◇◇新语丝(www.xys.org)(xys3.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇   从概率角度看地震预报(六)——以震报震和概率预报   作者:Amsel   六、以震报震和概率预报   前文提到,“地震活动”本身是和下次地震相关性最好的前兆(这也是国际 地震学界的主流观点:“The best indicator of earthquake probability is the occurrence of recent earthquakes”,注1)。在“国际地震学和地球内 部物理学协会”所确定的五项前兆指标中,地震活动占三项,即发生在主震之前 几个小时到几个月的前震(foreshocks)、发生在震前几个月到几年的“预震” (preshocks)和强余震之前的平静(注2)。目前一些地震预报爱好者的“预 报” 水平已经不再是单纯的用小震报大震,开始统计地震高发区的地震序列。 比如台湾东海岸、日本本州岛东南、印尼苏门答腊岛西南,这些地区地震的基础 概率本身就比较高,而且如果出现长时间的平静期,再出现5级以上地震的概率 又会大大提高,要比预报中国大陆地震容易得多,所以一些妄人“成功预报”的 实例经常出现在这里。   有些研究者则是从已有地震的发生时间和平静期来寻找规律。但是这些“规 律”往往是根据少数一些震例得到的,而在一个随机的地震分布中的某几次地震, 有可能表现得貌似很有规律。最著名的就是帕克菲尔德地区的几次6级地震,曾 被地震学家误认为存在22年的周期。根据这一周期而进行的预报最终在1993年落 空,加利福尼亚大学洛杉矶分校的统计地震学家Kagan指出,随机发生的地震也 很有可能出现这样有规律的地震序列(注3)。国内研究也有同样性质的例子, 统计少数几次某类地震或者平静期与其后大地震的关系,来求出这类地震或者平 静期之后发生大地震的概率(注4)。这种做法显然需要考虑这个 “概率”本 身又有多大可能是随机带来的。   汶川地震漏报的反思过程中,人们想到是否可以像天气预报发布“降水概率” 那样发布“地震概率预报 ”,用这种概率来指导有关部门权衡、决策。下面将 说明,这种“地震概率”主要依赖于当地是否在最近几天刚发生过地震;并且即 使发生过,“将要发生下次地震 ”的概率预测也经常会非常之低,基本无法据 此采取应急决策。   进行这种概率预报时,需要对比异常出现后地震概率的变化。如果不考虑任 何前兆异常,那么地震发生的概率就应该是基础概率P(震);而如果出现前兆 异常,则地震发生的概率会提高到P(震|异常),提高的倍数叫做 “概率增 益”(probability gain或者predictive ratio,注5):   概率增益G=P(震|异常)/P(震)   注意这个指标没有考虑漏报问题。当概率增益G=1时,说明该异常和地震 属于独立事件,对预报地震没有意义(“地震预测术”就属于这种情况)。而当 P(震|异常)=1时,说明异常之后地震必然发生(虚报率为0),这时G=1 /P(震),由于基础概率P(震)极低,显然G远远大于1。   用“概率增益 ”这个概念回头评价第三节提到的中国地震台网监测的六项 指标,可以发现,地下水位异常的概率增益最高,在年度中期预报中为2.1,在 临震预报中为2.9。其它五项指标是在0.6到1.3,基本没有预报意义(那些概率 增益小于1的异常,意味着无异常的时候发生地震的概率更大。原作者统计的时 候就已经发现,这些指标“有震区的异常比”要小于“无震区的异常本底”)。   相比之下,一次小地震带来的概率增益要大得多。加州理工大学Jones的研 究指出,在加利福尼亚南部,一次3级以上地震发生之后,在5天之内、10公里范 围内发生更大地震的可能是6%。在圣安德烈斯断裂南段发生7.5级地震的基础概 率是每小时0.000011到0.000022次,而如果当地发生一次5.5级的地震,那么其 后一小时内再发生一次7.5级地震的概率是0.0008,概率增益达到300~700。如 果这一小时没有发生地震,那么概率增益会下降。5.5级地震之后5天内发生7.5 级地震的概率是0.7%,概率增益仍然为 26到53(注6)。   尽管小地震之后发生大地震的概率增加了几十、几百倍,但是这一概率依然 很低。例如,1988年6月旧金山以南100公里发生5.1级地震,美国地质调查局 (USGS)警告其后5天发生更大地震的可能是1/20(旧金山地区5天发生地震的基 础概率是1/3000,因此概率增益是150)。但是大地震并未发生。次年8月8日, 同一地区再次发生5.4级地震,同样的警告再次发布、再次没有地震;但最后却 在10月18日发生了7 级地震(即1989年旧金山大地震)。   在USGS网站上有一张每天更新的地震烈度概率预测图(注8),预测的是加 利福尼亚州每个地点24小时内地震烈度达到6度的概率。从这张图上看,地震带 多数地区这一概率都在1%以下。从存档资料中,我们还可以看到2008年7月29日 11:42洛杉矶地震之前的“漏报”以及其后对余震概率的调整。 http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/step/maparchive/2008/07/2008_07_29_12:26.jpg http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/step/maparchive/2008/07/2008_07_29_13:28.jpg   从美国研究人员这些探索工作来看,像预报“降水概率”那样预报“地震概 率”,主要目的还是让人们更了解地震是小概率事件:一次4级地震之后,大震 发生的概率大大提高了,但是很快会降到比车祸的概率还低(注8)。中国地震 局如果用这样的概率预报来代替现在的临震预报,倒是一个尊重科学的选择:除 非出现“小震闹、大震到”这样的成簇地震(类似1975年海城地震和1995年孟连 地震),其他情况下发布的概率必然非常低,由“20次也难对1次(注9)”的 临震预报,转为每次发布5%的概率预测。有关部门和公众基本无法根据这样的预 报来决定避震和疏散,只能由“重预报”转为“重防范”。这就等于摆脱了现在 例行的“ 虚报”和“漏报”之间押宝的临震预报困境,否定了违背科学规律的 临震预报和发布制度。   注:   (1)A. Helmstetter, Y.Y. Kagan, D. D. Jackson, Comparison of short-term and long-term earthquake forecast models for southern California, Bulletin of the Seismological Society of America, 2006, vol. 96, p 90.   (2)M. Wyss, Second Round of Evaluations of Proposed Earthquake Precursors, Pure Appl. Geophys, 1997, vol. 149, p 3.   (3)Y.Y. Kagan, Statistical aspects of Parkfield earthquake sequence and Parkfield prediction experiment. Tectonophysics, 1997, vol. 270, p 207.   (4)张天中等,概率方法应用于地震短期预测的探索,《地震》1999 年第19卷第2期。   (5)Y.Y. Kagan, D.D. Jackson. Comment on “Testing earthquake prediction methods: ‘The West Pacific short-term forecast of earthquakes with magnitude MwHRV ≥ 5.8’” by V.G. Kossobokov. Tectonophysics, 2006, vol. 413, p 33.   (6)L.M. Jones, Foreshocks and time-dependent earthquake hazard assessment in southern California, Bulletin of the Seismological Society of America, 1985, vol. 75, p 1669.   (7)http://pubs.usgs.gov/fs/1995/fs242-95/   (8)http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/step// 。   (9)新疆地震局副局长王海涛的说法,见《南方周末》“地震预报的中国 江湖”。 (XYS20081227) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys3.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