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防災減災,科技工作者可以做些什麼?

作者:江蘇省科協

他們的工作,不僅關乎科技的發展,更關乎我們每個人的生命安全和福祉。他們有的用理論和技術手段的創新,提高對災害的預警準确度,将更多損失遏制在萌芽狀态,有的通過高精度監測技術裝置,為科學家檢驗防災減災方法和模型提供基礎,有的通過實地調查和親臨災害現場的記錄和科學傳播工作,提高公衆對災害的認識和防範意識。

今年5月12日,

是第16個全國防災減災日。

在這個特殊的日子裡,

讓我們深入了解一下,

為了防災減災、最終提高人類生活的福祉,

科技工作者們都在做着哪些努力?

範宣梅

追着強震跑,打開災害現場盲盒

範宣梅,成都理工大學研究員、地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室副主任,榮獲第十九屆中國青年女科學家獎,長期緻力于強震地質災害研究。

2008年,“5·12”汶川特大地震改變了許多人的命運,包括正在成都理工大學讀博士的範宣梅。地震發生時,她正在學生宿舍6樓。跑下樓,在帳篷裡住了一天後,範宣梅随同導師來到受災嚴重的北川,看到了地震後的慘狀,也看到了地震引發的次生災害帶來的威脅。

天災之下,廢墟之上,範宣梅第一次感受到,原來人類是如此渺小而脆弱。但她的專業也讓她清楚,面對天災,人類并不是完全無能為力,恰恰相反,是做得還不夠多。

防災減災,科技工作者可以做些什麼?

▲範宣梅在汶川震區進行野外勘測

她知道,自己必須得做些什麼。

當時,她的研究方向是普通山體滑坡,已經做了四五年,輕車熟路,很快就能博士畢業。但她決定放棄此前的研究成果,轉而進行地震引發地質災害預測的研究。她想的是:“既然我是做地質災害研究的,就應該選擇對人民生命财産威脅最嚴重的災害,選擇最難攻克的科學問題。”

要預測地震後的情況,就得先認識災害鍊的機理。為此,範宣梅必須一次次去到災害現場調查:“離得很近的兩個坡,一個滑坡了,另外一個安然無恙。到底什麼原因呢?如果你不去現場,就沒有辦法做深入的研究。”

博士四年,範宣梅跑遍了汶川震區大大小小800多處災害點。剛開始調查時,震區還處于活躍期,調查時常面臨危險,道路泥濘、狹窄,還經常遇到塌方事故。她常說:“是人都會緊張害怕的,但我們有專業的判斷。”

如今,範宣梅所在的地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室裡,有一個4米✖️6米的巨大振動台。在這裡,科學家們可以模拟出幾米高的坡體在不同地震波下從開始變形到最後完全破壞下滑的全過程。

這些模拟的資料,就來自範宣梅團隊收集的真實震後地質災害資料。為了擴充資料,範宣梅還收集了全球50多次地震近40多萬條地質災害資料,建立起了目前國際上最全的地震誘發地質災害資料庫。

随着人工智能、衛星遙感技術的發展,範宣梅帶領團隊建立了一個預測模型,經過多次“實戰”,準确率比美國地質調查局最好的模型高出約20%。2023年泸定地震,這個預測模型的運算達到了分鐘級響應,再結合無人機和衛星傳回的資料,準确、快速地預測現場情況,為震後救援的黃金72小時提供了重要的支撐。

十多年來,範宣梅始終堅持紮根在地震災害一線,隻要有強震發生,現場總能看到範宣梅及其團隊的身影。

但她的腳步還在繼續攀登。這幾年,範宣梅的工作延伸到了青藏高原。青藏高原是地球科學研究的前沿陣地,也是全球地質工作者夢寐以求的天然工作室。但同時,強烈的構造運動、地震和全球氣候變化,也讓青藏高原變得越來越危險,成為了最容易造成巨型地質災害的地區。

如今,範宣梅也有了新的夢想:守護高原,守護高原人,也守護高原之上的國家重大戰略工程——川藏鐵路、雅下水電站等。為了這一目标,範宣梅組建了青藏高原冰凍圈災害鍊研究團隊,多年來不斷在青藏高原地區實踐、探索。

青藏高原的調查工作遠比當年在震區更危險。極高、極寒,山上還有野生動物的威脅。但範宣梅覺得,科學與自然的美,是人類心靈能獲得的最高體驗之一。她們紮營在南迦巴瓦峰腳下,有時測量着冰川,一擡頭,就看見日照金山。

