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地震分析的里程碑:物理模型再现统计模型结果

2018-9-28 9:07:25 来源:中国矿业报

哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站、南加州大学、加州大学河滨分校和美国地质调查局的研究人员日前共同提出了一个物理模型,再现了加州地震统计模型的预测结果。研究人员表示,这标志着地震预报的转折点已经到来。

地震给全世界的人员和城市带来了重大威胁,但是通过一系列正确的减灾措施——从严格的建筑要求到精心的规划,可以在一定程度上有效控制地震造成的道路和建筑物的灾难性损坏和人员伤亡。然而,所有这些措施都依赖于高质量的地震灾害模拟分析。目前的模型依赖于一系列不确定的假设,由于大地震之间的时间间隔很长,很难在现实世界中对预测进行测试。

为了解决上述问题,研究人员在超级计算机上模拟了近50万年来的加州地震,并将其与当前最完美的地震统计模型(基于100年的仪器测量数据)得到的评估结果相比较。结果发现,两者相互匹配。这一相互验证的结果增加了对加州当前地震风险预测的支持,有助于整个加州设定保险费率和建筑标准。

据有关研究人员介绍,研究中使用的地震模拟器RSQSim通过消除许多假设——评估特定区域发生特定地震的可能性,进而简化了加州的地震统计模型。该模拟器基于相对基础的物理学知识编程实现,再现几十年来稳定改进的统计模型的分析结果后,现在地震学家可以使用其来测试统计模型针对特定区域的预测。

准确的灾害评估对于洛杉矶和旧金山等高风险城市的政府监管机构尤其重要,因为他们将根据最新科学进展编写和修订建筑规范。在住房严重短缺的州,监管机构面临着巨大压力——要求建筑物足够坚固,能够承受剧烈震动,同时还要降低建筑成本。现在,确认灾害评估的第二个工具使数字增加了可信度。

RSQSim的一个特征是它使用速率和状态相关的摩擦来近似模拟真实断层如何破裂,并将应力转移到其他断层,有时会引发更大地震。RSQSim由加州大学河滨分校在10多年前研发,并在当前研究中得到进一步完善,同时也是第一个再现加州最新破裂预测UCERF3(第三版加州地震断裂预测模型)的物理模型。当这两个模型的结果被输入到加州的地面震动统计模型中时,他们得出了类似的灾害情况。

随着计算能力的增长以及软件中更多物理特性的添加,模型将不断得到改善。研究人员计划利用该模型更多地了解余震,以及它们如何破坏加州的断层,同时还要将该模拟器整合到基于物理的地面运动模型(CyberShake)中,以查看其是否可以从当前统计模型中重现震动评估结果。未来,随着科学家在模拟中不断改进物理学要素,计算机将变得更加强大,人类将有机会更好地了解真正具有破坏性的地震可能发生的地点和时间。□

(赵纪东)

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