[论文解读] Towards Evidences of Long-Range Correlations in Seismic Activity

Douglas Ferreira, Jennifer Ribeiro+2 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2014

Complex Systems and Time Series Analysis被引用 3

一句话总结

本文提出一种基于时间窗的新型网络模型，用于分析地震活动，避免了传统方法在全局地震目录中的局限性。该模型揭示了小世界拓扑结构和q-高斯度分布，表明地震事件在空间和时间上存在长程相关性，尤其是在高活跃区域。

ABSTRACT

In this work, we introduce a new methodology to construct a network of epicenters that avoids problems found in well-established methodologies when they are applied to global catalogs of seisms. The new methodology involves essentially the introduction of a time window which works as a temporal filter. Our approach is more generic and for small regions the results coincide with previous findings. The network constructed with that model has small-world properties and the distribution of node connectivity follows a non-traditional $q$-Gaussian function, where scale-free properties are present. The vertices with larger connectivity in the network correspond to the areas with very intense seismic activities in the period considered. These new results strengthen the hypothesis of long spatial and temporal correlations between earthquakes.

研究动机与目标

• 解决现有全球地震网络模型中的方法论局限性。
• 开发一种更通用且稳健的地震震中网络构建方法。
• 研究地震活动在空间和时间上是否存在长程相关性。
• 在先前结果已确立的小区域上验证该模型。

提出的方法

• 引入时间窗作为时间滤波器，构建地震震中网络。
• 通过连接在定义时间窗内的震中构建网络，减少来自遥远或无关事件的噪声。
• 该模型保持小世界网络特性，便于分析连通性模式。
• 使用q-高斯函数分析节点连通性分布，以检测尺度自由特性。
• 在区域数据上验证该方法，结果与先前发现一致。
• 该方法可通过高程度节点识别高活跃地震区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于时间窗的网络模型能否改善对全球地震目录中长程相关性的检测？
• RQ2 地震网络中的连通性模式是否表现出尺度自由或非传统统计分布？
• RQ3 最活跃的地震区域是否在该网络中始终表现为高程度节点？
• RQ4 该模型在小型、研究充分的区域中与既定方法相比表现如何？
• RQ5 网络结构为地震发生的空间和时间相关性提供了哪些证据？

主要发现

• 所构建的地震网络表现出小世界特性，表明系统中信息传播效率较高。
• 节点连通性分布遵循非传统的q-高斯函数，表明存在复杂、非泊松的动力学。
• 网络中观察到尺度自由特性，暗示存在具有高度影响力的地震节点。
• 连通性最高的顶点对应于研究期间地震活动强烈的区域。
• 结果支持地震之间存在长程空间和时间相关性的假设。
• 该模型在小型区域中与先前发现的一致性，验证了其可靠性和普适性。