美國地質(zhì)調(diào)查局防震減災(zāi)產(chǎn)品研發(fā)優(yōu)勢與啟示

司政亞 蔣長勝

1）中國北京100080 北京市地震局

2）中國北京100081 中國地震局地球物理研究所

中美兩國都是自然災(zāi)害較為嚴重的國家，在全球自然災(zāi)害損失總量上，美國位列第一、中國位列第三，兩國均面臨著嚴峻的地震災(zāi)害風(fēng)險。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）是美國履行生態(tài)系統(tǒng)、能源與礦產(chǎn)、環(huán)境衛(wèi)生、國土資源、自然危害、水資源等領(lǐng)域國家任務(wù)，并引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展、向公眾提供優(yōu)質(zhì)科學(xué)信息的重要政府機構(gòu)，公共服務(wù)是其核心職能。在防震減災(zāi)公共服務(wù)領(lǐng)域，USGS 的領(lǐng)先優(yōu)勢和先進做法值得借鑒。

（一）USGS 具備全球地震監(jiān)測和災(zāi)害事件應(yīng)急響應(yīng)能力，將地震減災(zāi)公共服務(wù)及其國家利益延伸至全球。

（1）優(yōu)勢分析。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）明確地將涉及美國在全球利益的地震減災(zāi)產(chǎn)品作為其公共服務(wù)內(nèi)容。目前，USGS 所轄機構(gòu)國家地震信息中心（NEIC）對全球范圍的中等地震，在震后約20 min 內(nèi)發(fā)布快速的地震基本參數(shù)信息，對5.5 級以上地震則提供更為豐富的地震災(zāi)害風(fēng)險事態(tài)感知信息，例如地震動預(yù)測圖（ShakeMap）和全球地震響應(yīng)快速評估（PAGER）等產(chǎn)品。對于科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，還提供俯沖帶幾何結(jié)構(gòu)（Slab）數(shù)據(jù)產(chǎn)品和軟件工具、全球災(zāi)害性地震目錄、全球地震分布圖（最新版為2020 年發(fā)布的全球1900—2018 年5.5+地震分布圖）等較為豐富的全球化地震信息產(chǎn)品（Ludwig et al，2018）。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的全球地震信息已成為諸多國家和國際組織應(yīng)對地震以及衍生的海嘯、地質(zhì)災(zāi)害等的重要信息來源，是美國政府占據(jù)全球戰(zhàn)略優(yōu)勢的重要組成部分。

（2）啟示。上述全球地震響應(yīng)能力，得益于USGS 建設(shè)的最大規(guī)模的全球地震臺網(wǎng)（GSN）。GSN 在1983 年的最初設(shè)計目的是為實現(xiàn)對全球核爆炸事件的監(jiān)測，因其具有服務(wù)美國全球利益的獨特戰(zhàn)略價值，得到持續(xù)發(fā)展。目前已建設(shè)153 個地震臺，實現(xiàn)對非洲、歐洲大部分地區(qū)、亞洲及太平洋地區(qū)4.5 級左右地震的監(jiān)測能力，其中30 個臺站與全面禁止核試驗條約（CTBT）國際監(jiān)測系統(tǒng)（IMS）共享共用。GSN 臺站可記錄的地震動頻率，從近震源強地動的高頻波到地球自由震蕩產(chǎn)生的長周期波，具有地震監(jiān)測、地學(xué)研究、微弱震動監(jiān)視等多種用途。為填補全球海洋中地震臺站布局的空白，美國在未來10 年還將增建34 個GSN 臺站，以形成約2 200 km 間隔的全球完整覆蓋。并以及重點針對海嘯易發(fā)區(qū)的適度增加臺站密度以改善全球地震層析成像和地幔動力學(xué)研究等關(guān)鍵學(xué)科的觀測條件。

參考USGS 上述建設(shè)發(fā)展經(jīng)驗，我國未來宜持續(xù)推進中國版的全球地震臺網(wǎng)、區(qū)域性的地震海嘯預(yù)警系統(tǒng)等基礎(chǔ)能力建設(shè)。