範宣梅常說,要做頂天立地的研究。“‘頂天’指的是我們的研究一定是最前沿的,得到國際上的認可;‘立地’指的是我們所做的研究一定要能夠服務于國家防災減災,服務于國家一些重大工程建設,解決實際問題。科研不能一直懸在天上落不了地。”

申旭輝

打造一顆衛星,飛上天“看”地震

申旭輝,中國國家空間科學中心研究員,“張衡一号”衛星計劃首席科學家兼工程副總設計師,GEO中國委員會防災減災工作組成員。

地震每天都在發生。有的可以被人感覺到,有的不會。但在科學家的眼裡,還有其他的角度去“感覺”地震。

2018年,電磁監測試驗衛星“張衡一号”發射升空。這顆以候風地動儀發明者張衡命名的衛星,是中國地震立體觀測體系的首發星,也是中國地球實體場探測衛星計劃的第一顆衛星。

防災減災,科技工作者可以做些什麼?

▲申旭輝在介紹 “張衡一号”相關工作

為了将它送到天上,“張衡一号”衛星首席科學家兼工程副總設計師申旭輝和他的同僚們用了15年。

作為中國地震立體觀測體系的首發星,早在2003年初,“張衡一号”衛星便開始規劃,經過了一次次的預研、論證,但一直未能正式立項。“當時,中國第一次做這類衛星。我們不光‘沒吃過豬肉’,甚至‘沒見過豬跑’。對外要在國際上大量學習,對内要解釋‘震星’的重要性和必要性,确實走過了一段非常艱難的時光。”申旭輝回憶道。

由于震星涉及領域較多,很多人都不能了解“地震是地下的事情,為什麼要到天上去搞?”為此,申旭輝隻能一次次解釋地震前兆有哪些表現形式,空間電磁擾動與地震發生又有什麼樣的相關性。

除了不斷地解釋、說服,申旭輝自己也需要不斷地惡補知識。空間對地觀測技術是典型的跨學科交叉融合技術,“我首先要去了解地球實體學,還需要了解空間實體學、航天工程和等離子體實體。再加上團隊的管理、排程等一系列工作,我有時開玩笑說,這十多年把自己熬成了一個‘老弱病殘’。”

事實上也确實如此。申旭輝需要一人扛科學、技術、管理的三個崗位,積勞成疾被送進了醫院。做完手術不到一周,他又坐着輪椅主持了一次評審會議。

好在,等來了好結果。申旭輝一直記得,那是在2013年7月30日,還在病休中的他接到了一通來自科工局的電話,電話那頭說,國務院已經已經準許了中國電磁監測試驗衛星工程項目。回想起這個瞬間,申旭輝難掩激動:“十年,花了國家很多錢,有一大批人在裡邊奉獻,終于上了一個台階。我覺得我已經很堅強了,但當時還是控制不住大哭了一場。”

立項之後,申旭輝便帶領着團隊馬不停蹄地進入到了緊張的研發中去,又是五年。

盡管“造星”過程中涉及衆多科學問題、技術問題和工藝問題,也走過了“國際合作—國内研制—再國内研制—再國際合作”的曲折過程,但申旭輝始終保持着自己的科研初心和堅定信心。“我認為地震預測是有可能實作突破的,但現在還沒有突破。這就需要新技術、新方法的‘加持’。”

2018年2月2日,“張衡一号”成功發射升空。2018年2月17日,“張衡一号”衛星在軌開機工作3天後,記錄到了墨西哥7.1級地震。“這證明了我們走的技術路線是對的。”申旭輝感到放下心來,“覺得這個衛星不會太差,對得起國家對我們研究工作的持續支援和投入。”

“張衡一号”衛星帶來的驚喜遠不止于此。基于“張衡一号”衛星資料,大陸成功建立了首個全球參考地磁場模型CGGM 2020.0,這是一個多世紀以來唯一由中國科學家牽頭,且唯一完全采用中國資料制作的全球參考地磁場模型。

地震是群衆關心的話題,而地震預測一直都是世界難題。想要憑借簡單資訊預測地震是幾乎不可能的。比起坊間一些虛無缥缈的預測,申旭輝認為,做好地震監測預警工作,減少地震造成的人員傷亡和經濟财産損失其實更為重要。

當然,地震預測也是他會帶領着團隊繼續探索和努力的方向,“地震預測是個自然科學問題。自然科學問題是必然有解的,否則就是不可知論。隻是說這個解在哪?怎麼解?這是需要作為科學家的我們,去追求解決的。”

