Точность и достоверность
Пользователю, конечно, не интересны ни координаты эпицентра, ни магнитуда события. Самое простое предупреждение — это тревога. Такие предупреждения даются в эпицентральной зоне обычно по показанию одного датчика, когда времени совсем мало.
Тревога бывает разного уровня. Например, «зелёный» уровень означает, что событие не опасно (предупреждение не даётся), «оранжевый» — возможны небольшие разрушения, «красный» — серьёзная опасность. В некоторых алгоритмах может быть до восьми уровней. В автоматизированных системах при управлении производственными процессами удобно использовать числовые величины. Тогда в предупреждении указывается нижняя граница в баллах по шкале интенсивности (в разных странах шкалы несколько различаются), в пиковом ускорении грунта (PGA), пиковой скорости (PGV), спектральном ускорении (Sa) или других величинах. Предоставляется также вероятность прогнозной оценки. Для определения вероятности (и для её постоянного обновления) используют байесовский подход, то есть определяют, насколько вероятна та или иная гипотеза с учётом имеющихся знаний и их неполноты.
При оповещении населения с помощью калифорнийской системы ShakeAlert на экране смартфона высвечивается карта с отслеживанием волн землетрясения и развития разлома в режиме реального времени, показываются ожидаемая интенсивность, оставшееся до прихода сильных волн время и расчётная магнитуда.
Неопределённости в расчётах координат гипоцентра или пространственного распространения разрыва, насыщение индикаторов приводят к ложным тревогам и пропускам цели. Ложной тревогой называют предупреждение, при котором сотрясение не достигло прогнозного уровня (или события вообще не было), а пропуск цели — это случай, когда сотрясение, напротив, превысило прогнозный уровень. Чем плотнее сеть сейсмостанций и чем дальше объект от эпицентра, тем качественнее прогноз.
Современные разработки направлены на точность прогноза и увеличение времени на реагирование. В исследованиях учитывают механизм очага, специфику территории, по которой проходят сейсмические волны, особенности грунтов, на которых расположен объект, и даже трёхмерное распространение волн.
Сотрудники Института метеорологических исследований (Япония) предложили способ отслеживания фронта волны с помощью граничного интегрального уравнения Кирхгофа — Френеля. Это аналогично принципу Гюйгенса, когда каждая точка фронта считается новым источником сферических волн, только ещё учитывают и амплитуды волн. Такой способ полезен, если источник не определён или их несколько.
Дополнительные плотные сети дешёвых MEMS-датчиков (Microelectromechanical systems), сейсмических приборов в виде микросхем позволяют получить предупреждение за две-три секунды до пикового ускорения грунта даже в эпицентральных областях и помогают отслеживать направление разрыва.
Трудности определения крупных землетрясений стараются преодолеть с помощью глобальных систем спутниковой навигации, определяющих смещение поверхности. Их современная точность — доли сантиметра. Оценки магнитуды с их помощью доступны только через 40–60 с после землетрясения — имеется в виду время в очаге, что уже не так плохо.
Поскольку развёртывание и обслуживание сейсмических сетей — дело сложное и дорогостоящее, есть технические разработки, перекладывающие часть расходов на пользователей, проще говоря — на людей. Например, это приложения для смартфонов и ноутбуков, которые, используя встроенный акселерометр, работают как сейсмические станции. Они определяют вступление землетрясения и передают в центр обработки кусок записи. При этом отбирается не более 4% мощности процессора. У нас в России тоже есть пользователи подобных программ.
Особо отметим японскую разработку: любой человек может купить недорогой, но полноценный домашний сейсмометр и включить его в EEWS.
Оказывается, многие понимают полезность раннего предупреждения, готовы его использовать, но не знают, как. Учёным приходится протягивать руку помощи риск-менеджерам. Интуитивно понятно, что пользователей надо предупреждать в случае, если движение земли может превысить некоторый уровень. Ведь при известных ускорениях какое-то оборудование будет повреждено, и его следует отключить. В противном случае (при ускорениях ниже критических) надо продолжать работу. Тем не менее этот подход приведёт к удивительно низкой экономической выгоде. Учитывая, что и повреждения, и прогноз имеют вероятностный характер, можно действовать иначе и получить более приемлемый результат. Зная, сколько времени осталось до сильного сотрясения, можно определить, целесообразно ли вообще принятие каких-либо мер.
Есть разработки и для более сложных приложений, используемых применительно к платным мостам, железнодорожным тоннелям, лифтам, промышленным предприятиям.
С помощью EEWS уже много сделано для снижения сейсмического риска. Однако и учёным, и инженерам, и людям, принимающим решения, остаётся обширное поле для деятельности. Требуются проработки EEWS для районов умеренной сейсмичности. Нужно и далее проводить комплексный анализ влияния местных (грунты) и региональных (путь распространения) геологических условий, улучшать и разрабатывать новые алгоритмы для уменьшения мёртвых зон, работать над исключением ложных тревог, снижением количества пропущенных событий. Поскольку речь идёт об улучшении мониторинга и алгоритмов обработки данных, основными дальнейшими направлениями должны стать разработки пользовательских приложений, определение того, какая информация нужна, изыскание возможностей предоставить эту информацию. При этом требуются не только сценарии остановки объектов по тревоге, но и сценарии их поэтапного отключения с ориентацией на обновление EEWS, и сценарии нового быстрого запуска рабочих процессов.
В России системы раннего оповещения пока нет. Большая часть территории нашей страны с глобальной точки зрения имеет низкую сейсмичность, но её нельзя назвать незначительной. Каждые десять лет на территории РФ происходит пять-шесть разрушительных землетрясений. Со временем EEWS будет создана и у нас. И чем раньше это произойдёт, чем больше будет накоплено данных для обучения и тестирования системы, тем эффективнее она будет. Начать можно с районов повышенной сейсмичности и особо ответственных объектов. В Институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН разработан способ определения мест возможных эпицентров, основанный на методе распознавания образов, подготавливаются методики расстановки сейсмостанций для EEWS при неплотной сети, совершенствуются алгоритмы выделения P-волны из шума.
Каждая из действующих EEWS была внедрена в ответ на значительное разрушительное землетрясение. Мы призываем внедрять системы, не дожидаясь следующего сильного землетрясения.
Полностью «НАУКА И ЖИЗНЬ» №3, 2020
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/435504/Zemletryasenie_uspet_spastis
Другие статьи в литературном дневнике:
