地震災害預測的里程碑

地震災害預測的里程碑

地震對世界各地的人民和城市構成了嚴重的危險，但如果採取正確的減災措施，從更嚴格的建築要求到仔細的分區規劃，道路和建築物災難性倒塌和人命損失的可能性是有限的。所有這些措施都有賴於科學地提供高質量的地震災害模型。然而，目前的模型依賴於一系列不確定的假設，由於大地震之間的間隔時間很長，這些預測很難在現實世界中得到驗證。

現在，來自哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站、南加州大學、加州大學河濱分校和美國地質調查局的一組研究人員提出了一個以物理為基礎的模型，標誌著地震預報的一個轉折點。他們的研究結果發表在新一期的《科學進展》雜誌上。這項研究的主要作者，拉蒙特-多爾蒂的地球物理學家布魯斯·肖說:「無論下周還是10年後發生大地震，工程師們都需要為長遠打算而建造。」「我們現在有了一個物理模型，可以告訴我們什麼是長期危害。」

在一台超級計算機上模擬了近50萬年的加州地震，研究人員根據100年的儀器數據建立了加州領先的統計模型，從而能夠匹配災害估計。相互驗證的結果增加了對加州當前危險預測的支持，這有助於在全州範圍內設定保險費率和建築設計標準。研究結果還表明，基於物理的模型在預測地震災害和評估加州和其他地震易發地區的競爭模型方面的作用越來越大。

在這項研究中使用的地震模擬器RSQSim，通過排除許多假設來簡化了加州的統計模型，這些假設是用來估計某一特定區域發生地震的可能性的。實際上，研究人員對這個模擬器感到驚訝，因為它的程序中包含了相對基礎的物理知識，能夠重現幾十年來一直在穩步改進的模型的估計。肖說:「這表明我們的模擬器已經為黃金時段做好了準備。」

地震學家現在可以使用RSQSim來測試統計模型的區域預測。對洛杉磯和舊金山等高風險城市的政府監管機構來說，準確的風險估計尤其重要，因為它們根據最新的科學知識編寫和修訂建築法規。在一個住房嚴重短缺的州，監管機構正面臨壓力，要求它們在保持建築成本下降的同時，建造足夠堅固、能承受住強烈地震的建築。確認災害估計的第二個工具使這些數字更加可信。「如果你能用不同的技術得到相似的結果，你就會建立自信，你正在做正確的事情。」

該模擬器的一個特點是利用速率和狀態相關的摩擦來近似模擬真實世界的故障如何斷裂並將應力轉移到其他故障上，有時甚至引發更大的地震。RSQSim是加州大學河濱分校(UC Riverside)十多年前開發的，在目前的研究中進一步完善，它是第一個基於物理的模型，複製了加州最近的破裂預測UCERF3。當這兩個模型的結果被輸入到加州的統計震動模型中時，他們得出了相似的危害情況。

資助這項研究的南加州地震中心(Southern California Earthquake Center)主任約翰?維戴爾(John Vidale)表示，這種新模式已經為研究人員在加州斷層沿線50萬年的地震歷史創造了一個現實的歷史。Vidale預測，隨著計算能力的增長和更多的物理特性被添加到軟體中，這個模型將會改進。他說:「諸如意外地點的地震、地震斷層在地質時期的演化、構造板塊下的粘性流等細節還沒有建立起來。」

研究人員計劃利用這個模型來了解更多關於餘震的信息，以及餘震如何在加州斷層上展開，並在全球範圍內研究其他斷層系統。他們還在將模擬器整合到一個基於物理原理的地面運動模型中，稱為CyberShake，以觀察它是否能從當前的統計模型中重現地震估計。

「隨著我們在模擬和計算機上提高物理性能，我們將更好地了解破壞性地震可能發生的地點和時間，」該研究的合作者、南加州大學的研究員凱文·米爾納(Kevin Milner)說。

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