ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหว (Earthquake early warning system)

ความล่าช้าของเวลาและการฉายคลื่น (Time lag and wave projection)

            แผ่นดินไหวเกิดจากการปลดปล่อยพลังงานความเครียดยืดหยุ่นที่สะสมไว้  (elastic strain energy - พลังงานที่กักเก็บไว้ในวัสดุ เมื่อวัสดุมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอันเนื่องมาจาก Stress ที่เกิดขึ้น [we love steel construction])  ระหว่างการเลื่อนตัวอย่างรวดเร็วตามรอยเลื่อน การเลื่อนตัวเริ่มต้นที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งและเคลื่อนตัวออกจากศูนย์กลางในแต่ละทิศทางตามพื้นผิวของรอยเลื่อน ความเร็วของการเคลื่อนตัวของการฉีกขาดของรอยเลื่อนนี้ จะช้ากว่า และแตกต่างจากความเร็วของคลื่นความดัน (pressure waves) และ คลื่นเฉือน (shear waves) ที่เกิดขึ้น

           โดยคลื่นความดัน เคลื่อนที่เร็วกว่า คลื่นเฉือน คลื่นความดันมักจะมีแอมพลิจูด เล็กกว่า คลื่นเฉือน ที่สร้างความเสียหายมากที่สุด และทำลายโครงสร้างต่างๆ ได้มากที่สุด โดยเฉพาะอาคารที่มีคาบการสั่น (resonant period) พ้องกัน กับคลื่นที่แผ่ออกมา

            โดยทั่วไป อาคารเหล่านี้จะมีความสูงประมาณแปดชั้น คลื่นเหล่านี้จะแรงที่สุดที่ส่วนปลายของการเลื่อนตัว และอาจแผ่คลื่นทำลายล้างไปไกลกว่าจุดที่เกิดการพังทลายของรอยเลื่อน

            ความรุนแรงของผลกระทบระยะไกลดังกล่าว ขึ้นอยู่กับสภาพดินในพื้นที่นั้นๆ เป็นอย่างมาก และผลกระทบเหล่านี้จะนำมาพิจารณาในการสร้างแบบจำลองของพื้นที่ที่กำหนดการตอบสนองที่เหมาะสมต่อเหตุการณ์เฉพาะ

• ภาพจาก By Yacine Boussoufa - Own work, CC BY-SA 4.0, Link

ความปลอดภัยในการขนส่ง (Transit safety)

            ปัจจุบันระบบดังกล่าวได้รับการนำไปใช้งานเพื่อกำหนดการตอบสนองแบบเรียลไทม์ที่เหมาะสมต่อเหตุการณ์โดยผู้ประกอบการรถไฟในระบบรางในเมือง เช่น BART (Bay Area Rapid Transit) และ LA Metro การตอบสนองที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับเวลาการเตือน สภาพสิทธิทางในพื้นที่ และความเร็วปัจจุบันของรถไฟ

ระบบแจ้งเตือนภัยแผ่นดินไหวในประเทศต่างๆ

การติดตั้งระบบเตือนภัยแผ่นดินไหว ณ ปี พ.ศ. 2567 จีน ญี่ปุ่น ไต้หวัน เกาหลีใต้ และอิสราเอล มีระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวที่ครอบคลุมทั่วประเทศ ซึ่ง แจ้งเตือนผู้คนในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบผ่านการแจ้งเตือนฉุกเฉินแบบไร้สาย (Wireless Emergency Alerts - WEA) การแจ้งเตือนทางทีวีการประกาศทางวิทยุ หรือ ผ่านไซเรนป้องกันพลเรือน (civil defense sirens)

            ประเทศต่างๆ เช่นเม็กซิโก สหรัฐอเมริกาและแคนาดา มีระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวระดับภูมิภาคและแจ้งเตือนผู้คนโดยใช้เทคโนโลยีเดียวกัน  โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวของเม็กซิโก ครอบคลุมพื้นที่ทางตอนกลางและตอนใต้ของเม็กซิโก รวมถึงเม็กซิโกซิตี้และโออาซากาที่ใช้ไซเรนป้องกันภัยพลเรือน ในขณะที่ ShakeAlert ครอบคลุมพื้นที่รัฐแคลิฟอร์เนีย รัฐออริกอน รัฐวอชิงตันในสหรัฐอเมริกา และ รัฐบริติชโคลัมเบียในแคนาดาโดยใช้ WEA

