我們知道，震后快速,、準(zhǔn)確的震害評(píng)估對(duì)于地震應(yīng)急響應(yīng)具有重要的指導(dǎo)作用,。地震發(fā)生后,，強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)能夠在第一時(shí)間將記錄到的地震動(dòng)提供給近實(shí)時(shí)震害評(píng)估系統(tǒng)，從而估算出地震可能造成的破壞,。例如,，我們課題組開(kāi)發(fā)的RED-ACT系統(tǒng)就使用了中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、日本K-NET,、美國(guó)CESMD等提供的地震動(dòng)（相關(guān)閱讀：唐山,、宜賓都是10km深的5.1級(jí)地震，破壞程度怎么差別這么大,？）,。

       顯然，強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的密度越高,，收集到的地震動(dòng)場(chǎng)越準(zhǔn)確,，震害評(píng)估越合理。但是,，強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的成本十分高昂,，不可能也沒(méi)必要無(wú)限加密下去。那么我們想了解,，什么密度的強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)就能夠滿足震害評(píng)估的要求了呢,？

       為了搞清楚這個(gè)問(wèn)題，我們提出了一套有效的方法,，并以伊斯坦布爾城區(qū)為例進(jìn)行了案例分析,。

       當(dāng)年唐僧找了三個(gè)人，才去西天取回了真經(jīng)?，F(xiàn)在我們要想研究強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)密度對(duì)震害評(píng)估的影響,，也需要三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)一：基于情境的地震模擬技術(shù)

       相比強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)記錄下來(lái)的真實(shí)地震動(dòng)場(chǎng),，模擬地震動(dòng)場(chǎng)中任意位置的地震動(dòng)都可以獲取,，便于開(kāi)展研究。因此,，我們模擬了給定地震情境下目標(biāo)區(qū)域的完整地震動(dòng)場(chǎng),，將其作為后續(xù)分析中的地震動(dòng)真值。為了更好地考慮震源,、傳播路徑,、場(chǎng)地效應(yīng)等的影響，我們的合作者根據(jù)伊斯坦布爾的地質(zhì)探勘數(shù)據(jù)建立了精細(xì)的場(chǎng)地模型,，采用了基于物理的地震模擬方法,，在超級(jí)計(jì)算機(jī)中完整地模擬了地震波從斷層到地表的全過(guò)程(Zhang et al., 2021)。該方法的模擬精度很高,，最高地震動(dòng)頻率達(dá)到了11.2 Hz,。雖然計(jì)算成本十分高昂,，但是我們的合作者有鈔能力呀（手動(dòng)狗頭）。

關(guān)鍵技術(shù)二：地震動(dòng)插值技術(shù)

       目前,，強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的分布一般是較為稀疏的,。我們?cè)谟邢薜呐_(tái)站記錄的基礎(chǔ)上采用了我們提出的地震動(dòng)插值技術(shù)，從而構(gòu)建出一個(gè)加密的地震動(dòng)場(chǎng),。相比傳統(tǒng)的最近點(diǎn)輸入的方法,，地震動(dòng)插值技術(shù)能夠有效提高震害評(píng)估的準(zhǔn)確度(Lu et al., 2021，詳見(jiàn)：新論文：基于實(shí)測(cè)地震記錄的區(qū)域地震動(dòng)場(chǎng)模擬方法),。

       我們對(duì)比了兩種方法，發(fā)現(xiàn)對(duì)于地面峰值加速度（PGA）和地面峰值速度（PGV）這兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),，我們的插值法的效果都優(yōu)于ShakeMap,。原因在于，ShakeMap方法對(duì)地震影響的整片區(qū)域進(jìn)行全局預(yù)測(cè),，難免顧此失彼,；而插值法使用周邊幾個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)中間的地震動(dòng)，重點(diǎn)關(guān)注局部,，更適合我們的任務(wù),。因此，后面都采用插值法,。

關(guān)鍵技術(shù)三：基于實(shí)測(cè)地震動(dòng)的震害評(píng)估技術(shù)

