目前的地震和海嘯監測依賴的是地面監測站,從信息蒐集、判斷和發出警報的過程從幾十分鐘到幾小時不等。新研究提出,利用現有的全球衛星導航系統(GNSS)監控地震,能在不到一秒的時間內判斷震級,大幅增加了安排人員疏散的時間。

GNSS是各種衛星導航系統的統稱,人們常用的包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS和歐盟的GALILEO等,其它國家像日本、印度等國也有他們自己開發的衛星導航系統。

這份研究的負責人中央華盛頓大學(Central Washington University)的地球物理學家墨爾本(Timothy Melbourne)介紹說,這套系統利用天上的衛星向地面接收站發送信號,以定位接收站的準確位置。一旦接收站的位置發生地震,接收站的位置將發生變化,通過分析信號立即可以判斷震級和地層斷裂的類型。

現在廣泛使用的地面監控系統非常敏感,震波速度每秒只有幾十納米都能偵測到;而基於衛星系統的偵測技術,只能偵測幾釐米以上的位移。

在大震發生的時候,地面系統由於要處理大量的數據,導致判斷的複雜程度大幅增加。地震學家一般要等震波傳到很遠的監測站點後,才能準確地做出判斷,這個過程大約需要幾十分鐘。

這套基於衛星導航信號的地震監測系統是同類中的首例。地面接收站和衛星以及處理中心之間數據的來回傳輸,在不到一秒的時間內就完成了,與全球任何地點的接收站溝通速度都一樣快速。

因此這套系統可用於偵測7級以上的強震,以及對是否會發生海嘯做出預警,為人們安排疏散或及早停用某些基礎設施以減小災難損失,提供了更多的時間。

對於強震來說,地震的能量在地殼內傳播一般需要幾十秒、甚至幾分鐘的時間,才看到斷層帶的運動、地面出現裂縫。墨爾本說,所以這意味著,這套衛星系統能夠在斷層帶撕裂事件之前就偵測到地震的發生。

這樣快速的偵測,對於海嘯預警來說更為重要。墨爾本說,現在全球對海嘯的監控是使用全球地震網絡的數據,結合全球海洋觀測站、浮標的數據綜合判斷。前一部份數據判斷震級大約需要15分鐘,後一部份數據則最長可達1小時才能匯總。GNSS系統在幾十秒內即可判斷地震的類型,從而推測是否會引發海嘯。

現在很多領域比如採礦業和建築業,都通過設立地面接收站使用GNSS信號的方式進行測繪或監控,所以地面的接收站普及度不成問題。唯一的問題在於,這套系統依賴於開放的數據,而有的機構收費才提供這些數據。墨爾本說:「我的部份工作就是去說服那些很可能發生地震的國家或地區,讓它們開放數據(使用我們的系統),以緩解災難可能造成的衝擊。」

這份研究5月11日發表於《美國地震學會通報》(Bulletin of the Seismological Society of America)。◇