一个很好的例子是,世界标准化地震仪网络 (WWSSN) 是第一个使全球地震学成为定量预测科学的社区工具。作为一名新研究生,我第一次接触地震学研究时,来自美国西部 WWSSN 站的地震图就占据了非常重要的位置。其中许多图像都是个人的标志,展示了应该如何看待大地震的体波和表面波。通常情况下,我们使用的是来自微缩胶片的大型、扩展的地震图副本,但偶尔我们会在发生重大地震后向地震站操作员索取数据,从而获得原始地震图的一比一照片副本。WWSSN 数据对于我们的波形建模者小组来说是“黄金”,因为这些数据来自定时准确且具有标准校准仪器响应的地震仪器。这是第一次,波形幅度、形状和时间的变化可以在一个区域或整个地球上进行比较,以使用定量地震学推断源和传播介质的特征。WWSSN 的数据在 20 世纪 60 年代板块构造范式的发展中发挥了关键作用。可以挑选可靠的 P 波和 S 波行进时间来定位远震距离内的数百次地震,并且可以使用良好的初动来推断断层面解,从而阐明地球板块的应力条件和几何形状。在此过程中
一个很好的例子是,世界标准化地震仪网络 (WWSSN) 是第一个使全球地震学成为定量预测科学的社区仪器。在我作为一名新研究生首次进行地震学研究的经历中,美国西部 WWSSN 站的地震图非常重要。这些图像中的许多都是个人标志,展示了应该如何看待大地震的体波和表面波。通常,我们使用来自微缩胶片的大型扩展地震图副本,但偶尔我们会在发生重大地震后向地震站操作员索取数据,从而获得原始图像的一对一照片副本。WWSSN 数据对于我们的波形建模者小组来说是“黄金”,因为这些数据来自时间准确且具有标准校准仪器响应的地震仪器。首次,我们可以通过定量地震学比较某个区域或整个地球的波形振幅、形状和时间变化,从而推断震源和传播介质的特征。WWSSN 的数据在 20 世纪 60 年代板块构造范式的形成中发挥了关键作用。可以选取可靠的 P 波和 S 波行进时间来定位远震距离内的数百次地震,并且可以使用良好的初动来推断断层面解,从而阐明地球板块的应力状况和几何形状。在使用这个精致的模拟数据集的过程中,很明显,地震图定量分析的进一步发展需要数字数据,最终形成我们今天拥有的数字全球地震网络。按照现代数字标准,WWSSN 是一个动态范围非常低的系统。正如 Jon Peterson 和 Bob Hutt 在本报告中指出的那样,要拥有与当今记录器相当的模拟 WWSSN 系统,需要一个宽度为 17 公里 (km) 的摄影记录鼓,振镜和鼓之间的距离为 54 公里!即便如此,仍有许多“最佳点”距离,可以充分观察到各种规模的地震。今天,整个地球的数字地震观测数量惊人,因此人们可能想知道模拟数据在现代地震问题中起着什么作用。答案很简单。地震学是一个非常年轻的科学领域,历史数据集是了解过去的宝贵资源。地震危险评估取决于对历史地震源参数的分析。Chuck Langston 2014 年 3 月 28 日模拟数据可能是过去地震中唯一可用的数据,这些地震发生在以前建筑环境未开发的区域。模拟时代之后发现的新现象,例如“慢”地震、非火山震颤或俯冲带中的间歇性滑动,可以通过查看历史 WWSSN 数据来审查这些信号与以前大地震发生之间的关系。未来发现的新信号可能会记录在模拟 WWSSN 档案中。任何进行过地震实验的人都知道,收集好的数据非常困难,如果由于仪器故障或收集错误而丢失数据,那将是一场悲剧。WWSSN 是一项宏大的实验,它从全球大约 100 个站点生成了前所未有的高质量连续数据集合。仅凭这一点,它就成为地震学最成功的案例之一。使用这些数据进行的波形研究推动了该领域的各方面发展,并激发了当今大多数(如果不是全部的话)大规模地震实验和网络。这些数据对于历史和科学原因都很重要。
可以通过Kalman过滤器将动态系统中的测量数据吸收到预测模型中。Kalman滤光片的非线性扩展,例如扩展的Kalman滤波器(EKF),以实现(可能是非线性)系统动力学和输入参数的关节估计。要构建在EKF的预测阶段中使用的进化模型,我们建议依靠非线性动力学(Sindy)的稀疏识别。sindy使能够直接从初步获得的数据中识别进化模型,从而避免由于错误的假设和系统动力学的不正确建模而导致可能的偏差。此外,与基于有限元素相比,Sindy模型的数值集成与替代策略相比,可以节省大量计算。最后,辛迪允许立即定义EKF所需的Jacobian矩阵,以识别系统动力学和属性,这是通常与物理模型非常相关的推导。结果,将EKF与Sindy结合起来,为识别非线性系统提供了数据驱动的计算效率,易于应用的方法,即使在Sindy的培训范围之内,也能够稳健地操作。为了证明该方法的潜力,我们解决了一个线性非自主系统的识别,该系统由真实的地震图激发的剪切构建模型以及部分观察到的非线性系统的识别。挑战
本节为教育工作者提供额外的支持和信息。这些策略旨在让学生积极参与主题,并提供动手实践和动脑观察并探索主题,包括用于科学探究、实验和基于问题的任务的真实数据资源,这些任务结合了技术、技术和工程设计。所选资源是与特定内容声明直接相关的印刷或基于网络的材料。它并非是一份规定性的课程清单。• 建造一个可以工作的地震仪是一种将设计和工程与科学中对地震和波浪的理解结合起来的方式。如果学生没有真正经历过地震,将地震与地球的实际运动联系起来可能会很困难。使用地震仪并解释来自工作地震仪的地震数据可以帮助展示运动。教授工程资源包括有关建造地震仪的信息。还有关于工程和设计过程以及如何与八年级学生一起使用它们的特定资源。其他建造地震仪的例子可以在网上找到。重要的是让学生测试和试验该仪器,以了解它如何测量地球运动。 • 美国地质调查局提供了有用的背景数据,将地球结构与板块构造联系起来。还提供了显示实时地震数据(包括俄亥俄州的数据)和可操作的交互式地震图的链接。 • 另一种让学生参与并有兴趣研究地球结构和地震活动的方法是通过具体的案例研究和研究(例如,2002 年的德纳利断层地震)。展示实际的地震波传播过程可以帮助学生看到真实地震的实际结果。这对所有学生都有帮助,但对视觉性更强或难以从文本中形成概念的学生尤其有帮助。