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GPS卫星将数据传回地面上的接收站。

  网易探索4月12日报道美国加利福尼亚州的科学家研发出一种立基于GPS测量数据的高效系统,能够快速确定发生在断层区内的地震规模和强度以及潜在影响,例如引发灾难性海啸的可能性。借助于这一系统,研究人员对日本和墨西哥北部发生的地震进行了精确模拟。

  2011年的日本大地震让很多人意识到地震发生后的最初几分钟是一个至关重要的时间段。在日本东北部发生地震后,地球物理学家用了20多分钟才计算出这场地震的震级达到里氏9.0级。如果政府能够以更快的时间了解地震的强度,便可更快启动早期预警系统,提醒居民为随之而来的大海啸做好准备,进而减少人员伤亡。

  当前地震监测系统的反应速度无法达到令人满意的程度,因为距大地震发生地较近的地震观测站的仪器往往受到周期性强烈晃动影响。为了确定地震的规模和强度,地震学家需要分析距地震发生地更远的观测站的数据。由于观测站的仪器无法测量板块移动范围,在地震发生后最初几分钟计算出的震级往往被低估。

  另一种可选性方式已经研究了20多年,利用GPS测量数据从太空监视地壳。这种方式采用的基本策略是创建一个区域性GPS站网络,GPS站的地球学家追踪一个给定地理区域内的站点方位。地震发生后,科学家可以通过分析GPS站间的相对位置变化确定地表移动幅度。

  加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的布伦达·克罗维尔和同事研发出立基于这种方式的系统,用于对地震的规模和强度进行详细建模。这一系统采用的数学模型允许研究人员利用区域性GPS数据重建断层面以及地震发生地出现的活动。他们指出这个系统确定地震震级的速度远远超过传统方式。克罗维尔在接受《物理世界》杂志网站采访时表示,以日本大地震为例,地震学家能够在地震发生后2到3分钟确定这场地震的震级为里氏9.0级。

  克罗维尔和他的研究小组指出地球学家能够以两种不同的方式使用这个模型。第一种是用于地球学家已经对断层带有很深了解的地区,第二种是用于他们尚不非常清楚断层带细节的地区。在第二种情况下,这个模型可以利用矩心矩张量数学函数并根据GPS数据模拟地表下方的断层带。

  在发表于《地球物理研究快报》上的研究论文中,克罗维尔的研究小组描述了对两场大地震——发生在日本北海道沿海100公里的Tokachi-Oki地震以及2010年发生在墨西哥北部下加利福尼亚州的El Mayor-Cucapah地震——的建模过程。对Tokachi-Oki地震进行建模时,研究人员利用来自356个GPS地球观测网系统站点的GPS数据绘制这场8.3级地震的图像;对El Mayor-Cucapah进行建模时,他们则利用来自加州实时网络95个站点的GPS数据模拟这场7.2级地震。

  两次模拟中,克罗维尔的研究小组均在不到2分钟内确定震级,速度是传统方式的10倍。研究人员发现,在对日本地震进行建模时,预先定义断层是一种更为理想的方式,因为当地断层随深度加深越发复杂。在对墨西哥地震进行建模时,重建断层区的方式则更为理想,部分原因在于当地断层的倾角随深度加深变化不大,允许他们对断层进行准确模拟。克罗维尔对《物理世界》杂志表示他的研究小组同样利用这一系统对2011年发生在日本东北部的大地震进行模拟。在另一篇论文中,他们详细描述了模拟过程。

  此项研究得到美国宇航局的资助。克罗维尔表示他的研究小组正在研发这一系统的工作原型,有望在2013年投入使用,监测工作将由斯克里普斯海洋研究所负责。他指出不能将这一系统理解为一个早期预警系统,因为它要在地震发生后数秒才能做出反应。“不过,这一系统能够帮助首批应急反应人员更准确地找到破坏程度最严重的地区。对于海啸建模,这种系统也能发挥重大作用,能够让当前的建模时间缩短几十分钟。”(来源:《物理世界》 编译:shooter)

  (本文来源:网易探索 )