Forventende efterskælv:Forskere forbedrer seismiske prognoser for Californien

Sydlige Californien har den højeste jordskælvsrisiko i nogen region i USA, men præcis hvor risikabelt og hvor de største risici ligger, er stadig et åbent spørgsmål.

Jordskælv forekommer sjældent og afhænger af komplekse geologiske faktorer dybt under jorden, gør det svært at forudsige på forhånd pålideligt. Af den grund, at forudsige jordskælv betyder at stole på massive computermodeller og mangefacetterede simuleringer, som genskaber stenfysikken og regional geologi og kræver store supercomputere til at udføre.

I juni 2017, et team af forskere fra U.S. Geological Survey og Southern California Earthquake Center (SCEC) offentliggjorde et stort papir i Seismologiske forskningsbreve der opsummerede de videnskabelige og farlige resultater af et af verdens største og mest kendte jordskælvsimuleringsprojekter:The Uniform California Earthquake Rupture Forecast (UCERF3).

Resultaterne baserede sig på beregninger udført på den originale Stampede -supercomputer i Texas Advanced Computing Center, ressourcer ved University of Southern California Center for High-Performance Computing, samt den nyligt indsatte Stampede2 -supercomputer, hvortil forskergruppen havde tidlig adgang. (Stampede 1 og Stampede2 understøttes af tilskud fra National Science Foundation.)

"Højtydende computing på TACC's Stampede-system, og i den tidlige brugerperiode af Stampede2, tillod os at skabe, hvad der er, efter alle foranstaltninger, den mest avancerede jordskælvsprognose i verden, "sagde Thomas H. Jordan, direktør for Southern California Earthquake Center og en af ​​hovedforfatterne på papiret.

Den nye prognose er den første fejlbaserede model, der giver selvkonsistente brudssandsynligheder fra meget kort sigt-over en periode på mindre end en time-til meget lang sigt-op til mere end et århundrede. Det er også den første model, der er i stand til at evaluere de kortsigtede farer, der skyldes sekvenser med kompleks begivenhed med flere begivenheder.

For at udlede modellen, forskerne løb 250, 000 brudsscenarier i staten Californien, langt mere end i den tidligere model, som simulerede 8, 000 bristninger.

Blandt de nye fund, forskernes simuleringer viste, at i ugen efter et jordskælv på 7,0, sandsynligheden for endnu et jordskælv på 7,0 ville være op til 300 gange større end ugen før. Dette scenario med 'brusende' brud blev demonstreret i størrelsesorden 7,9 Denali i 2002, Alaska, og 2016 -størrelsen 7,8 Kaikoura, New Zealand jordskælv, ifølge David Jacobson og Ross Stein fra Temblor.

Den dramatiske stigning i sandsynligheden for kraftige efterskælv skyldes inkluderingen af ​​en ny klasse modeller, der vurderer kortsigtede ændringer i seismisk fare baseret på, hvad man ved om jordskælvsklynger og efterskælvninger. Disse faktorer har aldrig været brugt i en omfattende, statewide model som denne.

Den nuværende model tager også højde for sandsynligheden for, at rupturer springer fra en fejl til en nærliggende, som er blevet observeret i Californiens stærkt sammenkoblede fejlsystem.

Baseret på disse og andre nye faktorer, den nye model øger sandsynligheden for kraftige efterskælv, men nedjusterer den forudsagte hyppighed af jordskælv mellem størrelsesorden 6,5 og 7,0, som ikke matchede historiske optegnelser.

Vigtigere, UCERF3 kan opdateres med observeret seismicitet-realtidsdata baseret på jordskælv i aktion-for at fange de statiske eller dynamiske udløsende effekter, der udspiller sig under en bestemt hændelsesrekkefølge. Rammerne kan tilpasses mange andre kontinentale fejlsystemer, og den kortsigtede komponent kan være relevant for prognoser for mindre jordskælv og rystelser, der er forårsaget af menneskelig aktivitet.

Virkningen af ​​en sådan forbedret model går ud over den fundamentale videnskabelige forbedring, den repræsenterer. Det har potentiale til at påvirke bygningsregler, forsikringssatser, og statens reaktion på et kraftigt jordskælv.

Sagde Jordan, "Den amerikanske geologiske undersøgelse har inkluderet UCERF3 som den californiske komponent i National Seismic Hazard Model, og modellen evalueres til brug ved operationelle jordskælvsprognoser på tidsskalaer fra timer til årtier. "

VURDERING AF OMKOSTNINGERNE TIL AT BYGGE

Ud over at forudsige sandsynligheden for et jordskælv, modeller som UCERF3 hjælper med at forudsige de forbundet omkostninger ved jordskælv i regionen. I de seneste måneder har forskerne brugte UCERF3 og Stampede2 til at oprette en prototype operationel tabsmodel, som de beskrev i et papir, der blev sendt online til Earthquake Spectra i august.

Modellen anslår de statslige økonomiske tab for regionen (omkostninger til reparation af bygninger og andre skader) forårsaget af et jordskælv og dets efterskælv. Risikometrik er baseret på en sårbarhedsfunktion og de samlede udskiftningsomkostninger for aktivtyper i en given folketællingstraktat.

Modellen fandt ud af, at det forventede tab om året, når det i gennemsnit var over mange år, ville være 4,0 milliarder dollar i hele landet. Vigtigere, modellen var i stand til at kvantificere, hvordan forventede tab ændrer sig med tiden på grund af den seneste seismiske aktivitet. For eksempel, de forventede tab i et år efter en stigning på 7,1 i hovedstokken til 24 milliarder dollar på grund af potentielt skadelige efterskælv, en faktor på seks større end under "normale" tider.

At kunne kvantificere sådanne udsving vil gøre det muligt for finansielle institutioner, såsom udbydere af jordskælvsforsikringer, at tilpasse deres forretningsbeslutninger derefter.

"Det handler om at levere værktøjer, der hjælper med at gøre samfundet mere modstandsdygtigt over for ødelæggende jordskælvsekvenser, "siger Ned Field fra USGS, en anden hovedforfatter til de to undersøgelser.

Selvom der er stor usikkerhed i både seismiciteten og tabsestimaterne, modellen er et vigtigt skridt til at kvantificere risiko for jordskælv og potentielt ødelæggelser i regionen, og dermed hjælpe beslutningstagere med at afgøre, om og hvordan de skal reagere.