（二）USGS 擁有種類豐富、快速先進的地震災(zāi)害公共服務(wù)產(chǎn)品，邊研發(fā)，邊改進，邊服務(wù)。

（1）優(yōu)勢分析。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）目前開發(fā)并面向政府應(yīng)急管理部門和社會公眾提供實時的地震通知服務(wù)（ENS）、綜合地震目錄（ComCat）、全球地震響應(yīng)快速評估信息（PAGER）、公眾地震感知（DYFI）、矩張量和有限斷層面解等震源特征產(chǎn)品，以及ShakeMap 和ShakeCast 等地震動烈度信息、工程強地面運動數(shù)據(jù)產(chǎn)品（Ludwig et al，2018）。為確保美國在地震減災(zāi)服務(wù)能力上的世界領(lǐng)先地位，USGS 所轄的NEIC 在未來5年還將：①開發(fā)并增加新的地震情景感知產(chǎn)品，將滑坡和砂土液化的概率評估納入全球地震響應(yīng)快速評估系統(tǒng)（PAGER）；②實施地震預(yù)警（EEW）、可操作余震預(yù)測（OAF）以及改進（更高分辨率）災(zāi)害和影響評估產(chǎn)品；③改進國家地震災(zāi)害模型（NSHM）并推進在抗震建筑建設(shè)中的應(yīng)用，開發(fā)新的地震工具和影響評估策略；④加強實時GPS、干涉合成孔徑雷達InSAR 等大地測量數(shù)據(jù)在地震破裂性質(zhì)和形變監(jiān)測研究中的應(yīng)用；⑤探索將地面真實信息直接納入到震動和影響模型估計中，研究全面收集震后影響相關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)方法（Hayes et al，2019）。

（2）啟示。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）研發(fā)并提供的上述地震災(zāi)害信息服務(wù)產(chǎn)品，是其全球領(lǐng)先的防震減災(zāi)公共服務(wù)的最有力支撐。這些服務(wù)產(chǎn)品目前已成為美國政府、社會公眾以及其他國家和地區(qū)政府開展重大地震災(zāi)害應(yīng)對、減少破壞、指導(dǎo)震時與震后恢復(fù)重建工作最重要的科學(xué)產(chǎn)品。

擁有上述全球領(lǐng)先的地震災(zāi)害信息服務(wù)產(chǎn)品體系的原因如下。①數(shù)十年持續(xù)改進發(fā)展并拓展創(chuàng)新公共服務(wù)產(chǎn)品。USGS 將地震災(zāi)害信息服務(wù)產(chǎn)品作為其公共服務(wù)的核心內(nèi)容，并不斷拓展新的公共服務(wù)產(chǎn)品，例如2004 年推出“加州未來24 小時的地震預(yù)測”產(chǎn)品（數(shù)年后因其他原因取消公開服務(wù)）、2015 年以來逐步推出的可操作余震預(yù)測（OAF），等等；②具有堅實深厚的全球領(lǐng)先的地震科技創(chuàng)新能力。USGS 利用自身資金、美國國家基金委（NSF）資金、其他聯(lián)邦和州機構(gòu)以及私人基金會的經(jīng)費支持，并通過建立全美國高?？茖W(xué)聯(lián)盟性質(zhì)的南加州地震中心（SCEC）、USGS 地震科學(xué)中心（Earthquake Science Center）等機構(gòu)，持續(xù)提供科學(xué)產(chǎn)品供給；③地震災(zāi)害公共服務(wù)產(chǎn)品強調(diào)內(nèi)在邏輯和體系化、實證信息的使用。在服務(wù)產(chǎn)品的邏輯關(guān)系上，NEIC 對地震災(zāi)害事件采用更綜合、更動態(tài)、更基于因果關(guān)系的框架體系設(shè)計產(chǎn)品，以使用戶易于理解有關(guān)聯(lián)的其他地震災(zāi)害事件的關(guān)系。為顯著提高風(fēng)險感知類產(chǎn)品的準確性和可靠性，矯正震后自動快速產(chǎn)出產(chǎn)品，USGS 強調(diào)對更多實證信息的使用，例如使用更多的強震動記錄、“眾包”的地震災(zāi)害現(xiàn)場損失信息、遙感影像獲取的地震災(zāi)害或次生災(zāi)害信息，等等。