            ประเทศอื่นๆ เช่นกัวเตมาลา เอลซัลวาดอร์ นิการากัว คอสตาริกาและโรมาเนีย ได้นำระบบที่แจ้งเตือนเฉพาะผู้ใช้บางรายผ่าน การดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน มาใช้แล้ว ขณะนี้ระบบกำลังถูกทดสอบในอิตาลี ฝรั่งเศส ตุรกี สวิตเซอร์แลนด์ ชิลี เปรูและอินโดนีเซีย

            ระบบตรวจจับแผ่นดินไหวล่วงหน้าอัตโนมัติรุ่นแรกๆ ได้รับการติดตั้งในช่วงทศวรรษ 1990 ตัวอย่างเช่น ในรัฐแคลิฟอร์เนียระบบ ของสถานีดับเพลิง  Calistoga จะส่งเสียงไซเรนทั่วเมืองโดยอัตโนมัติเพื่อแจ้งเตือนประชาชนในพื้นที่ทั้งหมดเกี่ยวกับแผ่นดินไหว กรมดับเพลิงบางแห่งในแคลิฟอร์เนียใช้ระบบเตือนภัยเพื่อเปิดประตูเหนือศีรษะของสถานีดับเพลิงโดยอัตโนมัติก่อนที่แผ่นดินไหวจะทำให้ประตูหยุดทำงาน แม้ว่าความพยายามเหล่านี้ส่วนใหญ่จะเป็นของรัฐบาล แต่บริษัทเอกชนหลายแห่งยังผลิตระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้าเพื่อปกป้องโครงสร้างพื้นฐาน เช่น ลิฟต์ ท่อส่งก๊าซ และสถานีดับเพลิงอีกด้วย


ประเทศแคนาดา
ในปี 2009 ระบบเตือนภัยล่วงหน้าที่เรียกว่า ShakeAlarm ได้รับการติดตั้งและเริ่มใช้งานในเมืองแวนคูเวอร์ รัฐบริติชโคลัมเบีย ประเทศแคนาดา ระบบนี้ถูกติดตั้งเพื่อปกป้องโครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่งที่สำคัญที่เรียกว่า อุโมงค์จอร์จ แมสซีย์ (George Massey Tunnel) ซึ่งเชื่อมต่อฝั่งเหนือและใต้ของแม่น้ำเฟรเซอร์  ในการใช้งานนี้ ระบบจะปิดประตูทางเข้าอุโมงค์โดยอัตโนมัติหากมีเหตุการณ์แผ่นดินไหวอันตรายเข้ามา  ความสำเร็จและความน่าเชื่อถือของระบบดังกล่าวทำให้ในปี 2015 มีการติดตั้งเพิ่มเติมอีกหลายแห่งบนชายฝั่งตะวันตกของแคนาดาและสหรัฐอเมริกา และยังมีแผนติดตั้งเพิ่มเติมอีกหลายแห่ง

            เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 2024 ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้าของแคนาดาได้เปิดตัวในบริติชโคลัมเบียโดย กรมทรัพยากรธรรมชาติแคนาดา (NRCan) และคาดว่าจะขยายไปยังทางใต้ของควิเบกและทางตะวันออกของออนแทรีโอในช่วงปลายปี 2024 การแจ้งเตือนที่สร้างขึ้นโดยระบบนี้จะส่งมอบให้กับสาธารณชนผ่านระบบเตือนภัยสาธารณะแห่งชาติ  ระบบเตือนภัยล่วงหน้าได้รับการพัฒนาโดยร่วมมือกับสำนักงานสำรวจธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) และใช้ระบบ ShakeAlert ของ USGS เป็นพื้นฐาน  แม้ว่าทั้งสองระบบจะแยกจากกัน แต่ USGS และ NRCan ก็ใช้ซอฟต์แวร์ประมวลผล อัลกอริทึม และข้อมูลเรียลไทม์ร่วมกัน 


