美国国家航空航天局(NASA)会在地震预报上取得突破吗？

据BBC 6月5日报导，美国国家航空航天局(NASA)的工作人员 Minoru
Freund 声称，“我确信我们将能够用一种客观的方式，把某些地震前
兆和某些地震明确地联系起来”。其理论是，地壳板块移动的时候岩石
受到挤压，而岩石就会像电池一样产生电流；带电的粒子可以影响到电
离层，而电离层的扰动可以反映在卫星所观测的红外光谱上；报导称，
四川地震之前发生了这种扰动，并且台湾很多地震之前也观测到了这种
扰动。

这篇报导已经被中文媒体编译，但编译过程一如既往地曲解了原文，例
如世界日报的标题夸张地声称“大气层出现电扰、预测地震NASA获突
破”，并且省略了这一想法所受到的质疑。

如BBC所说，Freund的理论受到两条质疑。第一条就是他认为岩石是
干燥岩石。而在地壳几公里以下，岩石中充满了含有各种矿物质的地层
水，这样的岩石怎么会大量“起电”？即使起电了，当然会被地下水传导
到很广的区域，怎么可能会释放到空气中、并且能够引起可作为前兆的
电离层异常呢？(地震监测中所说的“地电”包括电阻率和电场分布，并
不是Freund所说的大量游离电荷。)

第二条就是，Freund假设地震之前的几天地壳应力会急剧变化。而美国
地质调查局(USGS)的Blanpied博士指出，地震之前从来没有观测到这样
的急剧变化。(这就像新语丝刊登的钟羽云文章所说的，“在地壳中，总
是存留着非常高的预应力，而每次地震释放的应力，最多只占它的百分
之几。一次大地震所释放的能量，最多只占地球给板块运动所提供的能
量的千分之一。换句话说，我们是生活在一个巨人身上的小人国，发生
地震，并不需要巨人大发雷霆，它不小心轻轻一动，对我们来说就是一
次地震。对地震前兆的监测，不是对巨人是否发怒的监测，而是对巨人
的微小动态的监测”。)

由此看来，Freund 对地壳运动和地震发生机制的了解并不深入，很
难相信他会取得地震预报的突破。

Freund并不是第一个宣称能够从卫星图像上发现地震前兆的人。中国地
震局地质研究所的强祖基研究员十年前就把这样的成果发在中国科学上
了。不过，强祖基认为卫星图像上的红外异常来自于地层释放的气体(
甲烷、氢气、二氧化碳)。这个解释似乎比Freund还要靠谱一些。但是，即使强祖基的解释是正确的，这种卫星光谱依然很难提供具体的地震
预报，因为图像上的异常范围和地表放气的范围很大，很难对应到震中
；异常发生的时间和强度也很难可靠地对应于发震时间和震级。如
同浅地表的监测并不能解决地震预报问题(有前兆而无地震，有地震而
无前兆)，这种卫星遥感很难让人相信会作得更好。

顺便提一下强祖基的地震预报“成果”。他在中国科学1998年的文章里面
说"在40 次的地震短临预报中,而三要素较准确的有9 次预报,较好的预报
有12 次,合计为21 次"。可惜这样的业绩地震局从没承认过。本人当
年看到他的图片的时候，也搞不清他怎么能够从色彩斑斓的卫星红外图
上落实震中位置。再加上强祖基研究员忝列陈子文的国宝名单，他的成
果能够从卫星红外图像看出断层上盘稳定、下盘活动，能够论证印尼地震
导致华南洪水，这样的功力显然只有“地震预测术”才能达得到。只盼这
次强研究员不要看了Freund出风头就觉得眼红，地震预报是人命关天的
事情，中国官员和公众的科学素养比美国差，这个领域千万别随便乱忽悠。

同样地，NASA对地震预报言过其实，这也不是第一次。2004年他们宣
称其资助的一项地震预报计划取得了“惊人的成功”，[1] 引起公众的好奇，
所以严肃的地震学家A.L. Kafka和 J.E. Ebe不得不出来澄清—他们所谓
的惊人成功的地震预报成就并不超过纯统计学的结果(纯统计学的方法
是指“未来地震将在以往地震附近发生”)。[2]　

这两位地震学家说，NASA的做法给地震学家添麻烦：NASA在吹牛，可
是地震学家却得出来对公众解释为什么NASA是言过其实，并尽可能明确
强调在现阶段科学地预测地震是多么困难(如果能够预测的话)。

看来，即使一个人在响当当的研究机构里面工作，他的话也不能照单全
收。不过，中国的地球化学家既然可以指挥探月，所以美国宇航局的研
究人员研究一下地震预报，也算是一种多姿多彩。

[1]http://www.nasa.gov/vision/earth/environment/0930_earthquake.html
[2] A.L. Kafka， J.E. Ebel，Exaggerated claims about earthquake
predictions，EOS Trans AGU 2007年 第88卷 第1期
中国地震台网中心吴琼译，刊于世界地震译丛2007年第4期)

对地震预报言过其实的一个例子

关于地震预报言过其实的宣称
(Exaggerated claims about earthquake predictions，
作者A.L. Kafka， J.E. Ebel
EOS Trans AGU 2007年 第88卷 第1期
中国地震台网中心吴琼译，刊于世界地震译丛2007年第4期)　

永久地成功预报地震的允诺，抓住了公众渴望了解不确定世界里
确定事件的想象力。然而，即使缺乏可靠的地震预报方法(Geller，
1997；Kagan and Jackson，1996；Evans，1997)，在还远未弄清预
报实际有多大成功把握时，地震学家们还得按惯例对推测可能成
功预报地震的消息或故事进行解释。当记者和公共关系部门报道
关于地震预报最新的“重大发现”时，地震学家们仅剩下一项极其
乏味的任务，即向公众解释所宣称的“成功”与严肃的现实之间的
巨大差距，即：尚未有被科学证实了的地震预报方法。

