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1秒摸清地震“脾气”

来源:网络整理 作者:admin 人气: 发布时间:2021-03-26
摘要:人工智能算法计算震源机制解流程图。受访者供图 课题组合影。受访者供图 课题组在进行科研训练和讨论。受访者

原标题:1秒摸清地震“脾气”

1秒摸清地震“脾气”

  人工智能算法计算震源机制解流程图。 受访者供图

1秒摸清地震“脾气”

  课题组合影。 受访者供图

1秒摸清地震“脾气”

  课题组在进行科研训练和讨论。 受访者供图

  地震是破坏力较大的自然灾害之一。地震科学的每一次进步和飞跃,都象征着人类与自然灾害抗争的决心。

  公元132年(东汉顺帝阳嘉元年),张衡发明了世界第一台地震观测仪器——候风地动仪,开启了人类利用仪器观测地震的历史。

  时针飞速拨转,近年来,人工智能、大数据、云计算等技术的广泛应用,为地震科学带来新的曙光和可能。

  采用人工智能方法,可在1秒内算出震源机制参数,摸清地震“脾气”,有效提升地震监测和风险防范能力。这是中国科学技术大学地球和空间科学学院张捷教授课题组最新的研究成果。论文日前发表于《自然-通讯》杂志。

  对于这一成果,该论文的3位审稿人一致评价:“这是非常激动人心的突破性成果。”

  目前,张捷课题组成员15人,有14人是90后。近日,中青报·中青网记者采访了这群年轻的科研人员。

  地震监测需要的“神秘”参数

  张捷教授介绍,地球内部运动导致板块之间相互挤压碰撞,进而造成板块内部错动、破裂,是引发地震的主要原因。地震的“时(发震时刻)、空(震源位置)、强(地震震级)”三要素是了解地震的最基本信息。但不可忽略的是,描述地震破裂的震源机制解(即震源机制参数,学界也叫震源机制解——记者注)也是破解地震信息的重要参数。

  何为震源机制解?张捷解释,这是利用地震观测资料来研究地震发生时,震源处的作用力和断层错动性质,其参数包含断层走向(strike)、断层倾角(dip)、滑移角(rake)等。

  摸清震源机制解,不仅可以帮助了解断层的类型,还能揭示断层在地震发生时具体的运动情况、破裂方向、破裂速度,描述滑断面的走向、倾向、倾角等特征。

  通俗地说,对于发生在陆地上的地震,震源机制解可能用于由前震预测主震,或由主震资料预测强余震,揭示震源附近的应力分布状况。也能帮助判读出是地震带中哪个断层系在活动、其应力方向在哪、附近类似断层会不会出现危险等情况;对于海洋以及近海、沿岸区域的地震,震源机制解可以为海啸预警、海啸灾害的评估提供关键的信息。

  张捷介绍,自1938年地震学家第一次推算以来,快速获取震源机制解一直是科学难题。通常,科学家通过记录到的地震波极性以及全波形信息,反向演算震源机制解。但反推耗费时间、计算量大,目前,世界各地地震监测台网在地震速报信息里,只有发震时刻、震级、地点和深度,并不包括震源机制解。

  他补充说,地震发生时,地震波信号传到地震台网,专业人员采用理论算法处理地震数据。但往往在地震发生几分钟或更长的时间后才能报出震源机制解。3-10分钟后,地震往往已经造成破坏。

  2004年,里氏9.3级印度洋大地震引发强烈海啸,席卷了包括印度尼西亚、斯里兰卡、马尔代夫等国,造成了巨大人员伤亡和财产损失。震后15分钟,海啸最先到达印尼,但却没有预警,最后造成14个国家共22万余人失去生命。张捷分析,若能在震后快速得到该地震是逆冲破裂的震源机制并发出预警,将会大大减少伤亡。

  在最新成果中,张捷课题组就利用人工智能技术和深度机器学习算法,提出新的深度卷积神经网络——震源机制网络(FMNet),利用全波形信息快速估计震源机制。

  课题组首先在研究区域模拟出理论地震波形图,用于训练人工智能网络。之后将实际地震波形数据输入到训练好的人工智能网络中,从而输出地震震源机制解。“地震发生后,实际地震数据进入人工智能系统,不到1秒时间,系统就能准确估算出震源机制解,为灾情判断、灾害评估提供有力支持。”张捷说。

  该项目也受到了中国地震局地震预测研究所基本科研业务费实验场项目和国家重点研发计划项目“地震预警新技术研究与示范应用”的资助。

  地震监测,跨越千年的科学“接力”

  关于地震的研究一直在曲折中进行。研究的时间维度已跨越了上千年。

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