日本国土交通省及其下的气象厅是日本主要的灾害信息管理部门，承担了灾害信息预报（灾害预测）和灾害信息的收集发布职能。为了应对地震、海啸、火山喷发、极端天气等自然灾害，日本气象厅（JMA）开发了一套强大的监测网络，并在此基础上形成了应对不同自然灾害的预警系统。具体来看，这套系统包括地震预警系统、海啸预警系统、火山喷发预警系统等，通过瞬时警报、短信等应急通信网络，向全国受灾地区发出警报。日本也因此成为世界上预警体系最为完备、技术最为先进的国家。

地震和海啸应急系统由监测网络、日本气象厅的数据收集分析和预警系统、应急通信网络三大部分组成，按照数据监测、数据收集和分析、信息分类、信息分发、最终在最短的时间内向公众发出预警信息。具体运转方式如下：

●数据监测：监测网络提供数据监测的功能，日本气象厅等基于物联网技术，利用部署在日本本土、周边、海底的地震烈度表、地震检波器、验潮仪、应变仪等仪器，以及其他组织收集的实时数据，以支持对地震和海啸的监测。各类仪器部署的数量如表4-1所示。

表4-1　日本地震和海啸监测网络

注：根据气象厅官方数据整理，其他机构包括日本防灾科学技术研究所（NIED）、日本国家海洋地球科学技术局（JAMSTEC）、国土地理院（GSI）、日本海上保安厅（JCG）、东京大学地震研究所（ERI）等机构。

●数据收集和分析：日本气象厅通过地震现象观测系统（EPOS）实时收集自己的观测平台和其他组织观测平台的数据，形成对地震和海啸的7×24小时全天候监测。当监测到地震时，气象厅会立即确定震级、震中位置和海啸风险。

●信息分类：气象厅根据收集和分析的数据，对信息进行分类，主要划分为地震早期预警、海啸预警、地震烈度、南海海槽地震信息以及其他地震和海啸信息等。

●信息分发：总体来看，日本气象厅一般将预警信息分发至两个方向：其一，发送至中央和地方政府部门、警察机构、防灾组织、海岸警卫队、媒体和其他机构，并在气象厅网站上实时公布，主要用于灾难的初步应对、灾区检查和居民的疏散和救援；其二，气象厅利用国家瞬时警报系统J-Alert，通过电视、广播、手机、扩音器等，NHK和其他广播媒体、日本电报电话公司等企业参与其中，向受灾区域居民发出地震预警、海啸预警等紧急规避和疏散的信息。

此外，为了确保预警信息的正常发布，政府也作了替代预案，在东京和大阪设有镜像操作中心，以保证在发生大规模灾难时，一处受损严重，另一处也能够及时发布预警。

1.地震预警系统

地震预警系统（Earthquake Early Warning，EEW）是指在几秒内检测到临近区域可能发生的强烈地震后，对本地提供预警信息的系统[12]。虽然地震发生的时间可能只有短短的几秒、几十秒，但是地震预警系统提供的几秒钟的宝贵时间，往往能够大大减轻地震造成的损失。地震预警系统的意义在于，能够提醒受灾地区采取对策，例如火车降低车速或停止运行，电梯在就近楼层停止，公众无论是在办公室、工厂还是家中等各种环境中，能够快速离开危险区域，保护自己。有研究指出，地震预警系统可减少人员伤亡：如果预警时间为3秒，可使人员伤亡比减少14%；如果为10秒，人员伤亡比减少39%；如果为30秒，人员伤亡比减少78%。日本实时地震情报利用协议会（REIC）的测试结果表明：如果主震区提前2秒获得了警报，区域内的死亡人数将能减少25%；如果能提前5秒获得警报，死亡人数将能减少80%[13]。

日本地震预警系统由日本气象厅于2004年开始试运行，2007年正式投入使用。气象厅以20公里为间距在日本全国范围内部署了约700个地震烈度表，以及其他组织的3700多个地震烈度表等监测仪器，实现对日本全国范围和周边海域的地震监测。这套地震预警系统也是目前全球范围内性能最为先进、准确性最高的系统。

图4-3　日本地震预警系统

资料来源：日本气象厅。

当地震发生后，地震波从震源传播，主要是地震纵波（P波）和横波（S波）。S波的传播速度约为每秒3—4公里，比P波每秒5—6公里的传播速度慢，能够引起地面水平晃动，其破坏性更大，是造成地震危害的主要原因。地震预警系统正是利用了P波和S波之间的时间差来进行预报。地震预警系统通过单个或多个P波检测来确定震中位置、震源深度等震源参数，并利用P波幅值和震级之间的比例关系估计震级，修正震源深度。连续检测三方向波形数据的向量总和，随幅值增加而更新估算震级[14]。最后，地震预警系统根据测算的地震震级、震中位置、地震烈度等信息，如果符合设定的预警标准，系统将发出预警信息。整个过程十分迅速，电信号的传播速度接近光速，这也就能够在震动强烈的S波到达之前，即时发出预警，通知学校、办公室、居民等做好防震准备。