这种情形的一个惊人实例是，美国国家航天局(NASA)于2004年在
其网站上发布的一篇代表性文章宣称，其资助的一项地震预报计
划取得了“惊人的成功”(见:http://www.nasa.gov/vision/earth/enviro
nment/0930_earthquake.html)。这种夸张的说法，对于试图向公
众准确报告地震预报研究现状的韦斯顿观象台(波士顿学院，马萨
诸塞州韦斯顿)的科学家们来说，是一种受到接连不断打击的原因，
因而我们决定验证这种特殊的成功到底如何令人惊讶。

1 对美国国家航天局方法的分析

美国国家航天局公告声称，Rundle-Tiampo (RT) 的预报
(Rundleetal，2002；Tiampoetal，2002)已经“准确预报了近10年来
加州16次最大地震中的15次的位置......”。喷气推进实验室的
QuakeSim网站(http://quakesim.jpl.nasa.gov/)公布了最新的“记分卡”
以说明RT预报做得多么好(Jet Propulsion Laboratory，2006)。
在此我们将分析2004年公告中发布的记分卡。

如果RT方法取得了令人惊讶的成功，那么它应当比合理的、“不
令人吃惊”的零假设效果更好。结合“未来地震将在以往地震附近
发生”这一零假设，本文对RT预测的成功进行评价。美国国家航
天局公告中给出的预报实例数，在一段中为15例，而在另一段中
为16例。为方便本文的分析，本讨论仅限于美国国家航天局网站
公告上记分卡中给出的15例震例。这15次地震归类为“后”目录
(‘after’ catalog)，因为它们均发生在1999年之后。

我们应用Kafka(2002，2007)提出的“细胞地震学(cellular seismology)”
方法，探究“未来地震靠近以往地震发生”是否是有效的假设，以
达到类似RT方法那样成功的水平。为了确定该预报所基于的以往
地震活动的区域(即确定“前”目录:the‘be2ore’catalog)，使用了国家
先进地震系统1932～1999年的ME410地震目录，按照Gardner和
Konopoff(1974)的方法剔除目录中的前震和余震。震级下限410是
依据该目录的震级─频度关系选定的，当震级小于410时斜率发生
改变，表明1932年以来410级以上地震目录是完整的。

本文使用M410作为“前”目录的震级下限。QuakeSim网站公告中显
示有11km的“误差边缘”。我们通过细胞地震学方法，利用ME410
的“前”目录及11km半径的圆，成功预测了“后”15次地震中的14次(
占93%)。进而系统地提高震级下限，直到“后”14次地震不再能够
被预测出(仍然利用11km半径的圆)。当ME413时，仅预测出“后”
地震的13次，但当ME412时，这14次“后”地震均被预测出(图1左
图)。在这种情况下，细胞区覆盖了研究区面积的25%。基于将来
地震趋于发生在以往地震附近这一简单设想，15次地震中14次的
位置被成功预测出。

如上所述，细胞地震学方法是纯统计学的，并不基于地震过程的
任何物理模型。为探讨细胞地震学预报的物理基础，对其进行修
订，以说明在一个给定震级的“前”地震的一定距离范围内，将来
地震被“前”地震所产生的静态应力触发所控制。这一模型利用
Wells和Coppersmith(1994)提出的震级和断层尺度之间的关系，围
绕每一震中定义了一个环形区域，在该区域内地震触发或许由于
静态应力改变而发生。

将这一模型应用于全部“前”目录，所得到的预测图(覆盖6%的面
积)能预测15次“后”地震中11次(73%)的位置(图1右图)。如果此时
围绕着细胞区再增加5km的误差边缘，那么“细胞”方法与RT方法
一样，能够预测出15次“后”地震中的14次(细胞区覆盖研究区面积
的22%)。此外，相对于RT方法11km的误差边缘，“细胞方法”仅
有5km的误差边缘。

2 美国国家航天局“极其一般”的成功率

根据上述分析，美国国家航天局公告中所称的成功率，与其表述
为“惊人的”，不如表述为“极其一般”。上述简单的分析表明，与
基于“未来地震将在以往地震附近发生”这一假设的预测相比，RT
方法在“后”地震空间位置的预测方面并没有预测得更好。对RT方
法来说，或许有比仅“接近以往地震”更有意义的一些东西，本文
分析并未否定这种可能。然而，公告中列出的15次地震有14次令
人惊异地预测成功，并不是对RT方法的一种非常严格的检验。

在韦斯顿观测台的科普教育活动中及在波士顿学院和其他大学的
课堂上，科学家们经常被围观，人们诉说他们听到或读到了某位
科学家解决了地震预测问题的报道。美国国家航天局的公告在网
站上发布至今已经2年多时间了，一些人仍提到它及由它引发的新
闻故事。公众对不确定世界中肯定无疑的事的渴望，可以很快地
将美国国家航天局言过其实的宣称看作一次成功短期“预报”的实
例(即一次即将发生地震的特定时间、空间位置和震级)。

然而如上所述，RT预报并不比仅仅认为将来地震将发生在以往地
震附近的假想强多少。这使得科学家面对这样的挑战:解释美国国
家航天局的宣称为何是言过其实的科学原因，并尽可能明确强调
在现阶段科学地预测地震是多么困难(如果能够预测的话)。

里克特(Charles Richter)曾悲叹他“对于预报和预报专家有一种恐
怖的感觉”，“新闻记者和普通民众太急于了解地震预报的任何观
点”(Richter，1977)。这种状态今天依旧如此，从事地震预报研究
的地震学家应当努力确保，他们面对公众时的陈述应能传递他们
预报成功真实水平的准确状况。