PAGER
——地震影響的快速評(píng)估（USGS情況說(shuō)明書第2010-3036號(hào)）＊

引言

PAGER（為了應(yīng)急響應(yīng)的全球地震快速評(píng)估）是一個(gè)產(chǎn)出關(guān)于全世界重要地震之影響的自動(dòng)化系統(tǒng)，它向應(yīng)急響應(yīng)人員、政府和救助機(jī)構(gòu)以及新聞媒體提供潛在災(zāi)害的范圍。PAGER通過(guò)把處于每一地震烈度水平的人口與基于全世界每個(gè)國(guó)家或地區(qū)歷史地震中的經(jīng)濟(jì)和人員損失模型進(jìn)行比較來(lái)快速評(píng)估地震影響。地震預(yù)警——原來(lái)只是基于震級(jí)和震中、或者遭受地震的人口來(lái)發(fā)布——現(xiàn)在也基于估計(jì)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失來(lái)發(fā)布。

位于科羅拉多州戈?duì)柕堑拿绹?guó)地質(zhì)調(diào)查局的國(guó)家地震信息中心（NEIC）每年報(bào)告超過(guò)30 000次地震。其中約25次慘痛事件產(chǎn)生重大破壞、致傷和死亡。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）通常早在獲得現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告之前就能很好地探測(cè)地震。它必須快速?zèng)Q定對(duì)于一個(gè)潛在破壞性事件是否應(yīng)當(dāng)向聯(lián)邦和國(guó)際機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)警。過(guò)去，USGS主要依靠值班地震學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)來(lái)估計(jì)一次地震的影響。為改善評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，USGS開發(fā)了PAGER，它是一個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)，用于快速估計(jì)地震動(dòng)分布、嚴(yán)重地震動(dòng)地區(qū)的人口和財(cái)產(chǎn)數(shù)量以及可能的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失范圍。估計(jì)的損失觸發(fā)用適當(dāng)顏色標(biāo)記的警報(bào)，警報(bào)水平?jīng)Q定建議的響應(yīng)級(jí)別：無(wú)必要響應(yīng)（綠色）、地方／地區(qū)響應(yīng)（黃色）、國(guó)家響應(yīng)（橙色）或國(guó)際響應(yīng)（紅色）。

除了直接的警報(bào)通知外，PAGER還提供重要的補(bǔ)充信息，包括該地區(qū)易損建筑物主要類型描述的說(shuō)明、歷史上附近地區(qū)財(cái)產(chǎn)損失和任何人員死亡的報(bào)告、一份有關(guān)次生災(zāi)害（如地震引起的滑坡、海嘯和沙土液化等）區(qū)域特征信息的總結(jié)。

通常在重大地震發(fā)生之后30分鐘內(nèi)就可以得到PAGER的結(jié)果，稍遲于地震震中和震級(jí)的確定。然而，在地震之后數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)之內(nèi)，關(guān)于地震動(dòng)范圍的信息是不確定的，一般在獲得額外的傳感器數(shù)據(jù)和報(bào)告的烈度，并和震源模型結(jié)合后得到改善。PAGER公布的估計(jì)結(jié)果的使用者應(yīng)當(dāng)考慮其不確定性，并尋求PAGER公布的該次地震的最新結(jié)果（見放棄聲明）。

該信息可以從本網(wǎng)站（指USGS網(wǎng)站，譯者注）得到，以及與附隨的描述在一起的一個(gè)可印刷的、1頁(yè)的報(bào)告（例如，這份關(guān)于智利破壞性地震的報(bào)告）（圖1）。作為這樣一個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，USGS管理著一個(gè)地震響應(yīng)必須和可靠的計(jì)算與通信平臺(tái)。

1 PAGER的產(chǎn)出過(guò)程

PAGER系統(tǒng)的核心是USGS已經(jīng)開展了幾十年的及時(shí)而準(zhǔn)確的地震位置和震級(jí)的確定。PAGER通過(guò)為地震動(dòng)圖（ShakeMap）開發(fā)的方法和軟件，用這些地震參數(shù)來(lái)計(jì)算對(duì)地面震動(dòng)的估計(jì)。然后，通過(guò)把預(yù)測(cè)的地震動(dòng)圖與橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的國(guó)土掃描全球人口數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，來(lái)計(jì)算處于不同地震動(dòng)水平的人口數(shù)量。最后，在不同國(guó)家損失模型（基于全球建設(shè)情況和建筑物易損性）的基礎(chǔ)上，PAGER進(jìn)行潛在人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失范圍的估計(jì)。另外，如果可能的話，PAGER系統(tǒng)估計(jì)地震誘發(fā)滑坡的潛在風(fēng)險(xiǎn)，以及鄰近地區(qū)歷史地震的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡報(bào)告，以便進(jìn)行比較。

