一种新算法可以在几分钟内帮助检测山体滑坡

山体滑坡的破坏力非常大，会夺去来不及躲避的人畜的生命，并冲走财物。山体滑坡通常发生在地震、火山爆发或暴雨期间，这些事件会使斜坡（如悬崖）变得不稳定。现在，阿拉斯加大学费尔班克斯分校 (UAF) 的一个团队开发了一种新方法，可以在几分钟内远程检测大型山体滑坡，并判断滑坡是否是海啸危险。他们的方法在 2 月 9 日发表在《地震记录》杂志上的一项研究中进行了描述。

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监测阿拉斯加冰川峡湾的危险

研究报告引用了 2015 年的一次山体滑坡，当时有 1 亿立方码的岩石冲入阿拉斯加的塔安峡湾。它引发的海啸摧毁了水面以上 620 英尺高的植被。

作为回应，该团队帮助开发了一个能够实时检测的原型系统，该系统自 2023 年 8 月起在威廉王子湾的巴里臂地区投入使用。该系统使用阿拉斯加监测网络中已有地震站的数据。

州和联邦灾难机构担心巴里湾可能会发生山体滑坡和海啸。巴里冰川已大幅退缩，留下了无支撑的峡湾壁，即从水上升到陆地顶部的岩石或冰斜坡。在过去几年中，峡湾壁已下沉约 650 英尺。对该地区地震台站数据的进一步分析显示，2020 年和 2021 年发生了三次山体滑坡。

“气候变暖导致冰川消融，留下山谷，山谷的山坡和丘陵失去了支撑，”阿拉斯加大学研究地震学家 Ezgi Karasözen 在一份声明中表示。“这很重要，特别是在阿拉斯加南部沿海地区，因为大片土地可能会溢出到水中并引发海啸。”

根据这项研究，这种不稳定性让灾害管理机构担心，冰川墙的灾难性破裂可能引发数英尺高的海啸，仅在 20 分钟内就到达附近社区。

寻找长周期波

科学家监测地震仪上以锯齿状波形式出现的地震活动。当山体滑坡开始时，地震传感器通常会记录为短周期波。随着滑坡加速，可识别的长周期波就会出现。山体滑坡最终会比地震等其他能量源产生更多长周期波。大多数地震断裂仅持续几秒钟，而山体滑坡则可能持续一分钟或更长时间。

研究中检测的方法包括在充斥着短周期波的地震数据中快速识别滑坡的长周期波。由于冰川每天可以产生数百次产生波浪的地震事件，像巴里湾这样的沿海峡湾对滑坡检测提出了挑战。遥远的地震站也无法进行实时评估，因为地震波到达这些站需要时间。

“地震发生时，有仪器可以测量海浪高度，地震发生后海啸预警中心也会保持警惕，”卡拉索森说。“但阿拉斯加或世界其他地方并没有系统地监测山体滑坡。如果发生由山体滑坡引发的海啸，我们不会知道。这是一个主要问题。”

山体滑坡算法和五分钟警告

为了创造新的监测方法，该团队开发了一种算法，可以连续扫描地震数据以检测山体滑坡的长周期波特征。如果系统找到匹配项，它将估算出滑坡的位置和体积。在监测良好的地区，山体滑坡的位置可以估算在几英里之内。

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该团队分析了最近发生的三次巴里冰川滑坡和另外六次滑坡的数据，以建立该算法。最终目标是建立一个更大的系统来向海啸和地震机构人员发出警报，但要创建这个系统还需要做更多的工作。

虽然其他研究人员已经表明，滑坡地震图可用于估计位置和体积，但这些努力通常仅限于特定区域，需要不断更新，并且并非设计用于实时使用。

这项研究的共同作者、阿拉斯加大学地球物理研究所阿拉斯加地震中心主任迈克尔·韦斯特在一份声明中表示：“实时监测大型山体滑坡的潜力是解决阿拉斯加山体滑坡挑战的跨部门合作的一个重要组成部分。”

研究团队表示，这种确定山体滑坡位置、规模和潜力的新方法足够快，可以支持美国国家海洋和大气管理局在山体滑坡发生后五分钟内发布海啸警报的主要目标。