关于地震预测和预报

最近重新看了美国电影《10.5》,是讲美国西部发生剧烈地质运动,最终把美国西边一块地直接挖出来成为一个岛的过程,该地质运动导致了西部沿岸N个大城市的强烈地震,最大震级10.5级。在故事中有一群地震研究精英集中在一起研究和应对灾难,女主角是一个年轻女地质学家,她曾发表过一个很大胆,但是无法确证的理论,认为美国西部地层溶部有一个巨大的断裂带,而这次的连琐地震正是其断裂带的运动结果。由于所提到的地层深度超过了现有技术能达到的上限,因此她的理论就是一定时期内没办法证实的,因此无法让在场的其他科学家相信,但是地震来临之后,基于她的理论的预测地震都应验了,大家就相信了她的理论并采取了措施对地震的连琐发生进行了干扰,使得政府在最后的最大的地震前获得了一丝喘息的机会,疏散居民。

在这个电影里展示的,并不是“在场其他科学家”的失败,而是科学本身的失败。科学是不允许在一个未证实的前提基础上继续演绎的。在电影里,这位女地质学家被塑造成一个干练,自信(而且美丽)女性,尽管其他角色对她的理论的怀疑都是很有道理,她自己也曾动摇过,害怕自己的理论错了害死人,但仍然很容易让观众觉得“无论如何”她一定会是正确的。然而现实中并不像电影这样理想,在科研中,深信一定是正确但未经证实的理论,有80%是错误的,和顽皮的大自然打惯了交道的科学工作者都很清楚这一点。

假如还有人觉得“人命关天”,“任何一个理论任何一个可能都需要重视”的话,那我就推荐以下一篇来自《科学网》的博文:

汶川地震给全球华人带来的伤痛实在是太大了。于是,网上有许多问责之声,也有免责的回应,既有主流精英的讥讽,又有草根民科的愤恨。既有对地震漏报的质疑,又有对地震预报的乞求。一时间,地震预测与地震预报的概念被混淆使用,一方要求地震研究工作者能预报地震动向,甚至强求科学家能准确地预测地震三要素(时间、地点、强度),另一方仍是高举地震不可预测的大旗。总之,人们指望,只要政府能进行地震预报,则万事大吉,平安无事啰。

一时间,许多讨论都忽略了地震预报是决策,而不是预测。

地震预报不是科学研究而是决策

地震预测是根据所认识的地震发生规律,对未来地震发生的时间、地点和强度作预先的估计。而地震预报则是在具备一定可靠程度的前提下,将经会商与评估后的地震预警信息向公众宣布,并同时报出可能地震的时间、地点和强度范围。

其中,临震预报是指对10日内将要发生地震的时间、地点、震级的预报。

在我国,地震预报的发布权在政府。《中华人民共和国防震减灾法》第十六条规定:国家对地震预报实行统一发布制度。地震短期预报和临震预报,由省、自治区、直辖市人民政府按照国务院规定的程序发布。

根据《中华人民共和国防震减灾法》而制定的《地震预报管理条例》第六条规定:任何单位和个人根据地震观测资料和研究结果提出的地震预测意见,应当向所在地或者所预测地区的县级以上地方人民政府负责管理地震工作的机构书面报告,也可以直接向国务院地震工作主管部门书面报告,不得向社会散布。

在已经发布地震短期预报的地区,如果发现明显临震异常,在紧急情况下,当地市、县人民政府可以发布48小时之内的临震预报。

《地震预报管理条例》对地震预报意见的形成、地震预报意见的评审、地震预报的发布有严格的程序规定。这是一个决策过程,因而,地震预报是决策。

既然地震预报是决策,就要研究其决策特征。

决策的行为心理学特征

一般而言,决策就是对几个方案给出一个排序,从而为决策给出一个方案的选择。如果只有一个决策者,那么这个决策是可以作出的。

地震预报决策的要素不仅仅是一个科学性,尤其是几个方案都有一定的依据,而科学理论又不能给出唯一的判据时,决定预报方案的要素,往往是政治的、或者经济的、社会的,甚至是决策者心理的要素在起决定性的作用。一个决策者的偏好是激进性的,其方案的选择可能带有冒险性,反之,如果其偏好是保守性的,其选择可能极具避险型,而儒家思想就偏向于中庸,不偏不倚,不过不及。