PAGER使用災(zāi)區(qū)人口和當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施易損性的估計(jì)確定災(zāi)害的規(guī)模，并向應(yīng)急響應(yīng)人員、政府機(jī)構(gòu)和媒體發(fā)布警報(bào)。PAGER是一個(gè)交互式的系統(tǒng)。當(dāng)?shù)玫胶罄m(xù)數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生更準(zhǔn)確的地面震動(dòng)圖，給出修正后的災(zāi)區(qū)人口估計(jì)，如果必要，則發(fā)布新的警報(bào)。

圖1 2010年2月27日智利康塞普西翁8.8級(jí)地震市中心區(qū)結(jié)構(gòu)破壞圖片。對(duì)這種地震，PAGER向應(yīng)急救災(zāi)組織提供幫助他們確定最需要注意地區(qū)的信息。USGS Walter Mooney攝影

2 PAGER數(shù)據(jù)處理的步驟

（1）當(dāng)一個(gè)地震的震級(jí)和震源位置被確定之后，“全球地震動(dòng)圖”系統(tǒng)獲取所有強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并通過(guò)USGS“你感覺(jué)到了嗎？”在線系統(tǒng)獲取震中地區(qū)人員報(bào)告的地震烈度（圖2a）。彩色圓圈代表一個(gè)城市報(bào)告的地震烈度，圓圈的大小與人口成正比。

（2）地震動(dòng)圖系統(tǒng)在地形斜率的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)反映土壤／巖石場(chǎng)地特性的地面運(yùn)動(dòng)放大圖（圖2b）。該圖考慮了松軟土壤場(chǎng)地有比巖石場(chǎng)地遭受更強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)放大的趨勢(shì)。

（3）當(dāng)條件許可時(shí)，加入斷層幾何形狀和尺寸（黑色矩形）的信息（圖2c）。然后震動(dòng)圖系統(tǒng)利用報(bào)告的地震烈度、與場(chǎng)地有關(guān)的地面運(yùn)動(dòng)放大圖和反映地面震動(dòng)強(qiáng)度隨震級(jí)、到斷層距離和震源深度而變化的地震波衰減方程，產(chǎn)生出區(qū)域地面震動(dòng)估計(jì)（黃色等值線）。

（4）然后，震動(dòng)圖系統(tǒng)把估計(jì)的地面運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成地震烈度圖（圖2d）。

（5）然后計(jì)算出每一烈度水平受影響的人口，再結(jié)合地震烈度圖和國(guó)土掃描人口數(shù)據(jù)庫(kù)，列出鄰近城市的地震烈度和人口（圖2e）。

（6）在每一地震烈度水平受影響人口的基礎(chǔ)上，PAGER系統(tǒng)依據(jù)由歷史地震經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡數(shù)據(jù)開發(fā)的不同國(guó)別的模型估計(jì)與震動(dòng)相關(guān)的損失。

（7）依據(jù)人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的范圍確定警報(bào)的級(jí)別，由兩者中較高的一個(gè)確定總的警報(bào)級(jí)別。由警報(bào)級(jí)別來(lái)決定將要主動(dòng)通知哪些用戶，同時(shí)，作為地震總結(jié)信息的一部分，所有PAGER內(nèi)容被自動(dòng)發(fā)布到USGS地震災(zāi)害項(xiàng)目網(wǎng)站的網(wǎng)頁(yè)上，以供及時(shí)使用。

圖2 PAGER數(shù)據(jù)處理的步驟

3 PAGER地震影響標(biāo)度

PAGER使用了一個(gè)新的地震影響標(biāo)度（EIS），它基于兩個(gè)互相補(bǔ)充的判據(jù)。第一個(gè)判據(jù)是估計(jì)的災(zāi)害損失，該判據(jù)最適用于國(guó)內(nèi)事件和那些采取了抗震措施的地區(qū)。第二個(gè)判據(jù)代表人員傷亡范圍，通常更適用于全球性事件，特別是那些建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施易受破壞的國(guó)家。

在一次地震事件之后，由歷史地震影響和相關(guān)的反應(yīng)級(jí)別導(dǎo)出的簡(jiǎn)單閾值對(duì)通報(bào)預(yù)測(cè)的影響和所需要的響應(yīng)是相當(dāng)有效的，這種簡(jiǎn)單閾值用標(biāo)記為綠色（很少或無(wú)影響）、黃色（區(qū)域影響和反應(yīng)）、橙色（國(guó)家級(jí)影響和反應(yīng)）和紅色（國(guó)際響應(yīng)）的警報(bào)來(lái)表征。