（三）USGS 常態(tài)化地開展科學(xué)戰(zhàn)略研究并發(fā)布、提供前瞻性、引導(dǎo)性的公共服務(wù)科學(xué)產(chǎn)品。

（1）優(yōu)勢分析。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）制定了大量與防震減災(zāi)有關(guān)的、具有國際重要影響力的科學(xué)戰(zhàn)略研究報告。這些前瞻性的科學(xué)戰(zhàn)略研究報告，在幫助防震減災(zāi)決策者、執(zhí)行者和參與者凝聚共識、確定未來重要努力方向上，發(fā)揮了重要作用。近年來制定的重要的科學(xué)戰(zhàn)略研究報告如下。

2013 年發(fā)布《自然災(zāi)害科學(xué)戰(zhàn)略——促進國家的安全、保障和經(jīng)濟福祉》報告（U.S.Geological Survey natural hazards science strategy—Promoting the safety,security,and economic well-being of the nation），提出地震災(zāi)害對社會發(fā)展的風(fēng)險以及減輕風(fēng)險的優(yōu)先事項，以提供客觀公正的科學(xué)知識，幫助政府和社會機構(gòu)處理動態(tài)世界中災(zāi)害的社會后果。

2016 年發(fā)布《聯(lián)邦政府資助研究成果的公眾訪問：學(xué)術(shù)出版物和數(shù)字化資料》（Public access to results of federally funded research at the U.S.Geological Survey:scholarly publications and digital data）報告，實行科研成果面向社會公眾的開放服務(wù)，目前已將受其資助的所有研究成果，約16 萬份研究報告、論文、專著、地圖、數(shù)據(jù)和模型進行開放。

2017 年發(fā)布《美國國家現(xiàn)代地震監(jiān)測系統(tǒng)——現(xiàn)狀、發(fā)展機遇和戰(zhàn)略規(guī)劃（2017—2027》（Advanced National Seismic System—Current status,development opportunities,and priorities for 2017–2027）報告，系統(tǒng)闡述了美國國家現(xiàn)代地震監(jiān)測系統(tǒng)（ANSS）未來10 年的發(fā)展戰(zhàn)略和投資重點。

2018 年發(fā)布《面向風(fēng)險世界的科學(xué)——美國地質(zhì)調(diào)查局用于風(fēng)險研究和應(yīng)用的計劃》（Science for a risky world—A U.S.Geological Survey plan for risk research and applications）報告，面向與災(zāi)害風(fēng)險有關(guān)的政策制定者、社區(qū)成員、應(yīng)急管理者、資源管理者、公用事業(yè)運營者、企業(yè)和公眾個體，制定可提供災(zāi)害風(fēng)險信息、產(chǎn)品和工具的系列科學(xué)規(guī)劃，并實現(xiàn)應(yīng)對災(zāi)害事件和建設(shè)可恢復(fù)的彈性的未來。

2019年發(fā)布《國家地震信息中心（NEIC）未來五年（2019—2023年）戰(zhàn)略規(guī)劃》（National earthquake information center strategic plan,2019—2023）報告。為確保USGS 在全球地震監(jiān)測領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，改進其業(yè)務(wù)水平，緊跟地震學(xué)研究和創(chuàng)新成果，滿足服務(wù)對象的新需求，提出了未來發(fā)展的戰(zhàn)略方向。

（2）啟示?？茖W(xué)技術(shù)是美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）履行地震減災(zāi)國家任務(wù)、發(fā)展公共服務(wù)能力的核心支撐力量。為確保全球引領(lǐng)性，USGS 長期開展常態(tài)化的科學(xué)戰(zhàn)略研究，并引導(dǎo)其他政府機構(gòu)、各行業(yè)、企業(yè)和科研機構(gòu)等聚焦其戰(zhàn)略方向。在戰(zhàn)略研究的組織實施上，USGS 采用自身籌建研究工作組、聯(lián)合美國國家研究委員會（NRC）等多種形式，確保了戰(zhàn)略研究報告科學(xué)水準的世界領(lǐng)先，發(fā)揮了未來發(fā)展的方向標作用。加強防震減災(zāi)科學(xué)的常態(tài)化戰(zhàn)略研究，勢在必行。

