预警系统低估了2011年日本东北9级地震的规模。图片来源：THE ASAHI SHIMBUN VIA GETTY

　　全球最大的构造板块在日本海岸附近震动两分钟后，日本气象厅向大约5000万居民发出了最后警告：8.1级地震引发的海啸正向海岸逼近。然而直到海啸袭来数小时后，专家才计算出2011年3月11日日本东北地震的真实规模。最终，它的震级达到9级，造成至少1.8万人死亡，其中一些地区甚至从未收到过警报。

　　现在，科学家找到了一种更加快速获得准确数据的方法，即使用计算机算法识别从断层中以光速发射的引力波的尾迹。5月11日，相关成果发表于《自然》。

　　“这是一种识别大地震的全新方法。”未参与此项研究的美国加利福尼亚大学伯克利分校地震学家Richard Allen说，“如果我们使用这种算法，就会更有信心判断这是不是一场真正的大地震，以便更早在更大范围内发出警报。”

　　科学家通常利用地震仪等设备，通过监测地面振动或地震波来探测地震。但地震仪提供的预警量取决于两者间的距离，以及地震波的速度——通常低于每秒6公里。日本、墨西哥和美国的地震网络提供几秒钟甚至几分钟的预警，这种方法在相对较小的地震中效果良好。“但超过7级，地震波就会使地震仪饱和，这使得最具破坏性的地震，如日本东北地震难以被识别。”Allen说。

　　最近，参与寻找引力波（大质量物体运动产生的时空涟漪）的研究人员意识到，这些以光速传播的引力信号也可用于监测地震。“这个想法的依据是，一旦质量移动到任何地方，引力场就会发生变化，而且所有仪器都能感觉到它。”佛罗里达大学物理学家Bernard Whiting说，“令人惊讶的是，地震仪中也会出现这种信号。”

　　2016年，Whiting和同事报告说，常规地震仪可以探测到这些引力信号。地震导致质量的巨大变化，这些位移会产生引力效应，使现有的引力场和地震仪下的地面变形。通过测量两者之间的差异，科学家可以创建一种新的地震预警系统。引力信号在第一次地震波到达之前就会出现在地震仪上，然而这部分信号通常被忽略。Whiting说，通过将来自几十个地震仪的信号相互叠加，科学家可以识别出模式，从而判断大型地震的规模和位置。

　　现在，法国蔚蓝海岸大学的博士后Andrea Licciardi和同事建立了一种机器学习算法进行模式识别。他们对模型进行了数十万次模拟地震的训练，然后用日本东北地区的真实数据集进行测试。研究人员报道称，该模型在大约50秒内准确预测了地震的震级——比其他最先进的早期预警系统还快。

　　由于引力信号太弱，在现有技术下，无法探测8.3级以下的地震，而且该系统不太可能在地震仪覆盖的地震区提供额外的预警。但Allen说，它可以提供更可靠的大地震规模评估，这对预测海啸尤其重要，因为海啸通常需要10~15分钟才能到达。论文合著者、蔚蓝海岸大学地震学家Jean-Paul Ampuero说，有了这项技术，日本的地震学家就可以准确地确定震级，并在“地震开始后1~2分钟”发出适当的警报。

　　但这项技术目前尚未投入使用，因为它还没有对数据进行实时处理。该模型将在日本部署，但仅适用于可能产生“大地震”的特定断层带。Licciardi说，该算法需要单独训练，以便在不同地区使用，研究人员目前正在秘鲁和智利的地震台网中进行相关训练。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04672-7