Een decennium na het begin van een aardbevingswaarschuwingssysteem, wetenschappers en ingenieurs zijn bezig met het verfijnen van een prototype aan de Amerikaanse westkust dat in 2018 voor beperkt publiek gebruik kan worden gemaakt.

In twee artikelen gepubliceerd op 6 december in Seismologische onderzoeksbrieven , onderzoekers beschrijven de belangrijkste componenten en het testplatform voor het prototype ShakeAlert-systeem, nu getest in Californië, Oregon en Washington.

De ontwikkeling van ShakeAlert heeft aangetoond dat een dicht netwerk van seismische stations, snelle overdracht van seismische gegevens naar een centraal verwerkings- en alarmstation, snelle paden voor het verspreiden van waarschuwingsinformatie naar gebruikers, en onderwijs en training over het gebruik van de waarschuwingen zijn allemaal nodig voor een robuust systeem voor vroegtijdige waarschuwing, zei Monica Kohler, een Caltech-onderzoeksfaculteitslid bij de afdeling Werktuigbouwkunde en Civiele Techniek.

Hoewel ShakeAlert is ontwikkeld voor de westkust, een soortgelijk systeem zou kunnen worden gebruikt voor vroegtijdige waarschuwing voor aardbevingen in plaatsen zoals Alaska, Hawaii en zelfs in plaatsen zoals Oklahoma, waar geïnduceerde aardbevingen de belangrijkste bron van seismische schade zijn. "We hebben vragen gekregen in de trant van 'kunnen we uw systeem proberen waar we wonen?' of 'kunnen we uw systeem overzetten?'", zei Kohler. "Het antwoord in theorie is ja, maar er moeten deze bepaalde sleutelelementen aanwezig zijn."

meer zenders, hogere snelheden

ShakeAlert is ontwikkeld met behulp van seismische gegevens verzameld door het Advanced National Seismic System (ANSS), een nationale verzameling van seismische netwerken ondersteund door de U.S. Geological Survey. Ongeveer 760 seismische stations dragen nu bij aan ShakeAlert. Een van de "top van de lijst" prioriteiten voor het verbeteren van vroegtijdige waarschuwing aan de westkust, zei Kohler, zou de toevoeging van bijna 1000 extra stations in deze netwerken zijn.

"Delen van Los Angeles en San Francisco worden redelijk goed gedekt door regionale netwerkstations, maar veel delen van Californië, Washington en Oregon zijn niet goed gedekt, Kolher legde uit. "Er is wat geld in de maak om nieuwe stations te plaatsen, maar op dit moment is het niet genoeg om de regionale arrays te voltooien die nodig zijn voor vroegtijdige waarschuwing voor aardbevingen in zijn meest robuuste vorm."

Om een ​​deel van dit tekort te verhelpen, het ShakeAlert-systeem test het gebruik van "vrijwillige" versnellingsmeters, meestal in de omgeving van Los Angeles, die gevoelig genoeg zijn om aardbevingen te detecteren en kunnen worden aangesloten op een bedrijf of thuis, het omzeilen van de duurdere vergunningen en installatie die nodig zijn voor een grootschalig seismisch station.

Zelfs op plaatsen waar al een dicht netwerk van stations bestaat, sommige stations missen snelle en betrouwbare telemetrie - de datacommunicatiemogelijkheden die alles omvatten, van radiogolven tot satelliet en commercieel internet om seismische signalen in realtime naar een centraal gegevensverwerkingscentrum te sturen. "Met een vroege waarschuwing voor aardbevingen, de naam van het spel is snel, "Zei Kohler. "De signalen naar de centrale verwerking moeten snel zijn, en het verwerkingscentrum moet op zijn beurt snel genoeg waarschuwingen naar zijn gebruikers kunnen sturen om nuttig te zijn. Een deel van de financiering die nodig is voor vroegtijdige waarschuwing voor aardbevingen moet worden besteed aan het upgraden van de bestaande telemetrie."