一个典型的例子是1975年海城地震预报,可见下文:

  • Kelin W,陈琪福,孙士宏,王安东.Predicting the 1975 Haicheng Earthquake(预报1975年海城地震).Bulletin Seismology Society of America, 2006,(3).

该文所反映的决策过程大致如下:

1975年2月1、2日,位于后来震中区西南大约20公里的石硼峪地震台记录到通常较为平静的营口海城区域有几次很小的地震。

2月3日晚上,石硼峪地震台记录到同一地区急剧集中发生地震活动。

2月4日00:30,朱凤鸣起草了向省政府汇报的第14期《地震信息》(后来被称之为海城地震的临震预测)。

2月4日08:00,朱向省革委会华文副主任汇报。华文感受到更高程度的紧急性,做出了相关的行政管理决定。

2月4日10:30,省革委会通过电话会议正式发布了省革委会通告,说“震级正在上升,地震活动异常频繁”。与此同时发布了李伯求将军军人风格的四点指示:(1) 确定(即将来临的)地震的范围,震中区有多大;(2) 明确一个警戒区并采取紧急措施,白天晚上保持值班和巡逻,房子不安全的人应睡到其它地方;(3) 市、县和公社必须值班,坚守工作岗位,发生紧急情况时,及时报告并尽快采取措施;(4) 加强工作、矿山、水库、桥梁、隧道入口,以及高压线路的保卫工作,安排专人值守岗位,报告紧急情况。

2月4日14:00-15:30,海城、营口及当地驻军负责人等12人在海城市招待所举行紧急会议,安排撤离工作。

从以上过程,可以看到1975年海城地震预报决策有如下几个特点:

  1. 第14期《地震信息》的临震预测是经验性的,没有理论支持,尤其是出自海城地区“群测点”业余地震预测实践者,即民科的手中,而遭受质疑,诚然,一次预测成功不具有普遍的理论意义,有人称之为“瞎猫碰着死老鼠”,但不是没有价值,其实,“老鼠”也不是死的,何况伟大的科学是不是没有经验期;
  2. 作出海城地震预报决策所考量的因素是多方面的,理论不完备条件下预测的科学性不是唯一的因素,问题是我们并不生活在科学理论已完备化的保护伞下,我们和上帝总是处于信息不对称的地位;
  3. 具有鲜明的军人决策风格,当辽宁地震局专家要“先派地震专业人员到营口海城区域调查,而后再采取紧急反应措施”时,“外行领导内行”的部队首长文华决断,“可能没有足够时间这样做”;
  4. 决策是有风险的,预报、漏报、不报都会带来风险,因此,这一决择是痛苦的选择,显然,军人更懂得生命的价值,选择了预报失败时承担风险的责任。

群决策与阿罗的不可能性定理

单单依靠某一个决策者、或利益与偏好完全相同的几个决策者,作出的决策往往是不够完善的。在现实的决策中,通常是代表不同层次、不同利益、不同目标的多个决策者在进行决策,这就是所谓的多目标群决策(Group Decision)。

一个著名的解决群决策的方法是民主集中制,“在集中的指导下民主,在民主的基础上集中”。而在实际的操作上,则是少数服从多数。这里,有一个前提,就是在投票上每一票是平等的。如果群体中存在权威,则是另一回事。

“多数规则”虽然是被普遍采用的一个基本规则。但是,当投票者和侯选方案都不少于三名时,使用多数规则有时却会发生群体循环排序,即候选方案排名出现兜圈子现象。这就是所谓的多数规则的“投票悖论”。这是一个简单的决策(数学排序意义下)不可能性。作为一般的决策不可能性定理,是1972年度诺贝尔经济学奖获得者美国经济学家肯尼思.J.阿罗提出的。

