最近，nature发表了一篇关于使用弹性重力信号来瞬时跟踪地震的论文。事实上，这就是我们所说的地震预警。刚刚看到热搜的新闻说蒙古发生了4.0级地震。所以，就把这两件事结合起来，说说地震预警。
什么是地震预警？
地震预警是在地震发生后，利用地震信号的电波比地震波快这一特点，对地震波尚未到达的地区进行预警。比如距离震源100公里，如果第一时间预警，地震后完成求生措施大概需要25 s。
应当指出，地震预警有时与地震预测相混淆。两者的区别在于，地震预测类似于天气预测。它是以一系列相关参数为基础，继续模拟分析得出未来地震发生的可能性，也就是说是否会发生地震。地震预警，顾名思义，就是知道地震已经发生，然后开始发出预警，为人们自救提供几秒钟的帮助。
地震预警的意义是什么？
一般地震预警只是提前几秒到几分钟，看似作用有限，其实很有用。在这极短的时间内，地震预警能有什么样的减灾效果？下图列出了一些主要函数。一般来说，预警时间不长。在这段时间里，人们可以迅速找到安全的避难所，对于生产，可以及时停产。全力应对地震波。
为什么要快速准确地发出地震预警？
地震快速预警，大家应该都懂。特别是近年来，在我国西南地区地质活动频繁的地区，建立了较为完善的地震信息网络和预警平台。很多人估计自己生活中或多或少“经历过”地震预警。有时候，网友还会在自家电视上贴出地震预警弹窗，显示地震到来前几秒。这直观的体现了快速预警的重要性，不成功便成仁。时间是以秒计算的。地震预警意味着人们可以尽早采取安全预防措施。在《自然》的文章中，作者论述了地震会在地球内部引发地震波，以每秒14公里的速度运动，从而触发地震仪中的信号。因此，日本、墨西哥和加利福尼亚的地震预警网络提供几秒或几分钟的预警时间。
然而，在非常严重的地震情况下，地震信号也会受到饱和效应的影响——这意味着预测地震的最大强度非常困难。比如2011年3月11日，日本东北大地震引发了举世瞩目的福岛核灾难。当初日本的地震监测机构实际上检测到了地震，分析为8.1级地震。海岸摇晃两分钟后，日本气象厅发布了相应的地震预警。然而，事实是，地震最终的烈度达到了9级——也就是说，它释放的能量超过了专家预测的22倍。导致人们对随之而来的巨大海啸没有适当的警戒级别和应对措施，这也是后来核电站发生一系列事故的重要原因。
瞬时弹性重力信号桩
现在，科学家们开发了一种新方法，可以更快更准确地估计地震的震级:他们使用经过训练的卷积神经网络来检测地震引起的地球重力场扰动产生的微弱低频地震信号。这种信号以光速传播，这使得提前发出地震警报成为可能。
具体来说，地震导致板块大规模位移，进而导致时间空扭曲。虽然这种失真幅度很小，但仍能产生微弱的低频信号并被检测到。这些信号被称为“即时弹性重力信号”，由佛罗里达大学的伯纳德·怀汀(Bernard Whiting)及其同事在2016年首次记录。因为这个信号是以光速传播的，所以在地震波到达之前，探测仪器其实是可以接收到这些重力信号的。
神经网络预测50秒内地震。
现在，来自Cote d 'Azur大学的Andrea Licciardi和他的同事开发了一种机器学习算法，该算法使用地震信号来预测地震的强度。为此，他们在数十万次模拟地震上训练了一个卷积神经网络，然后在来自东北的真实数据集上进行测试。研究人员在文章中报告说，该模型在大约50秒内准确预测了地震的震级——比其他现代预警系统快得多。因此，这个模型也可以提高对海啸的预测，因为海啸通常只在地震后10或15分钟到达。
然而，本文仍处于概念验证阶段。该模型只需要50秒就可以给出正确的预测，因此原则上这也可以实时使用。但是到目前为止，这个工作流程从数据采集、输入到运行都没有实时运行，所以是否真的能实现瞬时地震追踪还不得而知。此外，该模型仅针对日本特定断层带引起的地震进行训练，这意味着必须再次训练才能在不同地区使用。因此，这篇论文的作者目前正在秘鲁和智利训练地震台网。为了进一步验证这种方法的可靠性。
写在最后
目前，地震预警技术系统已在日本、美国、墨西哥等国家和我国台湾省建成使用。中国作为一个地震灾害多发的国家，也组织开展了大量的前期勘探工作，掌握了关键技术，实现了从科研到工程应用的转化。
根据官方网站，政府，中国在2001年开始有地震预警技术研究的想法。2007年地震行业开展预警技术研究，2012年建成福建地震预警示范系统，2013年建成首都圈和兰州地震预警示范系统。国家发改委于2015年6月批准设立国家地震烈度速报预警项目，2018年6月批准项目初步设计方案，2018年7月立项建设。计划到2022年底，在华北、南北地震带、东南沿海、新疆中天山及拉萨周边等重点预警区域形成二级地震预警能力，在全国形成分钟级地震烈度速报能力。
本文旨在结合最新的nature文章，谈谈国际上地震研究领域的最新进展。相信相关专家也应该能够跟踪这些最新技术，从而积极推动我国地震预警系统的不断升级。
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参考来源:
https://www . heise . de/hintergrund/Erdbeben-Fruehere-und-ge nauere-war nung-dank-neuronaler-Netze-7097425 . html
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04672-7
https://www . sc . gov . cn/10462/10464/13271/13274/2021/10/27/39 e5d 892 ecad 46408 b 141 AFC 8856 FD 66 . shtml
