人工智能可以精准预测地震？

上图纪录的是“海城地震”的救灾现场，“海城地震”是迄今为止人类唯一一次成功的“地震精确预测”，但仍旧有两个小时左右的误差。

“海城地震”之后，全世界都认为中国的科研工作者们掌握了地震预测的“高科技”，但仅仅一年以后，“唐山大地震”的预测误差长达2个月，“中国人能精确预测地震”的神话就此终结。

科技已经和正在将神话一个一个的实现，但实现地震精确预测的神话到目前为止依旧只是一个美好的愿望。

编译｜Xtecher 闫博、硅谷加先生

来源｜Scientific American

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预测温度将引起地震学质的变化。到底是不是梦？地震学家正在通过机器学习实验来探索。

地震学的命门在于预测地震。地震是致命的原因在于其不可预测性。它总是毫无预警地来袭，触发火灾和海啸，使成千上万的人罹难。如果科学家可以提前几个星期预测到灾难的降临，将挽救无数的生命。

即使许多科学家已经尝试过很多次，到目前为止，还没有任何可靠的方法成功预测地震。甚至，有的专家已经开始放弃探索了。洛斯阿拉莫斯国家实验室的地球物理学家保罗·约翰逊说：“如果你声称自己在预测地震方面取得了进展，别人一定认为你疯了”。但是，他正在尝试用一个强而有力的工具试图解决这一难题，那就是人工智能。

世界各地的专家们花了几十年时间去研究预测地震的各种现象，例如：前震，电磁干扰，地下水化学变化 ，甚至动物的反常行为，但都没有进展。数学家和物理学家们甚至用20世纪80年代和90年代的应用机器学习方法来预测地震，但收效甚微。哥伦比亚大学Lamont-Doherty地球观测台的地震学家克里斯·斯科尔茨说：“整个谜题都让人无所适从。”

但是技术的快速发展，包括改进后的机器运算和超级计算机，以及存储和处理大量数据的能力，都让约翰逊的团队在人工智能方面取得了突破。正在跟几个研究机构合作的约翰逊说道：“如果倒退十年，我们根本做不到。”他和他的团队正在尝试通过更复杂的计算去做一件从来没人做过的事：填充机器数据 - 即在实验室实地模拟地震事件发生前期中期后期，并大量采集数据。然后他们采用算法筛选数据的方式，查找地震即将发生时可靠的信号模式。除了实验室模拟，他们还开始使用原始地震数据中的实际温度信息进行进行同类分析。

在以往的地震预测中，科学家们通常使用“地震目录”的处理过的地震数据来寻找预测线索。这些数据集仅仅包含地震震级，位置和时间，而忽略了大部分信息。与此不同的是，约翰逊的机器算法将拾取重要的预测标记。

合作伙伴—宾夕法尼亚州立大学的地球物理学家－克里斯·马罗内已经与约翰逊在地震模拟器运行实验室中进行了部分实验。模拟器可以随机生成地震模式并生成开源机器学习算法的数据，且系统也取得了惊人的结果。“吱吱声和摩擦声”随着模拟的构造板的时间推移不断发生，从而通过计算机算法在声学数据中拾取到可靠信号。因为人工构造系统更接近模拟地震，该算法可以以非常具体的方式揭示这些噪声的变化。这意味着约翰逊可以随时观察这个声学信号，并当地震可能来袭时更准确的标记界限。

例如，如果模拟地震将在20秒内产生撞击，研究人员可以通过分析信号，准确地迅速预测。 “该算法不仅可以预测到即将发生地震的时间范围 - 甚至它显示了系统的物理学，这是我们所忽略的，”约翰逊说。“但是因为我们专注于处理的数据所以忽略了这点。”在实验中，团队通过查看声学信号有追溯效力的预言到地震的发生。但约翰逊说，预测工作也应该是实时的。

大自然与实验室模拟相比，情况要复杂得多。因此，实验室中的很多可能在大自然中不一定成立。 例如，地震学家还没有在自然地震系统中观察到该算法在实验室模拟中检测到的嘎吱声和磨擦声（尽管约翰逊认为声音可能存在，他的研究团队正致力探索中）。不出所料，许多地震学家都预测AI可以提供突破 -至少是部分突破。因为他们经历过无数次的失败。Scholz说到： “这项研究是令人兴奋的，我们可以从约翰逊的实践中学习更多物理学，但是在实际地震中实现这一成果仍然存在很多问题。”

约翰逊自己也很谨慎，所以他在犹豫怎么去阐述他的“地震预测”理论。约翰逊说：“如果没人相信你能成功做到一件事，声明时你必须小心谨慎。”约翰逊还提到，他目前只是追求一种估算地震的时间的方法，并不能估测到地震的大小。 预测地震的大小将是一个更加棘手的问题。

但Scholz和其他不属于这项研究的专家仍然认为Johnson应该继续探索这种方法。美国地质调查局研究地球物理学家大卫·洛克纳（David Lockner）解释说：“这有可能是真的有效。AI的魅力在于在庞杂的数据系统内将有用的参数过滤出来。”所以即使约翰逊实验室的噪音信号没有消失，他和其他科学家仍然能够将AI应用于自然地震数据并探索出其他可以预测的信号。

目前，约翰逊的研究技术已经应用到现实数据的分析中 —该机器学习算法将用以分析法国科学家—劳伦斯伯克利国家实验室和其他来源收集的地震测试。一旦成功，专家们就可以预测到几个月甚至几年之后的地震。 “这仅仅是个开始，”他说。 “我预测，在未来的5－10年内，机器学习将主宰科学研究方式。