Verbeterde algoritmen

De algoritmen van ShakeAlert schatten nu een "puntbron" voor een aardbeving, maar "we werken aan de mogelijkheid om algoritmen op te nemen die zeer grote aardbevingen aankunnen die plaatsvinden op een manier die niet kan worden benaderd tot een enkel punt, ' zei Kohler.

De huidige versie van het systeem, ze zei, is minder succesvol in het geven van nuttige waarschuwingen over aardbevingen die een lang deel van een breuk doen scheuren en in de loop van de tijd evolueren, zoals de M9.1 2011 Tohoku aardbeving in Japan.

Het ShakeAlert-team heeft het systeem ook getest op eerdere en realtime aardbevingen, kijkend naar het vermogen om parameters zoals aardbevingsmagnitude te bepalen, epicentrum en oorsprongstijd, en hoe lang de vertraging is tussen het begin van de aardbeving en het moment dat een gebruiker een waarschuwing krijgt. "Maar waar eindgebruikers echt om geven, is hoe hevig het schudden van de grond op hun locatie zal zijn, dus we testen nu ook algoritmen die deze gegevens kunnen leveren, " zei Kohler. "We verwachten volledig dat een toekomstige iteratie van ShakeAlert een grondschuddenbeoordeling zal hebben als een van de meest elementaire onderdelen van de waarschuwing."

Toen ShakeAlert in april 2017 uitbreidde van Californië naar Washington en Oregon, de ontwikkelaars hebben ook een enkele set algoritmen gemaakt die kunnen worden gebruikt in de Pacific Northwest en Noord- en Zuid-Californië. De uitdaging, zei Kohler, was om een ​​standaard set algoritmen te ontwikkelen die de verschillende tektonische omgevingen in elke regio konden verklaren, inclusief de offshore subductiezone in de Pacific Northwest en de meestal on-shore fouten in Californië.

Wat gebruikers willen?

Vanaf het begin, ShakeAlert heeft een vaste groep bètagebruikers gehad, variërend van overheidsinstanties tot bedrijven, die het team hebben geholpen met waardevolle feedback voor het systeem.

Bijvoorbeeld, het ShakeAlert-team leert meer van zijn bètagebruikers over hoeveel onzekerheid de gebruikers zullen tolereren in de waarschuwingen en hoe snel versus hoe nauwkeurig ze willen dat die waarschuwingen zijn. ShakeAlert werkt samen met externe bedrijven om te beslissen hoe de waarschuwingen worden verspreid, welke vorm de waarschuwingen moeten aannemen, en wat voor soort informatie er in de waarschuwingen staat - en er is geen one-size-fits-all-aanpak, merkte Kohler op.

Bijvoorbeeld, een school heeft misschien een hogere tolerantie voor valse alarmen - studenten verliezen een paar minuten les door onder hun bureau te duiken - maar een spoorweg of een assemblagelijn voor machines wil misschien hun activiteiten alleen stilleggen voor waarschuwingen met de hoogste zekerheid.

"We leren wat hun tolerantie voor waarschuwingstijd versus nauwkeurigheid is, ' zei Kohler. 'Omdat hoe eerder je het alarm wilt, hoe minder nauwkeurig het zal zijn. Als u wacht op meer gegevens om de waarschuwing te produceren, hoe nauwkeuriger het zal zijn."

Terwijl ShakeAlert steeds meer gebruik gaat maken van een breder publiek, Kohler en haar collega's hopen dat hun SRL-papieren een goede herinnering zullen zijn aan alle elementen die nodig zijn voor vroegtijdige waarschuwingssystemen voor aardbevingen.

"Soms is er een misvatting dat je alleen een goed algoritme nodig hebt, of alles wat je nodig hebt is een klein aantal seismometers in je interessegebied, maar met een van beide of zelfs beide kom je niet ver als het gaat om het produceren van een robuust systeem over een groot seismisch actief gebied, ' zei Kohler.