ประเทศจีน
ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวที่เก่าแก่ที่สุดในจีนถูกสร้างขึ้นในช่วงทศวรรษ 1990  ความเสียหายจากแผ่นดินไหวเสฉวนในปี 2008 ทำให้จีนต้องลงทุนกับระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวทั่วประเทศ (Earthquake Early Warning Systems - EEWS) สถานีตรวจสอบ เซ็นเซอร์ และระบบวิเคราะห์จำนวนมากได้รับการติดตั้งเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ การตอบสนอง และความครอบคลุมของข้อมูลแผ่นดินไหว
         ในเดือนมิถุนายน 2019 สถาบันลดภัยพิบัติไฮเทคเฉิงตู ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบ EEWS แห่งชาติ ได้แจ้งเตือนเมืองต่างๆ เกี่ยวกับแผ่นดินไหวขนาด 6.0M ได้สำเร็จ 10–27 วินาทีก่อนคลื่นกระแทกมาถึง
         ในปี 2023 สำนักงานบริหารแผ่นดินไหวของจีนประกาศว่าระบบ EEWS แห่งชาติเสร็จสมบูรณ์แล้ว โดยมีสถานีตรวจสอบ 150,000 แห่ง ซึ่งบริหารจัดการโดยศูนย์แห่งชาติ 3 แห่ง ศูนย์ระดับจังหวัด 31 แห่ง ศูนย์ระดับจังหวัดและเทศบาล 173 แห่ง นับเป็นเครือข่ายแผ่นดินไหวที่ใหญ่ที่สุดในโลก  


ประเทศญี่ปุ่น
บทความหลัก: การเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า (ญี่ปุ่น)
ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้าของญี่ปุ่นเริ่มใช้งานจริงในปี พ.ศ. 2549 ระบบที่แจ้งเตือนประชาชนทั่วไปได้รับการติดตั้งเมื่อวันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2550 ระบบดังกล่าวได้รับการจำลองบางส่วนจากระบบตรวจจับและแจ้งเตือนแผ่นดินไหวเร่งด่วน  (Urgent Earthquake Detection and Alarm System - UrEDAS [ja]) ของการรถไฟญี่ปุ่น (Japan Railways) ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้เบรกรถไฟหัวกระสุนได้อัตโนมัติ

          จากเหตุการณ์แผ่นดินไหวโทโฮกุในปี 2011 ทำให้มีการนำเอา ข้อมูลการวัดความถ่วงน้ำหนัก (Gravimetric data) มาใช้ เพื่อสร้างแบบจำลอง ทำให้ใช้เวลาการเตือนภัยได้เร็วขึ้นมาก ซึ่งเร็วกว่าการใช้ข้อมูลจากแบบจำลองแผ่นดินไหวแบบเดิม  (seismic models)  เนื่องจาก สนามโน้มถ่วงเดินทางด้วยความเร็วแสง ซึ่งเร็วกว่า คลื่นแผ่นดินไหว (seismic waves) มาก


ประเทศเม็กซิโก
ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวของเม็กซิโกหรือที่เรียกอีกอย่างว่า SASMEX (Mexican Seismic Alert System)  เริ่มดำเนินการในปี 1991 และเริ่มออกประกาศเตือนภัยต่อสาธารณะในปี 1993 โดยได้รับเงินทุนจากสภาเมืองเม็กซิโกซิตี้ และ เงินสนับสนุนจากอีกหลายรัฐร่วมใช้ระบบเพื่อรับการแจ้งเตือน  ในช่วงแรก ระบบนี้ให้บริการเฉพาะในกรุงเม็กซิโกซิตี้ ด้วยเซ็นเซอร์ 12 ตัว  ปัจจุบันมีเซ็นเซอร์ 97 ตัว และได้รับการออกแบบมาเพื่อปกป้องชีวิตและทรัพย์สินในรัฐทางตอนกลางและตอนใต้ของเม็กซิโกหลายแห่ง


ประเทศสหรัฐอเมริกา
บทความหลัก: ShakeAlert
สำนักงานสำรวจธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) เริ่มการวิจัยและพัฒนาระบบเตือนภัยล่วงหน้าสำหรับชายฝั่งตะวันตกของสหรัฐอเมริกาในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2549 และระบบดังกล่าวสามารถพิสูจน์ว่าใช้งานได้จริงในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2552  หลังจากระยะการพัฒนาต่างๆ ระยะหนึ่ง เวอร์ชัน 2.0 ก็เปิดใช้งานในช่วงฤดูใบไม้ร่วงปี พ.ศ. 2561 ช่วยให้ระบบที่ "มีการทำงานและผ่านการทดสอบเพียงพอ" สามารถเริ่มระยะที่ 1 ของการแจ้งเตือนไปยังแคลิฟอร์เนีย ออริกอนและวอชิงตันได้

