)可能出現(xiàn)的放射性核素泄露，利用大氣輸運(yùn)模型對(duì)核素?cái)U(kuò)散進(jìn)行了模擬，在“2 ·12”核試驗(yàn)后，周邊核素臺(tái)站沒有立即監(jiān)測(cè)到放射性異常。55天后，即4月7日，在JPX38臺(tái)站監(jiān)測(cè)到了明顯的Xe-133，通過(guò)ATM反演認(rèn)為監(jiān)測(cè)到的異常核素來(lái)自朝鮮核試驗(yàn)場(chǎng)，日本、韓國(guó)等也給出了類似結(jié)論。NORSAR介紹了利用波形相關(guān)進(jìn)行定位的結(jié)果，定位結(jié)果位于2009年試驗(yàn)點(diǎn)西南450m，誤差100m。

韓國(guó)地球物理與礦產(chǎn)研究所（Korea Institute of Geoscience and Mineral Resource，KIGAM）的分析結(jié)果認(rèn)為，第3次核試驗(yàn)地點(diǎn)位于2009年爆炸位置以南400m，利用事件震級(jí)和P波譜比值，KIGAM給出的當(dāng)量范圍為6～7kt（±3kt）。日本原子能研究院也利用大氣模擬等技術(shù)對(duì)4月7日Xe-133異常進(jìn)行了分析，認(rèn)為朝鮮第3次核試驗(yàn)是成功的，爆炸當(dāng)量相當(dāng)于10kt，核燃料可能為Pu-139。

IDC、美國(guó)艾莫斯實(shí)驗(yàn)室、法國(guó)CEA等機(jī)構(gòu)介紹了2013年2月15日流星爆炸事件的分析結(jié)果。IMS次聲臺(tái)網(wǎng)中20個(gè)次聲臺(tái)站監(jiān)測(cè)到了此次事件，其中最遠(yuǎn)的次聲臺(tái)站距離爆炸點(diǎn)達(dá)45 000km。次聲信號(hào)的持續(xù)時(shí)間為10min～3h，多個(gè)次聲臺(tái)站監(jiān)測(cè)到了大氣層不同反射層反射的次聲信號(hào)。監(jiān)測(cè)次聲信號(hào)的平均周期為39s，根據(jù)周期與當(dāng)量關(guān)系，推測(cè)此次流星爆炸當(dāng)量為450kt，與美國(guó)NASA公布的結(jié)果較為接近。

3.6 多種監(jiān)測(cè)技術(shù)融合

IDC介紹了一種利用大氣輸運(yùn)反演，實(shí)現(xiàn)了地震、次聲、水聲與放射性核素的融合。當(dāng)放射性核素臺(tái)站測(cè)到異常核素時(shí)，利用大氣輸運(yùn)進(jìn)行反演，結(jié)合由大氣輸運(yùn)反演計(jì)算的核素敏感區(qū)域，從審核公報(bào)中搜索出敏感區(qū)域內(nèi)可能與核素監(jiān)測(cè)結(jié)果匹配的事件，并標(biāo)記為融合事件。

德國(guó)國(guó)家數(shù)據(jù)中心（National Data Centre，NDC）與瑞典NDC在大會(huì)報(bào)告中介紹了2012年國(guó)家數(shù)據(jù)中心實(shí)戰(zhàn)演練（NDC Preparedness Exercise 2012，NPE2012）的相關(guān)情況。NPE2012由德國(guó)NDC負(fù)責(zé)組織，我國(guó)NDC參加了包括此次演練在內(nèi)的歷次NPE演練德國(guó)NDC介紹了NPE2012演練的相關(guān)情況，并對(duì)演練事件推演過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)明，與瑞典NDC分析過(guò)程基本相似，包括利用同位素活度比確定觸發(fā)事件的發(fā)生時(shí)間范圍，利用大氣輸運(yùn)反演確定觸發(fā)事件的區(qū)域，并依此確定觸發(fā)事件。

本次大會(huì)的詳細(xì)內(nèi)容可在全面禁止核試驗(yàn)條約組織網(wǎng)站查詢（http：∥www.ctbto.org／the-organization／science-and-technology-the-conference-series／）。

（作者電子信箱，唐偉：tang.wei＠ndc.org.cn）

TL91；

D；

10.3969／j.issn.0235-4975.2014.05.007

2014-03-07。