世界上最大的構(gòu)造板塊在日本海岸附近震動(dòng)兩分鐘后，日本氣象廳向大約5000萬(wàn)居民發(fā)出了最后警告：8.1級(jí)地震引發(fā)的海嘯正向海岸逼近。但直到海浪到達(dá)數(shù)小時(shí)后，專家們才估算出2011年3月11日日本東北地震的真實(shí)規(guī)模。最終，它的震級(jí)達(dá)到了9級(jí)，造成至少1.8萬(wàn)人死亡，其中一些地區(qū)甚至從未收到過(guò)警報(bào)。

現(xiàn)在，科學(xué)家找到了一種更加快速獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的方法，即使用計(jì)算機(jī)算法來(lái)識(shí)別從斷層中以光速發(fā)射的引力波的尾跡。

“這是一種識(shí)別大地震的全新方法。”未參與此項(xiàng)研究的加州大學(xué)伯克利分校的地震學(xué)家Richard Allen說(shuō)，“如果我們實(shí)施這個(gè)算法，就會(huì)更有信心確定這是否為一場(chǎng)真正的大地震，可以更早地在更大的范圍內(nèi)發(fā)出警報(bào)。”

科學(xué)家通常利用地震儀等設(shè)備，通過(guò)監(jiān)測(cè)地面振動(dòng)或地震波來(lái)探測(cè)地震。但地震儀提供的預(yù)警量取決于地震與其之間的距離，以及傳播速度低于每秒6公里的地震波的速度。日本、墨西哥和加利福尼亞的地震網(wǎng)絡(luò)提供幾秒甚至幾分鐘的預(yù)警，這種方法在相對(duì)較小的地震中效果良好。“但超過(guò)7級(jí)以上，地震波就會(huì)使地震儀飽和，這使得最具破壞性的地震，如日本東北地震，難以識(shí)別。”Allen說(shuō)。

最近，參與尋找引力波(由大質(zhì)量物體運(yùn)動(dòng)在時(shí)空中產(chǎn)生的漣漪)的研究人員意識(shí)到，這些以光速傳播的重力信號(hào)也可以用來(lái)監(jiān)測(cè)地震。“這個(gè)想法是，一旦質(zhì)量移動(dòng)到任何地方，引力場(chǎng)就會(huì)發(fā)生變化，而且所有東西都能感覺(jué)到它。”佛羅里達(dá)大學(xué)致力于激光干涉儀引力波天文臺(tái)研究的物理學(xué)家Bernard Whiting說(shuō)，“令人驚訝的是，即使在地震儀中也會(huì)出現(xiàn)這種信號(hào)。”

果然，在2016年，Whiting和同事報(bào)告說(shuō)，常規(guī)地震儀可以探測(cè)到這些重力信號(hào)。地震導(dǎo)致質(zhì)量的巨大變化;這些位移會(huì)產(chǎn)生引力效應(yīng)，使現(xiàn)有的引力場(chǎng)和地震儀下的地面變形。通過(guò)測(cè)量?jī)烧咧g的差異，科學(xué)家得出結(jié)論，他們可以創(chuàng)建一種新的地震預(yù)警系統(tǒng)。重力信號(hào)在第一次地震波到達(dá)之前就會(huì)出現(xiàn)在地震儀上，這部分信號(hào)通常被忽略。Whiting說(shuō)，通過(guò)將來(lái)自幾十個(gè)地震儀的信號(hào)相互疊加，科學(xué)家可以識(shí)別模式來(lái)解釋大型事件的規(guī)模和位置。

現(xiàn)在，蔚藍(lán)海岸大學(xué)的博士后Andrea Licciardi和同事建立了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)進(jìn)行模式識(shí)別。他們對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)十萬(wàn)次模擬地震的訓(xùn)練，然后在日本東北地區(qū)的真實(shí)數(shù)據(jù)集上進(jìn)行測(cè)試。研究人員在《自然》報(bào)道稱，該模型在大約50秒內(nèi)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了地震的震級(jí)——比其他最先進(jìn)的早期預(yù)警系統(tǒng)更快。

重力信號(hào)太弱，無(wú)法用現(xiàn)有技術(shù)探測(cè)8.3級(jí)以下的地震，該系統(tǒng)不太可能在地震儀覆蓋的地震區(qū)提供更多的預(yù)警。但艾倫說(shuō)，它可以提供更可靠的大地震規(guī)模估計(jì)，這對(duì)預(yù)測(cè)海嘯尤其重要，因?yàn)楹[通常需要額外10或15分鐘才能到達(dá)。這篇論文的合著者、蔚藍(lán)海岸大學(xué)地震學(xué)家Jean-Paul Ampuero說(shuō)，有了這項(xiàng)技術(shù)，日本的地震學(xué)家就可以準(zhǔn)確地確定震級(jí)，并在“地震開(kāi)始后1到2分鐘”發(fā)出適當(dāng)?shù)木瘓?bào)。

但這項(xiàng)技術(shù)目前尚未投入使用，因?yàn)樗€沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。該模型將在日本部署，但僅適用于可能產(chǎn)生“大地震”的特定斷層帶產(chǎn)生的地震。Licciardi說(shuō)，該算法需要單獨(dú)訓(xùn)練，以便在不同地區(qū)使用，研究人員目前正在秘魯和智利的地震臺(tái)網(wǎng)中進(jìn)行訓(xùn)練。

“我們有了第一代算法……這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。”Allen，“現(xiàn)在讓我們?nèi)タ纯此欠裾娴挠行А?rdquo;(作者：李木子)

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