阿罗不可能性定理,一个通俗的说法是指,如果众多的社会成员具有不同的偏好,而社会又有多种备选方案,那么在民主的制度下不可能得到令所有的人都满意的结果。详细地讲,即不存在同时满足如下四个基本公理的社会选择函数:①个人偏好的无限制性,即对一个社会可能存在的所有状态,任何逻辑上可能的个人偏好都不应当先验地被排除;②帕累托原则,即一个方案对所有人是最优的意味着相对于社会偏好序也是最优的;③非相关目标独立性,即关于一对社会目标的社会偏好序不受其它目标偏好序变化的影响;④社会偏好的非独裁性。

从而,阿罗阐释了采取所谓多数表决的决定规则势必会随之出现独裁现象。通常认为多数表决是促成民主主义的决定原则,但在现实中,它却不曾起到这种作用。

一个可供研究的实例是1976年唐山地震前,关于地震预报的争论。

目前,这方面的资料批露很多,除众多平面媒体外,还有《唐山警示录》(张庆洲)、《唐山地震二十九年祭》(凤凰台)、《天崩地裂》(电视片)。从这些资料,至少可以看出存在如下事实:

  1. 存在部分地震专家、民间监测点与某些地震专家的争论;
  2. 存在“东西之争”;
  3. 搁置争论,不作结论;
  4. 青龙县在唐山地震前采取了预防措施。

由此可见,这是一个阿罗不可能性定理的典型注释。当决策不能协调解决时,最后是依赖行政决定。

尽管是痛苦的,还是把当时48小时的情况回放如下:

  • 1976年7月26日、距唐山大地震2天:国家地震局汪成民等一行15人到北京市地震队听取汇报,北京队提出,发现临震七大异常;
  • 1976年7月27日10时,局领导在听取国家地震局分析预报室京津组长汪成民等的汇报后,决定下周一开会研究一下(76年27日是星期二);
  • 1976年7月27日16时,吕家坨矿地震办公室的赵声和王守信两人通过电话向开滦矿务局地震办做了紧急震情汇报;
  • 1976年7月27日18时,开滦马家沟矿地震台马希融向开滦矿务局地震办公室做出强震临震预测汇报:“地电阻率的急剧变化,反映了地壳介质变异,由微破裂急转大破裂,比海城7.3级还要大的地震将随时可能发生”;
  • 1976年7月28日3时42分53.8秒,唐山发生里氏7.8级大地震,超过24万人在地震中遇难;
  • 1976年7月28日3时42分53.8秒,唐山发生里氏7.8级大地震,青龙县在地震中无一人因地震遇难。

随后,1977年1月,在总结唐山地震漏报的科技原因时,有人认为,是对异常和地震的关系认识不清;对临震异常的标志认识不清;对京津唐渤张地区地质构造标志认识不清。

从此,开启了长达三十多年至今未能停息的争论。有人哀叹“说地震不可预测的是科学家,说地震可预测的是骗子”;有人反讽“神人”是“骑自行车上月球”(华罗庚语,上月球是可能的,骑自行车上月球是不可能的);而我听到的是一个汶川大地震后,一个儿童在“六一节”的心酸心愿:“妈妈说癞蛤蟆知道什么时候发地震,我想养只会讲普通话的宠物蛤蟆,它就会提前告诉我地震要来了。”

不同学术观点、不同研究结论之间的争论,是正常的。既然不能在科学理论与实践均完备后才进行工作,那还是应当研究恰当的决策机制,研究分区、分时、分层次的预报机制。

科学家的厄运

在图书馆借到一本《高分子科学技术发展简史》,过期了还不舍得还。书是科学出版社1994年的。钱保功打头,很牛很牛。我一向喜欢了解科学史,可惜公共书籍中的化学科学史总是比不上数学、物理科学史丰富有趣。我的关于老化学家的一些秩事也是在网上道听途说得来的。这本我“饭碗”领域的科学史实在是很值得一看。可惜囊中羞涩,复印全书花不起那钱。