            แม้ว่าระบบ ShakeAlert จะเสร็จสมบูรณ์และพร้อมใช้งานแจ้งเตือนสาธารณชนได้ตั้งแต่วันที่ 28 กันยายน 2018 (2561) แล้ว แต่ข้อความต่างๆ เพื่อแจ้งเตือนกลับยังไม่สามารถส่งออกไปได้  เหตุเพราะระบบแจ้งเตือนฉุกเฉินและระบบแอพมือถือ ของหน่วยงานพันธมิตรทั้งภาครัฐและเอกชน ยังไม่ปรับเปลี่ยนมารองรับได้ทัน

           ในที่สุดระบบ ShakeAlertLA  ก็สามารถใช้ส่งการแจ้งเตือนได้จริง ในวันส่งท้ายปีเก่า 2018 (แม้ว่าจะแจ้งเตือนเฉพาะเรื่องแผ่นดินไหวใน พื้นที่ ลอสแองเจลิส เท่านั้น) 

            กระทั่งเมื่อวันที่ 17 ตุลาคม 2019  หน่วยแจ้งเหตุฉุกเฉินของรัฐแคลิฟอร์เนีย (Cal OES)  ประกาศว่า ระบบการแจ้งเตือน ผ่านแอพมือถือ และ ระบบ Wireless Emergency Alerts (WEA)  ได้ทั่วทั้งรัฐแคลิฟอร์เนีย  โดยมีชื่อเรียกเป็นทางการว่า ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้าของแคลิฟอร์เนีย (California Earthquake Early Warning System)

           ต่อมา ระบบนี้ นำไปเปิดตัวใช้ในรัฐโอเรกอนเมื่อวันที่ 11 มีนาคม 2021 และในรัฐวอชิงตันเมื่อวันที่ 4 พฤษภาคม 2021 ทำให้ระบบแจ้งเตือนเสร็จสมบูรณ์ ครอบคลุมรัฐชายฝั่งตะวันตก

ระบบเตือนภัยอื่นๆ ทั่วโลก

เครือข่ายแผ่นดินไหว (Earthquake Network)
บทความหลัก: เครือข่ายแผ่นดินไหว

ในเดือนมกราคม 2013 Francesco Finazzi จากมหาวิทยาลัย Bergamoได้เริ่มโครงการวิจัย Earthquake Network ซึ่งมุ่งหวังที่จะพัฒนาและบำรุงรักษา ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวแบบ crowdsource โดยใช้เครือข่ายสมาร์ทโฟน   โดยที่ตัวเครื่องสมาร์ทโฟนจะใช้ตรวจจับการสั่นสะเทือนของพื้นดินที่เกิดจากแผ่นดินไหว และจะออกคำเตือนทันทีที่ตรวจพบแผ่นดินไหว ประชาชนที่อาศัยอยู่ห่างไกลจากศูนย์กลางแผ่นดินไหวและจุดตรวจจับ อาจได้รับการแจ้งเตือนก่อนที่จะถึงคลื่นแผ่นดินไหวที่สร้างความเสียหาย ผู้คนสามารถมีส่วนร่วมในโครงการนี้ได้โดยติดตั้ง แอปพลิเคชัน Android "Earthquake Network" บนสมาร์ทโฟน แอปพลิเคชันนี้ต้องใช้โทรศัพท์เพื่อรับการแจ้งเตือน


มายเชค (MyShake)

ในเดือนกุมภาพันธ์ 2016 ห้องปฏิบัติการแผ่นดินไหวเบิร์กลีย์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (UC Berkeley) เปิดตัวแอปมือถือ MyShake แอปนี้ใช้เครื่องวัดความเร่งในโทรศัพท์และเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟเพื่อบันทึกการสั่นสะเทือน แล้วส่งข้อมูลดังกล่าวกลับไปยังห้องปฏิบัติการ ระบบจะออกคำเตือนอัตโนมัติหากพบว่าเป็นแผ่นดินไหวขนาด 4.5 ขึ้นไป  UC Berkeley เปิดตัวแอปเวอร์ชันภาษาญี่ปุ่นในเดือนพฤษภาคม 2016 ในเดือนธันวาคม 2016 แอปนี้ได้บันทึกแผ่นดินไหวเกือบ 400 ครั้งทั่วโลก


