Ett decennium efter att arbetet med ett system för tidig varning började, forskare och ingenjörer finjusterar en amerikansk västkustprototyp som kan vara i begränsad allmän användning 2018.

I två artiklar publicerade 6 december i Seismologiska forskningsbrev , forskare beskriver nyckelkomponenterna och testplattformen för prototypen ShakeAlert -systemet, testas nu i Kalifornien, Oregon och Washington.

Utvecklingen av ShakeAlert har visat att ett tätt nätverk av seismiska stationer, snabb överföring av seismiska data till en central bearbetnings- och varningsstation, snabba vägar för distribution av varningsinformation till användare, och utbildning och utbildning om hur du använder varningarna är alla nödvändiga för ett robust tidigt varningssystem, sa Monica Kohler, en Caltech forskarfakultetsmedlem vid Institutionen för maskin- och anläggningsteknik.

Även om ShakeAlert utvecklades för västkusten, ett liknande system kan användas för tidig varning för jordbävningar på platser som Alaska, Hawaii och även på platser som Oklahoma där inducerade jordbävningar är den viktigaste källan till seismisk skada. "Vi har fått frågor i stil med" kan vi testa ditt system där vi bor? " eller 'kan vi överföra ditt system över?' "sa Kohler. "Svaret i teorin är ja, men det måste finnas dessa vissa nyckelelement på plats. "

Fler stationer, snabbare hastigheter

ShakeAlert utvecklades med hjälp av seismiska data som samlats in av Advanced National Seismic System (ANSS), en nationell samling av seismiska nätverk som stöds av U.S. Geological Survey. Omkring 760 seismiska stationer bidrar nu till ShakeAlert. En av de "högst upp på listan" prioriteringar för att förbättra västkustens tidiga varning, sa Kohler, skulle vara tillägget av nästan 1000 fler stationer i dessa nätverk.

"Delar av Los Angeles och San Francisco täcks ganska bra av regionala nätverksstationer, men många områden i Kalifornien, Washington och Oregon täcks inte särskilt bra, "Kolher förklarade." Det finns en del finansiering på gång för att få några nya stationer på plats, men just nu räcker det inte med att slutföra de regionala arrays som är nödvändiga för tidig varning för jordbävningar i sin mest robusta form. "

För att åtgärda en del av denna brist, ShakeAlert -systemet testar användningen av "frivilliga" accelerometrar, mestadels i Los Angeles -området, som är tillräckligt känsliga för att upptäcka jordbävningar och kan anslutas till ett företag eller hem, kringgå de dyrare tillstånden och installationen som behövs för en seismisk station i full skala.

Även på platser där det redan finns ett tätt nätverk av stationer, vissa stationer saknar höghastighet och tillförlitlig telemetri-datakommunikationsförmågan som inkluderar allt från radiovågor till satellit och kommersiellt internet för att skicka seismiska signaler till ett centralt databehandlingscenter i realtid. "Med jordbävning tidig varning, namnet på spelet är snabbt, "Sa Kohler." Signalerna till central behandling måste vara snabba, och behandlingscentralen måste i sin tur kunna skicka ut varningar till sina användare tillräckligt snabbt för att vara användbart. En del av den finansiering som behövs för tidig varning för jordbävningar måste läggas på att uppgradera den befintliga telemetri. "

Förbättrade algoritmer

ShakeAlerts algoritmer uppskattar nu en "punktkälla" för en jordbävning, men "vi arbetar med förmågan att införliva algoritmer som kan hantera mycket stora jordbävningar som händer på ett sätt som inte kan approximeras till en enda punkt, "Sa Kohler.

Den nuvarande versionen av systemet, Hon sa, är mindre framgångsrik med att ge användbara varningar om jordbävningar som bryter en lång del av ett fel och utvecklas med tiden, såsom jordbävningen M9.1 2011 Tohoku i Japan.

ShakeAlert-teamet har också testat systemet mot tidigare och realtids jordbävningshändelser, tittar på dess förmåga att bestämma parametrar som jordbävningsstorlek, epicentrum och ursprungstid, och hur lång fördröjningen är mellan jordbävningens start och den tid en användare får en varning. "Men vad slutanvändarna verkligen bryr sig om är hur allvarlig markskakningen kommer att vara på deras plats, så vi testar nu också algoritmer som kan tillhandahålla dessa data, "Kohler sa." Vi förväntar oss fullt ut att en framtida iteration av ShakeAlert kommer att ha markskakningsbedömning som en av de mest grundläggande delarna i varningen. "

När ShakeAlert expanderade från Kalifornien till att inkludera Washington och Oregon i april 2017, utvecklarna skapade också en enda uppsättning algoritmer som kan användas i Pacific Northwest och norra och södra Kalifornien. Utmaningen, sa Kohler, var att utveckla en standard uppsättning algoritmer som kunde redogöra för de olika tektoniska miljöerna i varje region, inklusive offshoresubduktionszonen i nordvästra Stilla havet och de mestadels fel på land i Kalifornien.

Vad användare vill ha

Från början, ShakeAlert har haft en stadig grupp beta -användare - allt från statliga myndigheter till företag - som har hjälpt teamet med värdefull feedback för systemet.

Till exempel, ShakeAlert -teamet lär sig mer av sina betaanvändare om hur mycket osäkerhet användarna kommer att tolerera i varningarna och hur snabbt kontra hur exakt de vill att dessa varningar ska vara. ShakeAlert samarbetar med tredjepartsföretag för att bestämma hur varningarna ska spridas, vilken form varningarna ska ha, och vilken typ av information som finns i varningarna-och det finns inte en metod som passar alla, Noterade Kohler.

Till exempel, en skola kan ha högre tolerans för falska larm-eleverna kommer att förlora några minuters undervisning genom att duka under deras skrivbord-men en järnväg eller en samlingslinje för maskiner kanske vill stänga av verksamheten endast för de mest säkerhetsmeddelanden.

"Vi lär oss vad deras tolerans av varningstid kontra noggrannhet är, "Sa Kohler." För ju snabbare du vill ha varningen, desto mindre exakt blir det. Om du väntar på mer data för att få varningen, desto mer exakt blir det. "

När ShakeAlert går mot ett större allmänt bruk, Kohler och hennes kollegor hoppas att deras SRL -papper kommer att fungera som en bra påminnelse om alla element som behövs för tidiga varningssystem för jordbävningar.

"Ibland finns det en missuppfattning om att allt du behöver är en bra algoritm, eller allt du behöver är ett litet urval av seismometrar i ditt intresseområde, men antingen en av dem eller till och med båda kommer inte att ta dig särskilt långt när det gäller att producera ett robust system över ett stort seismiskt aktivt område, "Sa Kohler.