       目前,，非線性時(shí)程分析已被廣泛應(yīng)用于區(qū)域震害評(píng)估，它在準(zhǔn)確性和結(jié)果可讀性方面具有突出優(yōu)勢(shì),。為了充分考慮強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)記錄的地震動(dòng)的完整特征,，我們采用非線性時(shí)程分析方法來(lái)進(jìn)行震害評(píng)估。由于缺少當(dāng)?shù)卦敿?xì)的建筑數(shù)據(jù),，我們基于簡(jiǎn)化的區(qū)域分析模型開(kāi)展了研究,，流程如下。當(dāng)然,，擁有詳細(xì)建筑數(shù)據(jù)的話,，配合SimCenter Workflow服用效果更佳(Lu et al., 2020,，詳見(jiàn)：新論文：城市抗震彈塑性分析的開(kāi)源框架，Earthquake Spectra, 2020),。

好了,，三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都收集齊了,，我們只需要

終于，我們可以出發(fā)去土耳其了（手動(dòng)滑稽）,。我們來(lái)到位于伊斯坦布爾的歐洲部分的Zeytinburnu區(qū)（沒(méi)錯(cuò),，伊斯坦布爾是一個(gè)橫跨歐亞兩洲的城市），獲得了當(dāng)?shù)氐慕ㄖ偷刭|(zhì)數(shù)據(jù),，如下圖所示,。

       首先，我們模擬了一個(gè)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高的6.4級(jí)地震情境,。

      接著,，我們假設(shè)了3個(gè)臺(tái)網(wǎng)密度情境，臺(tái)站間距分別是500 m,、1000 m和2000 m,。在沒(méi)有臺(tái)站的地方，我們采用地震動(dòng)插值技術(shù),，得到了插值地震動(dòng),。

       然后，我們針對(duì)不同的臺(tái)站密度開(kāi)展了基于非線性時(shí)程分析的區(qū)域震害評(píng)估,。顯然,，強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的密度越低，震害評(píng)估的結(jié)果與真值的差異越大,。

       隨著臺(tái)網(wǎng)密度的降低,，震損等級(jí)評(píng)估正確的建筑比例從97.2%下降到了82.8%。

我們把臺(tái)站數(shù)量（成本）和震害評(píng)估準(zhǔn)確率（效益）畫(huà)到一張圖里,，可以發(fā)現(xiàn)兩者是不成比例的,，存在生活中常見(jiàn)的邊際效益遞減的現(xiàn)象。因此,，我們選擇能夠滿足需求的最低臺(tái)站密度即可,。同時(shí)，我們可以假設(shè)城市發(fā)展過(guò)程中建筑比例的變化,，來(lái)分析震害評(píng)估準(zhǔn)確率的敏感性,。假如當(dāng)?shù)貙?duì)震害評(píng)估準(zhǔn)確度的需求為90%，那么在三種建筑比例下，我們都應(yīng)該選擇情境2（臺(tái)站間距1000 m）,。

      本研究提出了一套定量分析強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)密度對(duì)于震害評(píng)估影響的方法,，希望能夠?yàn)閺?qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)提供一些參考。本研究屬于初步探索,，尚有很多不足,，請(qǐng)各位讀者指正，我們后續(xù)也將開(kāi)展更深入的研究,。

     感謝加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的Prof. Ertugrul Taciroglu和他的學(xué)生Dr. Wenyang Zhang,、Dr. Peng-Yu Chen、Dr. Farid Ghahari,、Ms. Viviana Vela為本研究提供的指導(dǎo)和幫助,。感謝?zye?in University的Assoc. Prof. Asli Kurtulus為本研究提供的數(shù)據(jù)支持。

Lu, X.Z., F. McKenna, Q.L. Cheng, Z. Xu, X. Zeng, S.A. Mahin (2020). An open-source framework for regional earthquake loss estimation using the city-scale nonlinear time history analysis, Earthquake Spectra. 36, 806–831.

Lu, X.Z., Q.L. Cheng, Y. Tian, and Y.L. Huang (2021). Regional ground‐motion simulation using recorded ground motions, Bull. Seismol. Soc. Am. 111, 825–838.

Worden, C.B., E. M. Thompson, M. Hearne, and D.J. Wald (2020). ShakeMap Manual Online: Technical Manual, User’s Guide, and Software Guide, United States Geological Survey, Reston, VA.

Zhang, W., D. Restrepo, J.G.F. Crempien, B. Erkmen, R. Taborda, A. Kurtulus, E. Taciroglu (2021). A computational workflow for rupture-to-structural-response simulation and its application to Istanbul, Earthquake Eng. Struct. Dynam. 50, 177–196.

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