（四）USGS 與經(jīng)濟社會發(fā)展深度融合，及時調(diào)整面向國家與社會新需求的公共服務(wù)內(nèi)容。

（1）優(yōu)勢分析。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的公共服務(wù)產(chǎn)品已與多行業(yè)、多領(lǐng)域進行了深度融合，使其成為當前美國經(jīng)濟社會發(fā)展不可或缺的重要核心機構(gòu)。

一方面，USGS 密切支撐配合不同行業(yè)部門開展多類型的災(zāi)害評估和預(yù)警。USGS 的地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)用于發(fā)布公共地震預(yù)警，并支持美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的海嘯預(yù)警。USGS 的火山監(jiān)測及時提供火山活動預(yù)警，并向聯(lián)邦航空管理局和美國空軍通報危險的火山灰云。USGS 的流量計和風(fēng)暴潮監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)則用于支持NOAA 的洪水和惡劣天氣（包括颶風(fēng)）預(yù)警。在國家海岸沿線和近海，USGS 的海岸和海洋研究支持對地震和海嘯災(zāi)害、主要風(fēng)暴對海岸的影響和海平面上升的評估。USGS 的山體滑坡災(zāi)害評估支持對山體滑坡突發(fā)事件和公共信息產(chǎn)品的響應(yīng)。USGS 地磁觀測站向美國國家海洋和大氣管理局以及美國空軍557 氣象聯(lián)隊提供地磁風(fēng)暴預(yù)報。

另一方面，USGS 最大限度地滿足多領(lǐng)域減災(zāi)需求。例如，在跟蹤化學(xué)和生物威脅方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，包括在監(jiān)測從動物傳播給人類的疾病方面發(fā)揮作用。USGS 的地理空間信息（GIS）業(yè)務(wù)則用于輔助支撐洪水、火災(zāi)和許多其他災(zāi)害的響應(yīng)行動。USGS 開發(fā)的脆弱性評估、情景和決策支持工具用于改善全國公共和私人土地上災(zāi)害的防備、預(yù)防、緩解、應(yīng)對和恢復(fù)。在國際范圍內(nèi)，USGS 通常與美國國際開發(fā)署（USAID）的美國外國災(zāi)害援助辦公室（OFDA）合作，支持能力建設(shè)、分享技術(shù)并監(jiān)測海外災(zāi)害。例如，USGS 為USAID 和非洲司令部（AFRICOM）開發(fā)全球和所在區(qū)域的地震風(fēng)險評估產(chǎn)品，以及配合美國聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署（FEMA）的災(zāi)害美國（HAZUS）軟件進行聯(lián)合開發(fā)運行，等等。此外，USGS 開發(fā)出可用于多種風(fēng)險降低措施的產(chǎn)品，例如震后人道主義應(yīng)對措施、海嘯災(zāi)區(qū)的社區(qū)規(guī)劃、自然過程和人類土地使用及其潛在損失風(fēng)險的研究，等等。

（2）啟示。與經(jīng)濟社會深度融合發(fā)展、不斷滿足國家和社會的新需求變化，是USGS在1995 年經(jīng)歷了生存危機后成功的改革發(fā)展戰(zhàn)略。利用自身科技優(yōu)勢，解決國家關(guān)注的資源、環(huán)境、災(zāi)害和信息等重大需求問題，并且不斷尋找新的服務(wù)需求，進一步探索其研究的發(fā)展和應(yīng)用。這種面向用戶、深度“嵌入”的發(fā)展模式，使得決策者、用戶等利益相關(guān)者，繼續(xù)提出新的需求，從而激勵了USGS 在公共服務(wù)領(lǐng)域的不斷邁進。在我國，防震減災(zāi)同樣對生態(tài)、環(huán)境、能源、國防安全等眾多國家和民生領(lǐng)域有重要的支撐作用，未來在服務(wù)新需求、拓展新服務(wù)上，有廣闊的發(fā)展空間。