黃色、橙色和紅色警報(bào)相應(yīng)的人員傷亡閾值分別是1、100和1 000人。對(duì)于損失影響，黃色、橙色和紅色警報(bào)的觸發(fā)閾值是估計(jì)的損失分別達(dá)到1百萬(wàn)美元、1億美元和10億美元（見表1）。

表1 4種警報(bào)的閾值

地震警報(bào)的這一雙重判據(jù)來(lái)源于如下認(rèn)識(shí)，即在那些當(dāng)?shù)亟ㄖ┕こＪ蛊湎萦诟邭穆屎蛡雎实膰?guó)家有相對(duì)較高的死亡率、受傷率和無(wú)家可歸人員，正是這種影響決定著國(guó)際上的優(yōu)先反應(yīng)。相反，在那些建筑普遍抗震，并極大地減少了建筑物毀壞及其所導(dǎo)致的人員死亡的地區(qū)或國(guó)家，通常是財(cái)政和總的社會(huì)影響觸發(fā)反應(yīng)的級(jí)別。

由于在地面真實(shí)觀測(cè)或者新聞報(bào)道之前就可以得到PAGER的計(jì)算，PAGER的信息可以作為國(guó)內(nèi)以及國(guó)際地震災(zāi)害主要的警報(bào)工具。作為PAGER匯總產(chǎn)出的一個(gè)例子，2010年2月27日造成486人死亡的智利8.8級(jí)地震的“一個(gè)PAGER”顯示基于估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失，該次地震觸發(fā)紅色警報(bào)級(jí)別，而基于估計(jì)的死亡人數(shù)則為橙色警報(bào)級(jí)別。

盡管PAGER使用簡(jiǎn)單而直觀的顏色標(biāo)記警報(bào)判據(jù)，但它保持必要的不確定性測(cè)度，這樣人們就可以判斷警報(bào)被高估或者低估的“可能性”。例如，若綠色或黃色警報(bào)的“可能性”相差不大，則區(qū)分兩者的損失模型少有區(qū)別，使用者應(yīng)當(dāng)注意到警報(bào)級(jí)別中的這種不確定性。在其他情況下，各自不同的“可能性”更是指出了不同警報(bào)級(jí)別的可信度。

使用地震影響標(biāo)度，PAGER的快速損失估計(jì)盡管存在不確定性，但它能用于適當(dāng)?shù)赝扑]警報(bào)級(jí)別并建議適用的響應(yīng)方案。要求或者等待準(zhǔn)確性高的觀測(cè)結(jié)果或者損失估計(jì)會(huì)延誤響應(yīng)時(shí)間并增加損失。

4 進(jìn)行中的PAGER開發(fā)項(xiàng)目

USGS正在改進(jìn)PAGER系統(tǒng)，使其包含更復(fù)雜的損失估計(jì)方法，以便考慮更詳細(xì)的代表國(guó)家下屬區(qū)域變化的建筑物目錄和更全面的人口特征（包括一日內(nèi)不同時(shí)刻的人口流動(dòng)情況），還要包含計(jì)算建筑物破壞的更好的工具。這些數(shù)據(jù)集的獲取是很難的、耗時(shí)的，而且在全球的許多地區(qū)是得不到的。特別地，更詳細(xì)的國(guó)家級(jí)建筑物清單是描述導(dǎo)致區(qū)域傷亡的主要易損性結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

了解主要破壞的“肇事者”對(duì)于地震響應(yīng)、公眾安全、恢復(fù)重建和長(zhǎng)期減災(zāi)是至關(guān)重要的。在PAGER項(xiàng)目資助下的相關(guān)USGS開發(fā)項(xiàng)目包括：快速確定斷層幾何形狀、大小和破裂特征；細(xì)化的全球地震土壤放大量分布的估計(jì)；地震動(dòng)圖的改進(jìn)；地面運(yùn)動(dòng)和損失不確定性分析；繪制地震誘發(fā)滑坡和沙土液化概率圖。

（本文原圖均為彩圖）

資料來(lái)源：http：∥earthquake.usgs.gov／research／pager／

原題：PAGER—Rapid Assessment of an Earthquake′s Impact（USGS Factsheet 2010-3036）

（中國(guó)地震局地球物理研究所 孫振凱 譯；中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心 趙仲和 校）

（譯者電子信箱，孫振凱：sunzk1964＠163.com）

P315.9；

D；

10.3969／j.issn.0235-4975.2013.01.002

2012-12-19。