說起聯(lián)名，光奶茶圈的品牌聯(lián)名就數(shù)都數(shù)不完，對此日漸消瘦的錢包對此表示：真實。而科研的“跨界聯(lián)名”——交叉學(xué)科研究則常有科學(xué)前沿level的產(chǎn)出。咱們今天就從天、地、人、風(fēng)、水的角度盤一盤這個學(xué)科交叉“顯眼包”——地球物理學(xué)研究中的地震波法。
你可能會疑惑，地震波，不是研究地震才需要的么。其實人們早已打開思路，利用地震波給地球做“CT”、監(jiān)測核武器和礦坑安全，算不上稀奇。
再來聽聽接下來的幾個項目：深海溫度測量、地下水化學(xué)成分變化及流體行為監(jiān)測、風(fēng)暴監(jiān)測、海洋艦船目標(biāo)的識別與定位。天上、地下、水里、海里、甚至還有軍事！
這天馬行空的風(fēng)格，誰看了不得說一聲，腦洞真大。
與海“斗”
地震波法測海溫，為全球氣候變暖提供新證據(jù)
海洋溫度監(jiān)測對于研究全球氣候變暖非常重要。傳統(tǒng)海溫測量方法的痛點在于測量范圍有限：衛(wèi)星測溫只能看到地球“表皮”的溫度；隨船測溫儀器對超過2千米深度的海域束手無策。
海洋溫鹽深傳感器
早在1979年有學(xué)者提出利用聲波測量海水溫度，原理是聲波的傳播速度受溫度影響（溫度更高，速度更快），然而人造聲波會干擾海洋生物，就被放棄了。
放置于哺乳動物身上的儀器（豹豹：？）
一項最新研究中，科研人員把目光投向了地震波。他們利用2005年-2016年間在東印度洋發(fā)生的數(shù)千次地震的數(shù)據(jù)，測算出該片海域十年間溫度大約上漲0.044℃，為全球氣候變暖提供新的證據(jù)。該數(shù)據(jù)同全球海洋溫度監(jiān)測系統(tǒng)拿到的數(shù)據(jù)相接近。
地震波測量海溫方法的基本原理和研究區(qū)域內(nèi)地震事件與臺站分布情況
其實，地震波測量海洋溫度是聲波老辦法的“回鍋肉”做法，在原有的理論基礎(chǔ)上加了一點方法上的創(chuàng)新。畢竟地震波和聲波“同宗同源”，從物理屬性角度出發(fā)來說，二者同為機械波，遵循相同的傳播規(guī)律。
地震波除了不會干擾海洋生物，還好在有長期的數(shù)據(jù)檔案。有賴于全球密布的地震監(jiān)測站，地震記錄比較全面，時間也比海洋測溫更早，定量測算歷史海洋溫度就又多了一種方法，后期完善海洋溫度檔案、建立模型，預(yù)估未來的溫度變化就成了可能。
與地“斗”
地震波法提升地下水探查精度
說完了海洋，咱們再聊聊地下水，尤其是水里的化學(xué)成分變化。
研究地下水，傳統(tǒng)辦法就是在地上個鉆孔或者打個井，然后采集地下水樣，回實驗室檢測相應(yīng)化學(xué)指標(biāo)。傳統(tǒng)方法只能反映特定采樣點位的化學(xué)信息，有局限性，研究人員就想改進(jìn)檢測方法，這就又想到了地震波。
用地震波探查地下結(jié)構(gòu)就有點類似蝙蝠的回聲定位。地震波在地下傳播，遇到介質(zhì)密度、成分、溫度變化時，波速會發(fā)生變化，傳播軌跡會改變，甚至發(fā)生散射，返回的地震波就有點像“回聲”，結(jié)合地震儀記錄的波形、時間和振幅的變化，研究人員能夠反演出地下結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)模型。
賓夕法尼亞大學(xué)的研究者在進(jìn)行實驗
通過地震波法研究地下水同上述方法基本相同，不過需要把地下水這個變量考慮在內(nèi)，該項研究使用人工震源發(fā)出地震波，然后通過分析返回的地震波形，建立數(shù)據(jù)模型以確定巖層成分、孔隙度、水飽和度、流體運動等方面的變化。
當(dāng)然不能只靠地震波來研究地下水，需要搭配傳統(tǒng)方法與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，但是地震波的加入確實讓地下水的深部結(jié)構(gòu)探測在時間和深度上取得了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
與人“斗”
地震波法幫助識別“隱身”艦艇
說完了全球氣候變暖導(dǎo)致海洋升溫這與天斗的項目、地下水監(jiān)測這與地斗的項目，這回咱們開始“與人斗”，聊聊海洋武器技術(shù)——海洋艦船目標(biāo)的識別與定位。玩耳機的朋友都知道主動降噪的耳機，技術(shù)很漂亮，價格更漂亮。在軍事領(lǐng)域也有主動降噪技術(shù)，艦船潛艇一路升級打怪的同時，也需要努力隱藏自己，所以水中主動降噪技術(shù)應(yīng)運而生。
技術(shù)發(fā)展就是見招拆招，刀光劍影間，誰棋高一招，誰便能決定戰(zhàn)局勝負(fù)。水中的主動降噪技術(shù)目前有個bug，只能將艦艇機械發(fā)出的高頻噪音調(diào)整至低頻噪音，就像水的噪聲一樣，如同給高頻噪音穿了一層迷彩偽裝，與周邊環(huán)境融為一體。
但是降噪技術(shù)對低頻噪音是無可奈何的。在淺海海域，這種低頻噪音傳至海底后，在固體的海底界面會激發(fā)次生波，這種次生波屬于地震面波，因此又被稱為艦船地震波。捕捉并識別這種艦船地震波，就有可能快速識別對手船只。
不過這是一種還在處于研發(fā)階段的新型偵查技術(shù)手段，因為淺海環(huán)境很復(fù)雜，同時艦船地震波在傳播過程中具有多種頻率，產(chǎn)生的變化也多種多樣，構(gòu)建這種識別模型，則需“我輩科研人，自當(dāng)多努力”。
與風(fēng)“斗”
地震波為龍卷風(fēng)預(yù)測提供新思路
說了這么多水，咱們再來捕個風(fēng)。
氣象領(lǐng)域，龍卷風(fēng)的預(yù)報一直是國際公認(rèn)的難題。龍卷風(fēng)的作用面積有限，速度又極快，它要跑的路上不一定剛好有氣象站或者雷達(dá)，主要還是依靠肉眼來確定它登陸的準(zhǔn)確時間，且沒有能夠直接測量風(fēng)暴強度的探測器，只能用間接的辦法，事后通過損失破壞情況來評估風(fēng)暴強度，達(dá)不到定量研究的精度。
研究人員發(fā)現(xiàn)龍卷風(fēng)接觸地面之后，會制造能量相對較小的地震波，這線頭找著了，順著捋就好了嘛——找出地震波形數(shù)據(jù)與龍卷風(fēng)強度之間的定量關(guān)系！
地震波數(shù)據(jù)的優(yōu)勢還在于地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)呈網(wǎng)格分布，能夠像一張密集的網(wǎng)捕捉到龍卷風(fēng)過境時各個點位地震波的精確數(shù)據(jù)變化，并且已經(jīng)有研究人員證實地震數(shù)據(jù)與龍卷風(fēng)強度之間存在高度相關(guān)性，并嘗試用地震數(shù)據(jù)計算龍卷風(fēng)的首次登陸時間。不過這種方法還有一定的局限，有待后來人改良。
轉(zhuǎn)自：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1816778497870535919
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