其中有一节“科学家的厄运”,觉得很有意思。

虽然本书不打算叙述参与发展高分子科学的科学家的生活经历,但至少应该简单提一下两次世界大战期间,欧洲政治风云对某些科学家的打击。

H. Staudinger的遗孀M. Staudinger博士将她丈夫的手稿捐赠结慕尼黑的德国博物馆,在那里建立了分类的“Staudinger档案”。从中发现,第一次世界大战期间他任教于苏黎世时,Staudinger的两次言行使他受到德国国家主义极端分子的敌视。1917年美国参战后,Staudinger发表了一次演说,分析了英、美、法、俄等协约国的巨大工业潜力并得出结论,就资源而言,他们已经比德、奥、土、保联盟强大一倍。他提出“不能理解为何德国政府不尽最大努力使国家免于战争。”根据他遗孀的回忆,Staudinger将此备忘录送交德国高级司令部,极力主张和平,也是在1917年,他给国际红十字会写了一个备忘录,其中提到虽然“在古代,战争可能是合理的,因为这是扩大生活范围的唯一方法,但现在情况已不同”。因为技术上有了重大成就,正确使用它们能为人类大大造福。他强烈地反对把科学技术用于增强战争的恐怖,特别是毒气的使用,不幸的是毒气生产已经变得十分价廉价,他写道:“在过去的一切欧洲战争中,……即使军队指挥官产生了这种罪恶的想法,用它们作摧毁性武器也是不可能的。”

虽然Staudinger并没有指责任何交战国,只是强烈反对一切毒气战,这仍使也遭到F. Haber的残酷打击。F. Haber向德国军队建议使用毒气。在一封措词严厉的信中,他指责Staudinger向德国的敌人制定复仇的和平条约提供了论据。他声称是法国首先使用了毒气,并未违反国际法,至于受害者“受到的痛苦则已为英、美医疗队的报告所否定。”当今的读者必定会感到震惊,Haber甚至向Staudinger写道:“当你的化学知识使你有机会用夸大来扩大影响时,你竭尽全力加以利用。”

1925年送交红十字会的文章被发觉激起了强烈反响,甚至企图阻止Staudinger在弗赖堡担任教授的职务。Staudinger不得不请求前任教授Wieland运用其影响反对这种阻力。他访问了弗赖堡并向“几位绅士”解释了他反对毒气战的态度,直到他们满意。在此行前不久Staudinger为一家法文杂志写了一篇短文,对毒气战的态度已显著不同。这时他声称1919年文章中法文“罪恶”一词是德文“不幸”一词的错译。实际上这不可能是印刷错误。Staudinger与Haber通信中可能从未提到过这一点,后者由于暗示他助长了罪恶活动而被大大地激怒。事实上,他现在写道:如果将来战争不可避免,只要应用本文的道德观点来教虑,毒气……将不是非人道的。”他引用统计数字来证明气体中毒引起的长期伤害常常小于武器所引起的。显然这篇文章是为了平息对Staudinger早期立场的批评。然而,1933年随着希特勒政府的得势,签发了一个规定:“由于他过去的政治观点:”,Staudinger不准参加国际会议。实际上,他被禁止参加罗马的一个会议但却参加了1935年法拉第学会的会议,条件是不准带妻子而且把她的缺席用一种不损害德国威信的方式予以解释。

Staudinger认为自己是纳粹的牺牲品,但他怀疑K. Hess策划了各种方式反对他(甚至企图在弗赖堡置换他),这可能是过于夸大了。K. Hess当时是希特勒政府的热情支持者。

