天基系统可以为大地震和海啸提供地震监测

研究人员开发了一种全球地震监测系统，该系统使用全球导航卫星系统(GNSS)来测量地壳变形。

中央华盛顿大学地球物理学家Timothy Melbourne及其同事在报告中称，该监控系统可以在几秒钟内快速评估7.0级及以上地震的地震震级和断层滑动分布，使其成为地震和海啸预警中这些破坏性事件的潜在有价值的工具。地震学会公报。

GNSS可以比全球地震网络更快地描述大型地震的特征，从而为基本基础设施的疏散，停放和自动关闭提供了更多时间。墨尔本说：“迅速行动的当务之急实际上是挽救生命。”

GNSS系统由在地球上运行的卫星组成，这些卫星向地球上的接收站发送信号。信号用于确定接收器在时间上的确切位置。地震使接收器下方的地壳移动并使之变形，因此地震后其位置的变化可用于监测和表征破裂。

墨尔本说，与能够检测微小地震波的基于地震仪的网络相比，GNSS的地震监测是一个“非常钝的工具”。

他指出，最先进的地震仪非常灵敏，能够检测到每秒几十纳米的地震波速度。

GNSS更粗糙，仅检测厘米或更大的位移。

但是，在大地震中，灵敏度和速度之间需要权衡。在一个大型，复杂的事件中，例如在2016年新西兰Kakaiura 7.8级地震中，本地地震网络可能被大量数据淹没，其中涉及多个断层，并且来自初始事件的波浪在地壳中回荡。为了准确确定震级和断层滑移分布，地震学家通常必须等待地震波数据到达遥远的站，然后才能对其进行准确表征，这需要数十分钟的延迟才能使波在整个地球上传播。

墨尔本及其同事创建的全球系统是此类系统中的第一个。它接收在地球上任何与Internet连接的接收器处获取的原始GNSS数据，对这些数据进行定位，然后在一秒钟之内将定位的数据重新传输回与Internet连接的任何设备。

研究人员使用来自全球1270个接收站的数据在一个典型的星期内评估了他们的系统。他们发现，从世界上任何地方，数据从接收器传输到中央华盛顿大学的处理中心所花费的平均时间约为半秒。将该数据转换为GNSS位置的估计值平均需要大约一秒钟的200分之一。

这意味着GNSS全球监测系统可以在地震本身破裂之前就检测到变化，因为最大的地震可能需要数十秒(甚至是几分钟)，才能使断层解压缩并将所有能量辐射到地球上”，墨尔本说。

他指出，全球GNSS地震监测系统的速度对于海啸预警可能更为重要。目前，一项国际监测计划使用来自全球地震网络的数据来确定地震震级，并结合检测潮汐海域中海啸的全球潮汐仪和浮标的数据，来确定是否应将海啸预警发送给公众。

墨尔本说，地震网络可能要花费15分钟或更长时间才能确定引起海啸的地震的程度，而潮汐仪和浮标可能需要一个小时才能传送数据，具体取决于它们与地震的接近程度。另一方面，GNSS接收器可以在数十秒内用足够的附近台站来表征地震。

墨尔本说：“全球导航卫星系统在海啸中的真正力量是从一开始就花更多的时间和更高的准确性来发出警告。”

随着越来越多的人使用GNSS接收站，特别是在采矿和建筑业中进行勘测或监视时，GNSS接收站正在不断扩散。但是，全球GNSS监视系统依赖于开源数据，而该数据并没有以相同的速度扩展。墨尔本说，在一些国家，出售数据是为了收回建造和维护接收器的成本，这使得他们的运营商不愿免费提供这些数据。

墨尔本说：“我所做的部分工作是设法使地震活跃地区的国家开放其数据集，以减轻危害。”

例如，在新西兰，厄瓜多尔，智利和其他地方的GNSS运营商与墨尔本小组合作，得益于该小组将其投入GNSS定位系统的十年时间。他们将原始数据从本国的接收器发送到华盛顿市中心，墨尔本和同事在此将数据放置在全球参考范围内，并在几秒钟之内将数据发送回去，以进行进一步的研究和监控。

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