日本新型海啸监测系统:如何实现地震后3分钟内实时预警? - 海洋地震预警系统

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小姐姐有话说:

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在日本、夏威夷、阿拉斯加和南美洲等环太平洋地区已经建立海啸预警系统,其他的海域则尚未建立,以至于2004年的南亚大地震所引起的海啸造成重大伤亡。

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经过这次教训后,印度洋、大西洋及加勒比海地区都将设立这一系统。

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什么是海啸预警系统?

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海啸监测系统是通过整合地震和水位观测网,利用海啸预报方法形成的一套能够及时监测海啸,分析判定其影响范围和危险等级,并且具备海啸预警产品发布能力和手段的信号处理系统。

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至少应该包括三个子系统,分别是地震和水位观测子系统、海啸预警分析子系统和海啸预警信息发布子系统。

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泰国黄色海啸预警浮标

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海啸预警系统的最大bug

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现阶段海啸预警系统主要依赖地面监测网络,在一些情况下可能需要耗费超过20分钟,才能估算出在地震强度和地震波的影响下涌向沿海地区的海浪高度。

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以2015年智利海啸为例,地震发生16分钟后,政府才向可能遭受海啸影响的某地约100万沿海居民下达疏散命令。

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在地震31分钟后才估算出海啸高度可能达2.74米。

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据美国加州大学伯克利分校的研究人员评估,如果分析GPS系统接收设备所获得的定位信号,以地震时地表移动数据为推算依据,可以在5分钟内获得来袭海啸的海浪高度信息。

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日立造船海啸预警系统

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在浮在海面上的浮标最上部搭载GPS天线,利用被称为实时运动学GPS的精密定位技术实时观测海面的变化。在海啸袭击海岸之前可以提前观测预警。

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日立造船以这种想法为基础,开发了GPS海洋浮标(图1)。该GPS海洋浮标早在2010年就荣获日本全国发明奖(专利第3803177号“海啸预警系统”)。

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GPS海洋浮标得到的海面变动数据中,超过周期数秒到周期24小时的广泛周期波段的波段重叠在一起。周期数10分钟~数小时的海啸也混杂其中。因此,尽可能早地提取潜藏在实测数据中的海啸波形是很重要的。

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在除去短周期波浪时使用数字滤波器(有限冲激响应),在除去潮汐等长周期成份时,使用数字滤波器(有限冲激响应),通过应用海洋观测中使用的调和分析技术,日立造船开发了从杂乱混杂的波形中精准、实时(1分钟延迟)提取海啸波形的技术。

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然而,2011年的时候,悲剧还是发生了。

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日本海啸预警系统的漏洞与重建

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2011年3·11日本大地震以及由此引发的巨大海啸导致1.9万名日本人丧生,数十万人流离失所,财产损失难以计数。

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要命的是,当时日本气象局预警的海啸浪高仅为3米多,但实际却达到了40米,这令许多人在猝不及防中失去了生命。

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此后,日本政府痛定思痛,两年来总共投入35亿日元(约合23亿元人民币),利用地震监测高科技,对最早建立于1941年的海啸预警系统进行大手笔的重建提升,最终打造了史上最强的海啸预警系统。

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新型海啸监测系统如何做到迅速、精准?

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80个点位的宽带传输强震监测网络

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据日本专家介绍,新的海啸预警系统重在提高地震发生后预测海啸的时效性和精确性,其主要依托是,耗资巨大的分布于全日本80个点位的宽带传输强震监测网络。

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这些设备能够广泛监测地震波,而与之前设备不同的是,它们的敏感度设计得并不那么高,这样就避免了像3·11大地震时数据溢出失效的情况。

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精密的压力传感装置

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此外,还在太平洋沿岸海底深处埋设了精密的压力传感装置。这些装置能将海底监测数据发送给海面的浮标,形成对即将到来的海啸的实时掌控。

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261个地震监测站

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新的预警系统还包含了分布于日本全国陆地的地震监测站。3-11大地震前全国共有221座监测站,现在已增设到261个,目前数量还在不断增加中。

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3分钟内预警

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在难度最大却又最为紧要的预警时效上,新的预警系统通过数据分析处理过程的优化,确立了地震发生后3分钟内向高危地区居民发出海啸预警的目标

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为什么是3分钟?

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一般情况下,地震发生后最迟20分钟、最快不到5分钟海啸就会冲击海岸,3分钟内得到预警将显著增加居民的逃生希望。

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即使不能准确预报海啸浪高,预警系统也将使用“巨大”、“较高”等描述发布警报。

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参考:日立造船日本官网、百度百科、云中的博客、南海网

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任光彬
活跃在2024-11-17
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