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手机也可以进行地震监测

时间:2021-07-30

手机也可以进行地震监测(图1)

手机也可以进行地震监测

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序言

就在前一段时间的7月14号晚23点36分,四川省汶川县发生4.8级地震,再次揪动着我们的心,但幸运的是这次没有造成人员伤亡。中国地震预警网也在5秒内产出地震预警信息,成都市在地震波到达前19秒收到预警信息,预警为人员疏散、撤离赢得了宝贵的时间。

“地震预警”这个名词大范围刷屏网络是在两年前四川长宁县发生6.0级地震时,当时四川宜宾、成都、重庆等多城区电视屏幕、社区广播上都出现了地震“倒计时”。那一次的预警,也得到了震区群众以及更大范围内公众的一致认可。

电视播放预警信息提醒

早在2002年就有研究作出地震预警时间和人员伤亡关系的预测,如果地震预警时间为3秒,可使人员伤亡率减少14%;预警时间为10秒伤亡率可减少39%;预警时间为20秒,伤亡率可减少63%;预警时间为60秒,伤亡率可减少95%。也就是说,有效地进行地震预警监测,能大大减少地震带来的伤亡

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什么是地震预警?

地震预警常常会和地震预报混淆,一字之差却谬以千里。地震预报是在地震还没有发生时,通过研究分析,对未来地震发生的震级、时间和地点进行预测预报。而地震预警则是指地震发生后,但破坏性地震波还没有到达目标区域前,提前几秒或几十秒发出警报。

地震预报通常利用地震地质、地震统计、地震前兆的方法,来预测地震发生的时间、地点、震级。也可以根据时间长度的不同将其分为长期预报(数十年)、中期预报(数年)、短期预报(数月)和临震预报(数天)。

我国比较成功的地震预报是1975年发生在辽宁省的海城地震,这次预报很大程度上降低了人员死亡和财产损失。

海城地震预报

虽然人类从几千年前就开始研究如何预测地震,例如从中国古代的天象、地理等,到20世纪60年代起各个国家先后开始的科学性研究,但直到现在,地震预报仍是困扰世界的难题。

因为我们对地球本身的认识和检测手段还不足,“上天容易入地难"!对于天空,人类可以造出飞抵太阳系边界的旅行者1号;但对于入地,人类目前的钻探能力还难以达到地震发生的深度,我们对地下发生的变化,只能通过地表的观测来推测;并且孕震机制复杂使地震预报难上加难。

旅行者1号回望地球

地球内部结构

那么我们现在再来谈谈可行性更高的地震预警。地震预警是在地震发生后,但还未造成严重破坏前,通过无线电向外界发布警报的技术。主要是根据地震波和电磁波之间的时间差,与地震波“赛跑”,来赢取提前预警的时间。

地震预警系统

那么为什么可以进行地震预警呢?当一个地震发生时,它以从震源向各个方向发出的地震波的形式释放能量。不同类型的地震波以不同的方式晃动地面并且以不同的速度穿越地球。速度较快的是P波,也称为纵波,它会使地面发生上下振动,破坏性较弱。

速度较慢的是S波,也称为横波,它使地面发生前后、左右抖动,对建筑破坏性较强。

下面是一个地震台站记录到的地震波形图:

截取的地震波形图

由于P波在地球内部传播速度(6km/s)大于S波(3.5km/s),所以地震时,P波总是先到达地表,而S波总落后一步。这样,发生较大的地震时,一般人们先感到上下颠簸,过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。并且电磁波速度(300000km/s)比地震波快接近5个量级,这样我们就可以利用电磁波比地震波传播速度快的原理向还没受到地震强烈影响的地区发出警报。

地震预警过程模拟图

离震中最近的几个预警台站会陆续接收到地震信号,快速估算出地震的发震时刻,发震位置,震源的类型和震级的大小。然后利用这些参数模拟出相关区域内地面运动的强烈程度。根据模拟的结果,抢在破坏性S波到达以前,向不同地区发出相应的预警信息。

归纳起来地震预警的原理是:1.破坏性S波传播速度比P波慢;2.电磁波速度比地震波快。

我们可以看出如果地震监测仪器越接近震中,监测速度越快。所以为了更好、更快地进行地震预警服务,就需要存在一个密集的地震监测台网。

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将手机变成地震监测器

地震预警平台主要使用的是传统地震仪器和大地测量网络,如果想让地震预警监测网络大面积覆盖,则需要投入大量资金和物力人力。这对于一些地震多发但处在发展中的国家无疑是雪上加霜。但研究人员开发了一种利用手机就可以监测地震的方法,很好地利用手机使用人数多,价格低廉的优势

振动台模拟地震情况,记录手机数据进行测试

手机地震监测是利用内置的传感器取代了传统地震预警监测仪器,实现这一功能的就是与我们日常记步、游戏相关的手机加速度计

手机加速度计记录到的运动(MyShake App)

它可以测量我们手机移动时加速度的变化,这个变化也包括地震引起的晃动。

以MyShake软件为例的地震预警系统包括收集(左)、分析(中)、发送警报(右)

如果手机监测到它认为可能是地震的信息,就会向服务器发送信号。服务器可以通过一定的算法来判定该振动是否是地震引起的。然后再估算出这次地震的震级、震中位置、发震时刻,并及时向周围受影响的人群发出预警信息。

手机监测地震与预警

我国也在积极进行手机地震预警技术的研发,就在上个月小米和成都高新减灾所联合研发的手机地震监测预警网上线,在全球率先实现将地震预警接收功能连接到手机的操作系统。

小米系统推出的地震监测服务

虽然手机加速度计的灵敏度远不如专业的地震仪,但却足以记录到距震中10公里内5级以上的可能造成破坏的地震。手机监测也可以在没有地震预警台网的地区及时发出地震预警,解救生命。

未来我们每一位手机用户都可能成为地震监测网络的一部分。

参考文献

1.Allen, R.M., Kong, Q. & Martin-Short, R. The MyShake Platform: A Global Vision for Earthquake Early Warning. Pure Appl. Geophys. 177, 1699�C1712 (2020)

2.https://myshake.berkeley.edu

3. https://www.usgs.gov

4. https://www.iris.edu/hq/

5. https://news.ceic.ac.cn

美编:许宏玺

校对:张腾飞、姜雪蛟

源文:手机也可以进行地震监测

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