追風小組

隻要有台風,我們就在現場

追風小組,中國氣象頻道災害天氣特别報道小組,哪裡有災害天氣,他們就去哪裡采集資料,為後續科研工作提供資料基礎。

發生台風、沙塵暴等極端天氣時,大家往往會躲在室内,等待風暴結束。但有這麼一群人,卻偏偏要逆風而行——哪裡有台風,他們就去哪裡。他們就是中國氣象頻道災害天氣特别報道小組,也有人叫他們“追風小組”。

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▲卞赟追台風“菲特”時的工作場景

他們為什麼要追風?或許,我們可以從追風小組成員們的故事中找到一些答案。

劉輕揚是最早一批追風者,也是追風小組的“台風眼神話”。她回憶起自己第一次進入台風眼的情形,是2005年追台風“泰利”的時候,風大雨急的場景戛然而止,瞬間切換為晴空白雲,毛孔可以感受到每一寸強烈的日照。

她和同僚們很快意識到,自己正處在台風眼中,立即投入拍攝工作。隻是,這種平靜是暫時的,半小時後,比之前更可怕的狂風暴雨再次襲來。此後幾年裡,劉輕揚又經曆了幾次台風眼,也有了不同的感受:“第一次興奮,第二次害怕,第三次是轉頭就跑。”

為什麼要追台風眼?從科學的角度,台風眼不僅是判斷登陸地點的關鍵,更是預報風雨範圍和防台服務的關鍵;從新聞的角度,可以捕捉有價值的新聞畫面,讓觀衆直覺感受台風的恐怖和危害。

“我一般都是迎風站,這樣就可以看清楚風那邊會吹來什麼。”曾擔任追風小組成員的中國氣象局進階工程師卞赟這樣回憶報道氣象災害的經曆。風力大的時候,人站不穩,樹都會吹倒在地。為了安全,播報時,卞赟會将自己綁在堅固的建築物上,并小心被風刮來的鐵片、玻璃等危險雜物。在一次追風行動時,他險些被一個迎風飛來的鐵片砸中,幸好他迎風站着,及時躲了過去,鐵片“啪”地深深插進了後面的樹幹。

随着追風小組的一次次行動,越來越多的沿海居民和機構深刻認識到了台風的危害,也積累起了豐富的防台經驗,會在接到台風預警後自覺進行拆除大型廣告牌、轉移物品、漁船回港等等措施。現在,往常那種“台風天裡廣告牌滿天飛”的場景已經很少見了。

追風小組的成員大部分都是年輕人,他們要響應快,行動快,還要扛得住台風。“台風增強到十三、四級的時候,所有在室外的人就已全部卧倒在地了。”曾經追過特大台風“桑美”的追風小組成員段京蕾這麼描述道,“到了17級的時候,人會飛起來的。”而當暴雨來臨,視聽徹底模糊,唯一的感覺便隻剩下“雨打在身上,針紮般疼”。

這麼做,換來的是什麼?

除了從傳播的角度,增強居民對台風的防範意識,追風小組們傳回的一線資料也為科研做出了巨大貢獻,因為追風小組的背後,是無法到達現場的氣象專家們。

因為年齡、身體等原因限制,專家大多沒法前往台風現場檢視實際情況,是以對台風有多大影響、是什麼樣子也缺乏直覺感受。而追風小組傳回的一線情況,可以幫助專家們迅速認識到當地情況,做出更準确的分析,因為台風的資料收集得越多,專家就越能掌握台風的規律,也就能進行更精準的預測,在面臨惡劣天氣時保護更多人的生命和财産安全。

除了追風,追風小組也會追沙塵暴、追暴雨、追閃電,也報道抗洪、持續高溫、幹旱等一切災難。

在追風小組成員看來,他們吃這些苦,是為了讓更多人免受災害之苦。卞赟曾說:“雖然危險,但我們就是想通過這樣的資訊傳遞,讓公衆了解氣象災害到底會達到多麼惡劣的程度,然後盡量去規避。很多安全相關的措施,很多人并不知道,但這非常重要。近20年來,大陸在這方面做的是非常棒的,比如台風特别是強台風過境的時候,我們也會受災,但最起碼,死亡率是在大幅削減。通過這些資訊的傳遞,能夠在每一次大災中哪怕多挽救一條生命,我覺得就是很有意義的一件事情。”(綜合自新華網、人民網、《經濟日報》、中國新聞網、中國氣象報社、科普中國“我是科學家”)

來源:中國科協之聲

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