【技术创新】NASA发展自然灾害预警系统
来源: http://www.terradaily.com/reports/NASA_Developing_Natural_Hazard_Warning_Systems_999.html
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2015-01-05

美国国家航空航天局(NASA)和加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所的科学家们提升现有的全球定位系统(GPS)技术并推动新系统以应对加州和其他地区由地震、海啸和极端天气事件引起的灾害。

这个技术已由位于加州Oxnard和圣地亚哥的美国国家海洋和大气局(NOAA)国家天气服务办公室的预报员作了展示。他们利用此技术跟踪了影响南加州地区的夏季季风降雨事件并发布了更为准确的、及时洪灾预警。该系统使用了从配备小型不太昂贵的地震和气象传感器的GPS站点发出的实时信息。该技术同时也正被集成到其他实际案例中。一个例子是,通过急救人员、决策人员和第一反应人员对医院、桥梁和其他关键性基础设施进行定损以减小对公众安全的威胁。对于医院来讲,在接到地震预警的时候,首要任务是自动切断电梯并对手术室人员发出警报。在大地震到来的时候,当现有的地震预测方法在快速和精确评估震级的时候存在困难,预警系统是特别有效的。关于桥梁方面,该系统可以根据地震、风力和交通情况监测它们的结构变化。美国地球物理学会在旧金山举行的媒体发布会上,来自JPL、Scripps和NOAA国家天气服务中心的科学家们介绍了这个技术及其目前和潜在的应用情况。

加州Scripps海洋研究所的La Jolla指出,这些监测水平的进步正为减少这一地区自然灾害带来的涉及高层建筑、桥梁和地区医院的公众安全威胁服务。有意义的预警,如果发布在摧毁性地震发生前的一两分钟内,海啸发生前的几十分钟,突发洪灾发生前大约一个小时或多一点时间,以及在极端冬季风暴的许多天前,能够挽救生命。

此项技术是基于GPS、加速计、压力和温度数据的优化组合。针对健康和灾害损毁进行研究,收集了横跨南加州许多地点和大型工程设施(例如:高层建筑、医院和桥梁)的实时信息数据。数据产品包括地面站和安装在结构上的监测仪器永久性移动情况(位移)的精确测量值,这为早期发现永久性损坏提供了基础;还包括低层大气中的可产生降水的测量值,这是一个短期天气预报的决定因素。传感器组合大大提高了目前地震和气象预报的水平。

在提高准确率的南加州季风预报和突发洪灾预警的成功案例中,位于科罗拉多州Boulder的NOAA地球系统研究实验室通过GPS站点区域合作网络为预报员提供了大气湿度测量值,这个网络近期扩展到密集覆盖观测的南加州。遍及南加州,成百上千的各科学等级GPS站点正连续接收GPS卫星的信号以判定他们的精确位置。由于大气层中的水汽干扰了GPS卫星信号,GPS地面接收站正同步监测水汽以及位置情况。

JPL科学家Angelyn Moore指出,这些水汽测量值正帮助预报员们在卫星经过和气象气球发射期间更好地监测天气的变化。该项目正在升级,GPS地面站为预报员们在分秒间获取用来了解夏天季风湿度是否可能触发有害突发洪水爆发的这些数据。

NOAA国家天气服务办公室气象学家Mark Jackson指出,这个GPS网络为预报员们提供及时和有效的大气湿度信息,使我们对南加州潜在的、致命的突发洪暴灾害和冬季大降水事件做出更为精确地预测和预警。详细和及时的湿度信息可能帮助我们更好地了解和预报由所谓的大气河流产生的极端冬季风暴。它也能够帮助我们更好地查明和预报能产生突发洪涝灾害的雷暴雨。

南加州天气预报员从每30分钟间断性更新到能够持续更新湿度信息。4个站点的气象气球只能做到每天2次监测。

Bock表示,通过实时分析每一次地震从刚开始,以及跟随来的更为剧烈的颤动的特征,这种技术能够提高地震预警。在GPS地面站上通过监测首次到达的以最快的速度穿过地球的地震波(P波),有可能预测导致最强烈颤动的慢波(S波)的到达。预警时间可以从几秒到最多2分钟,取决于到震中的距离。震级和其他关键断层参数能够迅速并精确地确定,生成覆盖影响地区的地面强度地图,并成为形成海啸预警的基础。

这种技术将规划整合到以下几项工作中:圣地亚哥郡应急服务办公室的地震和海啸早期预警和结构性监测,圣地亚哥Hillcrest医疗中心的医院监测和早期预警,加州运输部的长滩Vincent Thomas桥监测,以及圣地亚哥和洛杉矶的NOAA天气预报办公室的风暴和洪水预测。

(王化编译,殷永元审核)