主题：【原创】地震烈度 -- 穆都

地震发生时，地震波在地面某点造成的影响的程度，用地震烈度表示。

地震烈度和地震震级是两个不同的概念。地震震级用来表示地震释放出了多少能量，而地震烈度则表示地震释放出的这些能量在某点造成了多大的破坏。举个比较形象的例子，试着把一把黄豆或者绿豆洒在鼓面上，然后在上面敲一下，那么就会看到这样的情形：离敲击点比较近的豆子会剧烈跳动，甚至被直接震飞；而随着距离的增加，豆子跳动的幅度会逐渐减小。地震与此类似，如果把敲鼓所用的力量比做震级，那么鼓面上不同地点的豆子的跳动幅度则相当于该点的烈度。

地震烈度与地震震级，震源深度，震中距以及该地区的地质结构等很多因素有关系。其中地震震级，震源深度，震中距比较好理解，所以，在此简单介绍一下地质结构对地震烈度的影响。

一块完整的岩石和刚体是很类似的，地震波在其中传播时损失会比较少，不过随着岩石逐渐变得细碎，地震波在传播过程中的损失就会越来越多，当它完全变成一堆沙土的时候，地震波几乎就没有办法传播了。但是请注意，这只是一个非常理想化，简单化的模型，因为和构成板块的岩层相比地表的土层是非常非常薄的，而且这些土层较厚的地方在地震时还会出现土壤液化现象，危害依然是相当严重的。

由于土壤液化致使建筑物沉入地下的情景

地震烈度标准

衡量地震烈度的标准有很多，目前比较常用的有三大系列：

1.MMI地震烈度标准(麦加利地震烈度标准)，被美国，韩国等国家采用，分为12级。

2.MSK地震烈度标准，被前苏联地区，东欧，印度等国家采用，也分为12级。中国目前使用的中国地震烈度表也是在这一系列的基础上发展出来的。

3.日本气象厅震度标准，日本独有的地震烈度标准，分为10级。

除了以上三种常用的地震烈度标准外，还有被欧洲各国采用的EMS地震烈度标准（也分为12级）。不过，欧洲除了意大利偶尔震一下外，其他绝大部分地区都是无地震国家，所以EMS地震烈度标准影响力很小。

从用途和测试方法上划分，所有的地震烈度标准又可以分为两大类。其中日本气象厅震度标准独自归入实时测试地震烈度标准，其他地震烈度标准全部归入事后测试地震烈度标准。

大家如果仔细阅读MMI，MSK或者中国地震烈度表的规定就会发现，这些标准定义的是地震发生时出现的现象，也就是说如果某一地点出现了特定现象，那么就根据这些现象所对应的烈度值来决定此地点的地震烈度。所以，这需要专业人员在震后深入震区进行调查才能得到，如果想进一步了解震区烈度的全貌，则需要汇总全部调查结果，通常这需要经过相当时间之后才可以办到，因此，严格意义上说，除日本之外其他国家都不可能在地震发生后立即公布烈度图，无他，仅仅是技术上不存在这种可能。

日本气象厅震度标准的震度是通过特定的数学变换，计算出来的。虽然，日本气象厅震度标准也定义了各级震度所对应的现象，不过那主要是事后对计算得到的震度进行修正用的。日本气象厅震度标准的震度计算过程是这样的，首先对NS(南北)方向，EW(东西)方向，UD(垂直)方向的地震波分量进行傅立叶变换，除噪，反向傅立叶变换之后，合成一个矢量值，进而由一系列矢量值合成一个矢量波，最后对得到的全部矢量波进行加权计算，对数变化后得到震度值。

要想对地震烈度进行实时观测，首先需要建立一个超高密度的地震观测网，日本国土面积37.8万平方公里，建有地震仪，强震仪等观测点1万多个，平均不到40平方公里就有一个观测点。作为这些观测点的配套设施日本还建有一个庞大的通信网络，孤立的观测点没有任何意义，这些观测点的数据必须及时传送回数据中心，最后在数据中心经过高速计算机统计汇总之后，才能及时有效的将烈度信息提供给各个方面。要想建立和维护这样的观测网需要高昂的投资，这个投资高到一般国家根本承受不了。

由于日本敷设了高密度的地震观测网，所以日本气象厅公布的实时震度图，不是连续图，而是如上所示的点阵图

虽然日本气象厅震度标准建立在如此昂贵的硬件基础之上，但它依然称不上完美，最主要的缺点就是数据不精确，其计算出来的烈度和实际观察烈度依然存在一些误差。需要事后进行调整，不过这主要是学术层面上的不足，作为抗震救灾的判断依据则已经足够了。就如同无论地震的等级是8.4也好，还是8.6也好，都不会对国家救灾方针产生本质影响。

各种地震烈度的定义存在差异，所以无法进行严格意义上的换算，但是总体上说MMI，MSK系列区别较小，他们都分为12级，都是5级以上才会出现实际损失。这些地震烈度标准和日本气象厅震度标准的区别则比较大，要想进行换算最好的方法是比较双方定义的现象，但是由于双方定义的内容有差别，所以并不直观。另一个方法是通过峰值加速度进行比较。这样做的优点是比较直观，缺点是很笼统，而且需要附加一定条件，所以只能作为参考。

中国地震烈度表和日本气象厅震度标准之比较

首先介绍震度表示中经常出现的一个单位：GAL（伽或者伽尔）。GAL用来表示加速度，不是国际标准单位。1GAL = 1厘米/平方秒，或者说1米/平方秒 = 100GAL。例如：重力加速度 = 9.8米/平方秒 = 980GAL。

中国目前采用的中国地震烈度表为1999.11.01开始实施的标准。其中地震烈度5到地震烈度10规定的水平方向峰值加速度如下（单位：GAL）：

Ⅴ(22～44)

Ⅵ(45～89)

Ⅶ(90～177)

Ⅷ(178～353)

Ⅸ(354～707)

Ⅹ(708～1414)

日本目前采用的日本气象厅震度标准为2009.03.31开始实施的标准。其中震度4到震度7规定的峰值加速度如下（单位：GAL）：

4 (40～110)

5弱(110～240)

5强(240～520)

6弱(520～830)

6强(830～1500)

7(1500～)

这里需要注意两个问题：

首先，我在前面已经说过，日本的震度是计算出来的，所以峰值加速度对这个标准而言没有意义。因此日本气象厅震度标准里面不提供峰值加速度这个参照量。本文提供的峰值加速度数值是其他研究机构推算出来的大概的数值范围。

其次，峰值加速度是三维矢量值，和水平峰值加速度比多一个垂直方向的分量，所以峰值加速度的值比水平峰值加速度的要大一点。

从上面的数值可以得到如下结论：

中国的烈度6和日本的震度4近似

中国的烈度7和日本的震度5弱近似或者略低

中国的烈度8和日本的震度5强近似或者略低

中国的烈度9和日本的震度6弱近似或者略低

中国的烈度10和日本的震度6强近似或者略低

中国的烈度11和日本的震度7近似

日本气象厅震度标准在1996年进行过一次大的修订，2009年进行过一次小的修订。1996年的修订将震度5，震度6分开，震度标准由8级扩充到10级，并重新定义了各个级别的内容。最主要的变动发生在强烈度区，原标准的7降为6弱，其上重新定义了6强和7。2009年的修订主要是订正各级震度表述的现象与实际发生的现象之间的误差。

本次日本地震之后，网上出现了一些将汶川地震和日本地震进行比较的文章，这其中绝大多数引用的是1996年前的旧标准，一小部分虽然知道5弱，5强，6弱，6强的存在，但是完全不明白其含义，只是简单的把5和6一分为二，实际引用的还是1996年前的旧标准。至少到目前为止我还没有看到过一篇引用正确的文章。这点让我多少感觉有些意外。

两点感想：

首先，峰值加速度不是衡量地震烈度的好方法，地震波是由大量波长和振幅均不相同的波组成的，其中最大的那个的大小通常不能代表整体的强弱。例如，2008年6月日本岩手宫城内陆地震曾观测到4022GAL的峰值加速度（这是目前人类观测到的最大的峰值加速度），但该地的震度却只有6强(830～1500)。还有，日本的地震观测网曾多次观测到超过1500GAL的峰值加速度，但其中能够达到震度7的只有屈指可数的几次。

其次，中国地震烈度表的使用说明中有这样一条：

正如上面我所说的，峰值通常不能代表整体的强弱，另外一点，是不是还应该考虑时间的因素呢？极端一点，持续一秒钟的地震和持续一分钟的地震造成的破坏肯定是不一样的。所以说，如果把峰值加速度和峰值速度作为综合评定烈度的参考是可以接受的，如果是作为依据，我个人持疑问态度。