Vestkystjordskælvs tidlige varslingssystem fortsætter fremskridt mod offentlig brug

Et årti efter påbegyndelse af arbejdet med et tidligt varslingssystem for jordskælv, videnskabsmænd og ingeniører finjusterer en prototype fra den amerikanske vestkyst, der kan være i begrænset offentlig brug i 2018.

I to artikler udgivet 6. december i Seismologiske forskningsbreve , forskere beskriver nøglekomponenterne og testplatformen for prototypen af ​​ShakeAlert-systemet, bliver nu testet i Californien, Oregon og Washington.

Udviklingen af ​​ShakeAlert har vist, at et tæt netværk af seismiske stationer, hurtig overførsel af seismiske data til en central behandlings- og alarmstation, hurtige veje til distribution af advarselsoplysninger til brugere, og uddannelse og træning i, hvordan man bruger advarslerne, er alle nødvendige for et robust tidligt varslingssystem, sagde Monica Kohler, et Caltech forskningsfakultet medlem i Institut for Mekanik og Anlæg.

Selvom ShakeAlert blev udviklet til vestkysten, et lignende system kunne bruges til tidlig varsling om jordskælv på steder som Alaska, Hawaii og endda på steder som Oklahoma, hvor inducerede jordskælv er hovedkilden til seismisk skade. "Vi har fået spørgsmål i retning af 'kan vi prøve dit system, hvor vi bor?' eller 'kan vi overføre dit system?'" sagde Kohler. "Svaret i teorien er ja, men der skal være disse visse nøgleelementer på plads."

Flere stationer, hurtigere hastigheder

ShakeAlert blev udviklet ved hjælp af seismiske data indsamlet af Advanced National Seismic System (ANSS), en national samling af seismiske netværk understøttet af U.S. Geological Survey. Omkring 760 seismiske stationer bidrager nu til ShakeAlert. En af "top of the list"-prioriteterne for at forbedre vestkystens tidlige varsling, sagde Kohler, ville være tilføjelsen af ​​næsten 1000 flere stationer i disse netværk.

"Dele af Los Angeles og San Francisco er dækket ret godt af regionale netværksstationer, men mange områder i Californien, Washington og Oregon er ikke dækket særlig godt, Kolher forklarede. "Der er en del finansiering på vej til at få nogle nye stationer på plads, men lige nu er det ikke nok at færdiggøre de regionale arrays, der er nødvendige for tidlig varsling om jordskælv i sin mest robuste form."

For at afhjælpe noget af denne mangel, ShakeAlert-systemet tester brugen af ​​"frivillige" accelerometre, mest i Los Angeles-området, som er følsomme nok til at registrere jordskælv og kan tilsluttes i en virksomhed eller hjemme, omgå de dyrere tilladelser og installationer, der er nødvendige for en fuldskala seismisk station.

Selv på steder, hvor der allerede eksisterer et tæt netværk af stationer, nogle stationer mangler højhastigheds og pålidelig telemetri - datakommunikationskapaciteterne, der omfatter alt fra radiobølger til satellit og kommercielt internet til at sende seismiske signaler til et centralt databehandlingscenter i realtid. "Med tidlig varsling om jordskælv, navnet på spillet er hurtigt, " sagde Kohler. "Signalerne til central behandling skal være hurtige, og behandlingscentret skal til gengæld være i stand til at sende advarsler til sine brugere hurtigt nok til at være nyttigt. Nogle af de midler, der er nødvendige for tidlig varsling om jordskælv, skal bruges til at opgradere den eksisterende telemetri."

Forbedrede algoritmer

ShakeAlerts algoritmer estimerer nu en "punktkilde" for et jordskælv, men "vi arbejder på evnen til at inkorporere algoritmer, der kan håndtere meget store jordskælv, der sker på en måde, der ikke kan tilnærmes til et enkelt punkt, " sagde Kohler.

Den nuværende version af systemet, hun sagde, er mindre vellykket med at give nyttige advarsler om jordskælv, der sprænger en lang del af en fejl og udvikler sig over tid, såsom M9.1 2011 Tohoku jordskælvet i Japan.

ShakeAlert-teamet har også testet systemet mod tidligere jordskælvsbegivenheder og jordskælv i realtid, ser på dets evne til at bestemme parametre som jordskælvets størrelse, epicenter og oprindelsestid, og hvor lang forsinkelse der er mellem starten af ​​jordskælvet og det tidspunkt, hvor en bruger får en alarm. "Men det, slutbrugerne virkelig bekymrer sig om, er, hvor alvorlige jordrysten vil være på deres placering, så vi tester også nu algoritmer, der kunne levere disse data, " sagde Kohler. "Vi forventer fuldt ud, at en fremtidig iteration af ShakeAlert vil have jordrystende vurdering som en af ​​de mest grundlæggende dele af alarmen."

Da ShakeAlert udvidede fra Californien til at omfatte Washington og Oregon i april 2017, udviklerne skabte også et enkelt sæt algoritmer, der kunne bruges i det nordvestlige Stillehav og det nordlige og sydlige Californien. Udfordringen, sagde Kohler, var at udvikle et standardsæt af algoritmer, der kunne redegøre for de forskellige tektoniske miljøer i hver region, herunder offshore-subduktionszonen i Pacific Northwest og de for det meste onshore-forkastninger i Californien.

Hvad brugerne ønsker

Fra starten, ShakeAlert har haft en fast gruppe af betabrugere – lige fra offentlige myndigheder til virksomheder – som har hjulpet teamet med værdifuld feedback til systemet.

For eksempel, ShakeAlert-teamet lærer mere fra sine betabrugere om, hvor meget usikkerhed brugerne vil tolerere i advarslerne, og hvor hurtige kontra hvor nøjagtige de ønsker, at disse advarsler skal være. ShakeAlert samarbejder med tredjepartsvirksomheder for at beslutte, hvordan advarslerne skal spredes, hvilken form advarslerne skal have, og hvilken slags information er i advarslerne – og der er ikke en ensartet tilgang, Kohler bemærkede.

For eksempel, en skole kan have højere tolerance over for falske alarmer - elever vil miste et par minutters undervisning ved at dukke sig under deres skriveborde - men en jernbane eller et samlebånd til maskiner vil måske kun lukke driften for de mest sikre alarmer.

"Vi er ved at lære, hvad deres tolerance for alarmtid versus nøjagtighed er, " sagde Kohler. "For jo før du vil have alarmen, jo mindre nøjagtigt vil det være. Hvis du venter på, at flere data genererer advarslen, jo mere nøjagtigt vil det være."

Efterhånden som ShakeAlert bevæger sig mod bredere offentlig brug, Kohler og hendes kolleger håber, at deres SRL-papirer vil tjene som en god påmindelse om alle de elementer, der er nødvendige for jordskælvs tidlige varslingssystemer.

"Nogle gange er der en misforståelse om, at alt hvad du behøver er en god algoritme, eller alt hvad du behøver er et lille udvalg af seismometre i dit område af interesse, men enten den ene af dem eller endda begge vil ikke komme dig ret langt i forhold til at producere et robust system over et stort seismisk aktivt område, " sagde Kohler.