地震预警系统发出的预警信息有两种形式，分别是警告（Warnings）和预测（Forecasts），划分依据是地震强度。警告包含警告和特别警告，当地震强度小于5级时，地震预警系统会发出警告。当地震强度大于6级时，将发出特别警告。公众通过电视、广播、智能手机等各种媒体获得警告信息，在收到警告信息之后应立即进行自我保护，电视、广播、手机、行政防灾无线电等不同的终端会发出不同的警报，公众应提前了解不同的警告形式，确保迅速响应；当地震强度在3级以上或3.5级以上时（一般不会造成破坏），地震预警系统会发出地震预测，但是其准确性在最开始相对有限，随着时间的推移，准确性会不断提高。预测信息用于提前准备工作，例如在工厂的生产线及时停止生产、户外工作人员及时寻找避难场所等。(www.daowen.com)

2011年3月11日，距离东京373公里的日本东北部海域发生里氏9.0级地震，地震同时引发巨大海啸，这也是日本历史上第一个9.0级的大地震。4月1日，日本政府将其命名为“东日本大地震”。这场大地震给日本带来了巨大的人员伤亡和经济损失，且导致福岛核电站发生核泄漏，为日本第二次世界大战后伤亡最惨重的自然灾害。

图4-4　地震预警系统发出的地震警告[15]

地震发生后，地震预警系统正常启动，及时发出了地震警告和海啸警告信息，避免了更大程度的灾难影响。当地时间2011年3月11日14时46分18.1秒发震，46分45.6秒地震预警系统发布第一报，预计震级为4.3级，震级被系统低估了。到46分48.8秒，地震预警系统发布第四报，给出了震级7.2级的预报，同时，地震预警系统通过电视、广播、移动和智能手机发出第一条预警信息。不过，地震预警系统监测到的第一报，即地震发生8.8秒之后，气象厅向宫城县、岩手县和福岛县等地发出紧急地震警告，当地居民通过NHK的电视播报和手机等方式获得了强地震警告。距离震中较远的东京，也在地震波到达前约60秒获得了地震信息。等到地震预警系统发出第十二报时，即地震发生后65秒，此时，观看日本广播协会NHK或当地电视报道的数以百万的民众，都接收到了地震预警系统的警报。在东北新干线方面，当地震波到达前9—12秒，列车的电力供给被切断，27列高速列车紧急刹车，当主震发生后70秒、最大的地震动[16]到达时，列车的速度已经降至100公里/小时，最终27列高速列车全部安全停车，无一伤亡[17]。

也正因为此，地震后一项对受访者的调查显示，超过55%的受访者表示愿意在未来更积极地使用地震预警系统[18]。当前，地震预警系统在家庭、医疗、工业系统等领域有广泛的应用。比如，公众可以购买专用的地震预警信号接收器，可以接收气象厅发布的地震预警信息，并具有液晶显示和声音告警。这种专用的地震预警信号接收器，有无线电接收和互联网接收两种类型。而通过互联网接收的报警器，只要和网络连接好了，就可以全天候任何时间接收报警信号，无需担心夜间睡着了而收不到预警信号[19]。

当然，地震预警系统并不是完美的，其主要存在三个方面的欠缺：预警只能够提前数秒到数十秒发出警告，时间非常短；震源附近地区可能来不及收到预警就已经发生强震；地震烈度和强震时间的预警可能会有误差。

2.海啸预警系统

1999年4月，日本气象厅启用了自主研发的海啸预警系统（Tsunami Warning System，TWS）。该系统主要用于日本周边的海啸预警，对于远离日本的太平洋地区地震引发的海啸，气象厅与太平洋海啸警报中心（位于夏威夷）合作，预测海啸对日本产生的影响并发出预警。当发生地震时，日本气象厅根据地震观测数据估算发生海啸的可能性，系统通常会在地震发生后三分钟左右（或早于两分钟）发出警告。如果预计沿海地区会发生海啸，日本气象厅则会向可能受影响的地区发出海啸预警，包括海啸的预计到达时间、高度等内容。

海啸预警系统的运转方式与地震预警系统基本一致，通过物联网传感器等，对海啸实现数据监测与收集，并在此基础上进行数据分析、信息分类、信息分发，最终将海啸预警发送至公众。

在日常状态下，日本气象厅会对不同地点、震级的地震进行海啸的模拟计算，并将与海啸到达时间和高度相关的结果存储到数据库中。当强地震发生时，日本气象厅利用监测数据确定地震的位置和震级，根据计算的结果与数据库比对，选择最接近的匹配结果。然后，气象厅向预计受到影响地区发出海啸预警，气象厅将全国划分为66个海啸预报区域，覆盖全国及沿海地区。预警信息会根据海上观测数据和沿海观测数据进行更新，更新之后再次向公众发出预警。

图4-5　海啸预警发布时间线[20]

2013年3月7日，海啸预警系统进行了升级，重新调整了海啸警报的名称、预报高度等，具体调整如表4-2所示。

表4-2　海啸警告/预警分类[21]

需要注意的是，日本气象厅会根据预计海啸的最大高度，用定性的方式来描述（如高、巨大），而非定量。只有当确认了准确的震级之后，气象厅才会以预计的最大海啸高度（定量形式）来更新警告。当地震等级超过8级之后，则不会发布具体的预报高度数值。

海啸预警与地震预警同样会在电视台、广播、手机等各种渠道进行发布。例如，海啸预警发布时，会在NHK电视台的节目中插播紧急广播，全屏展示日本地区，标出海啸预警的区域，并按照统一的标准颜色显示海啸信息。具体而言，大海啸警报为紫色，海啸警报为红色，海啸注意警报为黄色，背景地图为灰色，海上地区用深蓝色。民众在收到海啸预警之后，迅速采取紧急避难措施，保证人身安全。