ระบบแจ้งเตือนแผ่นดินไหวในระบบปฏิบัติการ Android

เมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2020 Google ประกาศว่าระบบปฏิบัติการ Android จะเริ่มใช้เครื่องวัดความเร่งในอุปกรณ์เพื่อตรวจจับแผ่นดินไหว (และส่งข้อมูลไปยัง "เซิร์ฟเวอร์ตรวจจับแผ่นดินไหว" ของบริษัท) เนื่องจากโทรศัพท์หลายล้านเครื่องทำงานบน Android จึงอาจส่งผลให้มีเครือข่ายตรวจจับแผ่นดินไหวที่ใหญ่ที่สุดในโลก

            ในช่วงแรก ระบบทำหน้าที่เพียงแค่จะรวบรวมข้อมูลแผ่นดินไหวเท่านั้นโดยไม่มีการแจ้งเตือนออกไป  (ยกเว้นบริเวณชายฝั่งตะวันตกของสหรัฐอเมริกา ซึ่งระบบจะแจ้งเตือนโดยใช้ระบบ ShakeAlert ของ USGS เท่านั้น ไม่ใช่ระบบตรวจจับของ Google)  ในช่วงแรกนี้ ข้อมูลที่รวบรวมโดยอุปกรณ์ Android จะใช้เพื่อให้ข้อมูลอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับแผ่นดินไหวในบริเวณใกล้เคียงผ่าน Google Search เท่านั้น 

            เมื่อวันที่ 28 เมษายน 2021 Google ได้ประกาศเปิดตัวระบบแจ้งเตือนในกรีซและนิวซีแลนด์ ซึ่งเป็นประเทศแรกๆ ที่จะได้รับการแจ้งเตือนจากระบบตรวจจับของ Google เอง  ต่อมาในเดือนมิถุนายน 2021 ได้ขยายไปยัง ตุรกี ฟิลิปปินส์ คาซัคสถาน สาธารณรัฐคีร์กีซ  ทาจิกิสถาน เติร์กเมนิสถานและอุซเบกิสถาน  ในเดือนกันยายน 2024 Google ได้ประกาศว่าระบบแจ้งเตือนนี้จะครอบคลุมทั่วทั้งสหรัฐอเมริกา (รวมถึงพื้นที่ที่ไม่ได้รับการตรวจสอบโดย ShakeAlert ของ USGS) ในเวลานั้น การแจ้งเตือนแผ่นดินไหวสามารถส่งไปยังประเทศอื่นๆ ได้อีก 97 ประเทศ


โอเพ่นอีดับบลิว (OpenEEW)

เมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2020 Linux Foundation , IBMและ Grillo ได้ประกาศเปิดตัวระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้าแบบโอเพ่นซอร์สเต็มรูปแบบระบบแรก (open-source earthquake early-warning system)  ซึ่งประกอบด้วยคำแนะนำสำหรับเครื่องวัดแผ่นดินไหวราคาประหยัด ระบบตรวจจับบนคลาวด์ แดชบอร์ด และแอปมือถือ โปรเจ็กต์นี้ได้รับการสนับสนุนจาก USAID , Clinton Foundation และ Arrow Electronics ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้าที่ใช้สมาร์ทโฟนนั้น ขึ้นอยู่กับเครือข่ายผู้ใช้หนาแน่นใกล้กับโซนแผ่นดินไหว  ขณะที่ OpenEEW มุ่งเน้นไปที่การจัดหาอุปกรณ์ราคาไม่แพงที่สามารถใช้งานได้ในพื้นที่ห่างไกลใกล้กับจุดที่อาจเกิดแผ่นดินไหว ส่วนประกอบทั้งหมดของระบบนี้เป็นโอเพ่นซอร์สและพร้อมใช้งานในคลังข้อมูล GitHub ของโครงการ


โซเชียลมีเดีย

เว็บไซต์เครือข่ายสังคมออนไลน์ เช่น Twitter  (X)  และ Facebook มีบทบาทสำคัญในช่วงที่เกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติ สำนักงานสำรวจธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) ได้ศึกษาความร่วมมือกับเว็บไซต์เครือข่ายสังคมออนไลน์ Twitter (X) เพื่อให้สามารถสร้าง ShakeMaps ได้รวดเร็วยิ่งขึ้น 


ดูเพิ่มเติม

• วิศวกรรมแผ่นดินไหว
• การเตรียมพร้อมรับมือแผ่นดินไหว
• คลื่น P
• การปรับปรุงเพื่อรับมือกับแผ่นดินไหว
• การเตือนภัยแผ่นดินไหว (ญี่ปุ่น)
• ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวของเม็กซิโก

Wikipedia - Earthquake_early_warning_system