今年3月是日本东北部地震引发毁灭性海啸10周年。大海啸在历史上是罕见的，但通常不可能知道确切的时间和地点会发生。但为了提高预警，穿越世界各大洋的数千艘货船可能提供至关重要的援助，即使是意想不到的援助。
在运送货物时，商业船只可以利用GPS系统形成分布式传感器网络，能够捕捉到指示海啸经过的细微海拔变化，海啸是由海底地震引起的一系列巨浪。研究人员在最近发表的一篇论文中模拟了这种方法，其目的是通过简单地将现有的船只变成一个用于感知波浪的浮动阵列，从而显著提高探测和预测能力，而不需要在新的基础设施上花很多钱。
“只有一艘船，很难分辨你看到的信号是噪音还是海啸，”该研究的高级作者、科罗拉多大学博尔德分校地质科学系的教授安妮·希恩说。“但如果你有一堆船，它们就会以一种模式上下移动，可以用来判断这是否是海啸。”
小船在波浪中平稳地颠簸着。但是一场经过的海啸会轻微地改变海平面的高度，改变整个有节奏的上下循环的平均高度。“海啸的周期时间的波通过这艘船,是10,20,30分钟,而海浪有一段也许15日,20秒,”詹姆斯·福斯特说,大地测量学研究所教授早期论文的作者,斯图加特大学商船和海啸警告。
他的论文关注的是2010年收集的数据。当时，一艘夏威夷大学(University of Hawaii)的考察船正在前往关岛的途中，船上配备了高精度GPS，而一场由8.8级地震引发的海啸恰好从船下经过。在深海，海啸的波浪可能超过300英里长，但只有一米或更低的高度，使其不被漂浮在上面的船上的人所注意。然而，GPS可以探测到这种持续的海拔变化——福斯特对夏威夷号船只数据的分析首先表明了这一点——这一偶然的发现提醒了科学家，海洋船只有可能探测到海啸。
地震仪探测到海底地震后，国家或地区应急服务机构可向沿海地区发出海啸警报。随着海浪的推进，近海海底压力传感器可以记录并帮助预测海啸的活动。但是，安装和维护这些传感器和浮标的成本使它们在许多国家无法使用。仪器故障和传感器之间的覆盖缺口也可能带来挑战。
视频:安妮·希恩;Jakir Hossen在开阔的海洋中，海啸以每小时500英里的速度咆哮，但仍可能需要几个小时才能到达海岸，这取决于它们的起源点。然而，在像卡斯卡迪亚俯冲带这样的地区，海啸可能只需要30分钟就能到达海岸线，几乎没有留下预警时间。卡斯卡迪亚俯冲带沿着太平洋海岸从北加州一直延伸到不列颠哥伦比亚省。他说:“如果发生什么事，我们需要做好准备，这样我们才能发出警告，疏散人们。我们需要信息，”科罗拉多大学博尔德分校环境科学合作研究所(cres)的研究员M. Jakir Hossen说。
Hossen、Sheehan和他们的同事模拟了一种基于货船的传感阵列的实际工作情况。Hossen是他们在2月发表的论文的第一作者，该论文通过计算机模拟评估了卡斯卡迪亚俯冲带的舰载GPS海啸预测。考虑到该地区稳定的船舶交通，研究人员使用了全球数据和分析提供商Spire提供的实际船舶坐标。虽然海上交通通常遵循类似的路线，但船舶的数量和空间分布是不同的，这是模拟考虑的。这项研究还模拟了海啸造成的船舶高度和速度的变化。为了预测虚拟海啸，该团队使用了数据同化技术，这是一种将观测结果与数值模型相结合来改进预测的技术。
假设每艘船都配备了GPS传感器，可以精确测量高度(从而探测到经过的海啸)，模拟表明，在船只密度高的地区，船只之间20公里(约12英里)的距离就足以做出准确的预测，而且海啸发生后15分钟内就能做出可靠的预测。
这很重要，因为根据科学家的说法，由于压力的增加，太平洋海岸将会发生一些相当大的构造活动。“在卡斯卡迪亚俯冲带地区，许多研究表明一场大地震即将来临，”Hossen说。“我们不知道它会在何时何地引发海啸。”但是这个系统还不能马上运行。虽然商业船只通常使用GPS，但它们不会报告它们的高度数据——它们上下浮动的精确程度。在全球范围内，自动识别系统(AIS)不断跟踪它们的纬度和经度，但这些广播不包括海拔高度，因为船只可能停留在海平面上。为了探测海啸，这些海拔高度的微小变化必须实时转播，但考虑到卫星导航的普遍性，包括这些信息可能是可行的。
哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的拉蒙特副研究教授Anne Bécel说:“我真正喜欢这种方法的原因是它的成本很低。”她没有参与科罗拉多大学博尔德分校的研究。“如果这种方法得到充分开发，对于许多受到当地海啸威胁的国家来说，它将变得非常实惠。”
商业船只可以补充而不是取代现有的海啸探测机制，同时提供一种比增加新的海底压力传感器更具成本效益的方法。斯图加特大学的福斯特说，虽然使用GPS的船只可以通过记录与海啸破坏潜力相关的海浪高度来帮助预测海啸的威胁，但它们不一定会发出海啸已经产生的警报。“这个系统不太可能触发警报。这将是一场大地震触发警报的事实，”他说。
尽管如此，其他地质事件——比如海底滑坡和火山爆发——也可能引发海啸。Sheehan同时也是CIRES的一名研究员，他说，一个只基于波浪观测而不是触发它们的原因的预警系统将是有利的。“通过这种方法，我们对地震、山体滑坡或引发海啸的任何因素都没有做任何假设。我们只是观察船只记录下的波浪，所以你使用的是实际的观察结果，”她说。
福斯特说，航运公司非常愿意接受用他们的船来帮助预测海啸的想法。但在此之前，科学家还需要对所需的浮动网络的范围，以及基于船舶的GPS数据的精度和处理进行更多的研究。
科罗拉多大学博尔德分校的研究依靠的是一种模拟，而增加来自真实船只的进一步数据可以增强研究结果，Bécel说。她说:“下一步真的必须证明，使用高精度GPS，[研究人员]可以获得同样精确的结果。”“现在看起来很有希望。”