W. O. Herrmann曾对聚乙酸乙烯酯作了开创性工作并发明了聚乙烯醇,但由于“政治上的不可靠”于1936年被解聘。他在回忆录中提到,他被禁止于同事们告别,因为耽心会引起实验室中的骚动。

1932年随着希特勒的崛起,Mark和Meyer在Ludwigshafen实验室的地位变为十分不稳定。下如Mark所回忆,公司的经理告诉他,政治处境会阻碍他进一步发展(既因为他是奥地利公民,也因为他有犹太血统),并建议他另找工作;对Meyer也使用了同样的方法,他了开该公司,成为日内瓦大学的教授。虽然Mark在Ludwigshafen的同事关系似乎很融洽,但染乱头料公司掌权人士对他的憎恨可用G. Kranzlein给Staudinger的信作为例证。Kranzlein当时是Hochst实验室的高分子研究领导人,他写道,你和犹太人打交道是一个错识,你不必和犹太人争论,这对他们过于荣誉。应该避开和轻宙这些人,我们与犹太人一起保距离,……你有责任不再提到他们。”Mark转到维也纳大学任教并很快开始一项聚合物研究。当德国人1938年占领奥地利后,Mark被捕并被质问与前大学Dollfus的问系,Dollfus于1934年被纳粹杀害。Mark终于获释,并设法取回了护照(用了相当于他一年的工资行贿)。幸而几个月前他接触了国际纸张公司的经理,他建议Mark到Hawkesbury安大略的公司实验室云工作。Mark根据自己的处境愉快地接受了这个职。两年后又转入布鲁克林多科工学院并创立了美国第一个高分子化学的教学和研究中心。

德国政府的暴行还使另外许多历史上有影响的科学家学逃往美国,其中研究合成聚合物的有E. Guth,R. Simha和E. Valko。甚至还有更多避难者是研究蛋白质的佼佼者如M. Bergmann,L. Michaelis和F. Haurowitz。

有些避难者1939战争爆发时正在英国工作,他们被当作“敌对侨民”拘留在马恩岛。从那里,M. Perutz被往加以幽禁,1941年他设法从那里回到了剑桥。F. R. Eirich被送往澳大利亚加以幽禁,虽然他后来获释到墨尔本大学工作,但直到1943年他才得以和英国的家人团聚。

谢老师的评阅意见

环糊精/高分子包合物作为超分子化学研究的一个重要领域,具有极大的研究价值以及潜在的应用前景。本论文对聚乳酸/聚乙二醇共聚物与α-环糊精包合物进行了较为系统地研究,选题具有明显的科学意义。论文作者查阅了大量的文献资料,基本上概括了近来在本领域的相关研究报道,并进行了细致地、科学地整理、分析、概括和总结,清晰地揭示了高分子包合物的研究历程、现状及发展动态,表明作者拥有较为突出的文献检索及分析能力。同时,论文在详细探讨聚乳酸/聚乙二醇共聚物合成方法及影响因素的基础之上,进一步对其与α-环糊精形成的包合物展开全面的研究,获得了充实的一手数据资料,并采用了多种选进的分析技术对包合物进行表征,同时结合相关文献的科学结论,对实验现象进行了相当有理论深度的讨论与分析。论证过程依据充分,表述准确,得到的结论合理。本论文的相关研究方法、技术及其结论对同类研究具有较大的理论意义和参考价值,是一篇优秀的硕士学位论文。

尤为可贵的是,作者对高分子化学、高分子物理的基本理论、基本概念具有扎实的基础,善于汲取科学文献中的相关理论或结论,结合自己的研究实践,进行系统地分析阐述。从本论文的研究工作及撰写情况,可以看出,作者具有较好的科学研究素养。

本文唯一不足在于对制备的包合物的性质研究不够,有待加强。

虽然在外人看来通篇不过是溢美之辞,但是我能知道,谢老师看过了我的论文,他讲的方面全是我曾经努力过的方面。我看了很受鼓舞,于是转到此博客上纪念!