Южная Калифорния имеет самый высокий риск землетрясений среди всех регионов США, но вопрос о том, насколько рискованно и где кроется наибольший риск, остается открытым.
Землетрясения происходят нечасто и зависят от сложных геологических факторов глубоко под землей, что затрудняет их надежное предсказание заранее. По этой причине прогнозирование землетрясений означает использование массивных компьютерных моделей и многогранных симуляций, которые воссоздают физику горных пород и региональную геологию и требуют для выполнения больших суперкомпьютеров.
В июне 2017 года группа исследователей из Геологической службы США и Южно-Калифорнийского центра землетрясений (SCEC) опубликовала в Seismological Research Letters большую статью, в которой обобщаются научные результаты и результаты опасностей одного из крупнейших и наиболее известные проекты по моделированию землетрясений: Единый прогноз землетрясения в Калифорнии (UCERF3).
Результаты основаны на вычислениях, выполненных на оригинальном суперкомпьютере Stampede в Техасском центре передовых вычислений, ресурсах Центра высокопроизводительных вычислений Университета Южной Калифорнии, а также на недавно развернутом суперкомпьютере Stampede2, на котором проводилось исследование. команда имела ранний доступ. (Stampede 1 и Stampede2 поддерживаются грантами Национального научного фонда.)
«Высокопроизводительные вычисления в системе Stampede TACC и в период раннего использования Stampede2 позволили нам создать то, что по всем параметрам является самым передовым прогнозом землетрясений в мире», - сказал Томас Х. Джордан, директор Центра землетрясений в Южной Калифорнии и один из ведущих авторов статьи.
Новый прогноз является первой моделью, основанной на разломах, которая обеспечивает самосогласованные вероятности разрыва от очень краткосрочного (в течение периода менее часа) до очень долгосрочного периода (до более века).. Это также первая модель, способная оценивать краткосрочные опасности, возникающие в результате последовательностей сложных разломов, состоящих из нескольких событий.
Для построения модели исследователи прогнали 250 000 сценариев разрывов в штате Калифорния, что значительно больше, чем в предыдущей модели, которая имитировала 8 000 разрывов.
Среди его новых открытий, моделирование исследователей показало, что через неделю после землетрясения магнитудой 7,0 вероятность другого землетрясения магнитудой 7,0 будет в 300 раз выше, чем за неделю до этого. Этот сценарий «каскадных» разрывов был продемонстрирован в Денали магнитудой 7,9 в 2002 г., Аляска, и в 2016 г. магнитудой 7.8 Землетрясения в Каикоуре, Новая Зеландия, согласно Дэвиду Джейкобсону и Россу Штейну из Темблора.
Резкое увеличение вероятности мощных афтершоков связано с включением нового класса моделей, которые оценивают краткосрочные изменения сейсмической опасности на основе того, что известно о кластеризации землетрясений и афтершоковых возбуждениях. Эти факторы никогда не использовались во всеобъемлющей модели штата, подобной этой.
Текущая модель также учитывает вероятность разрывов, перескакивающих с одного разлома на соседний, что наблюдалось в сильно взаимосвязанной системе разломов Калифорнии.
Основываясь на этих и других новых факторах, новая модель увеличивает вероятность мощных афтершоков, но снижает прогнозируемую частоту землетрясений магнитудой от 6,5 до 7,0, что не соответствует историческим данным.
Важно отметить, что UCERF3 может обновляться с учетом наблюдаемой сейсмичности - данных в реальном времени, основанных на землетрясениях в действии, - для фиксации статических или динамических триггерных эффектов, которые проявляются во время определенной последовательности событий. Схема может быть адаптирована ко многим другим континентальным системам разломов, а краткосрочный компонент может быть применим для прогнозирования слабых землетрясений и толчков, вызванных деятельностью человека.
Воздействие такой улучшенной модели выходит за рамки фундаментального научного улучшения, которое она представляет. Это может повлиять на строительные нормы и правила, страховые тарифы и реакцию штата на мощное землетрясение.
Сказал Джордан: «Геологическая служба США включила UCERF3 в качестве калифорнийского компонента Национальной модели сейсмической опасности, и эта модель оценивается для использования в оперативном прогнозировании землетрясений во временных масштабах от часов до десятилетий».
Оценка стоимости восстановления
В дополнение к прогнозированию вероятности землетрясения такие модели, как UCERF3, помогают прогнозировать связанные с землетрясением затраты в регионе. В последние месяцы исследователи использовали UCERF3 и Stampede2 для создания прототипа модели операционных потерь, которую они описали в статье, опубликованной онлайн в журнале Earthquake Spectra в августе.
Модель оценивает финансовые потери региона в масштабах штата (затраты на ремонт зданий и другие повреждения), вызванные землетрясением и его повторными толчками. Метрика риска основана на функции уязвимости и общей стоимости замещения типов активов в данном переписном районе.
Модель показала, что ожидаемые убытки в год, усредненные за многие годы, составят 4,0 миллиарда долларов по всему штату. Что еще более важно, модель смогла количественно определить, как ожидаемые потери изменяются со временем из-за недавней сейсмической активности. Например, ожидаемые убытки в течение года после основного скачка магнитудой 7,1 до 24 миллиардов долларов из-за потенциально разрушительных афтершоков, что в шесть раз больше, чем в «нормальные» времена..
Возможность количественной оценки таких колебаний позволит финансовым учреждениям, таким как поставщики страховых услуг от землетрясений, соответствующим образом скорректировать свои бизнес-решения.
«Все дело в предоставлении инструментов, которые помогут сделать общество более устойчивым к разрушительным последствиям землетрясений», - говорит Нед Филд из Геологической службы США, еще один ведущий автор двух исследований.
Хотя существует большая неопределенность как в оценках сейсмичности, так и в оценках потерь, модель является важным шагом в количественной оценке риска землетрясений и потенциальных разрушений в регионе, тем самым помогая лицам, принимающим решения, определить, следует ли и как реагировать.