福州盆地强地面运动特征的有限元数值模拟

区域性地震波强地面运动的量化数值模拟分析结果可以用来指导城市规划建设,并在防震减灾中发挥重要作用. 本文采用有限元数值模拟方法来模拟由地震激发的区域地震波强地面运动过程,并得到地表峰值速度和加速度的分布特征.考虑到福州是东南沿海的重要省会城市,其明显的盆地结构特征使它很容易遭受强地震灾害的影响. 因此本文以福州盆地为主要研究对象,假定盆地的主要断层某一位置在未来可能发生灾害性地震,则该地震会激发地震波的强地面运动,并由于地形、沉积层等主要影响,在盆地内部发生放大.通过对地震波传播过程的数值模拟和后处理分析,给出了该盆地的地表峰值位移、峰值速度和峰值加速度分布图谱.该图谱可为未来的福州城市规划和抗震减灾提供定量科学参考依据.     

邢台地区设定地震事件烈度影响

通过邢台地区历史地震烈度资料分析,得到该地区烈度—频率灾害曲线及地震风险。以地震地质资料理论为基础,结合河北省城市活断层探测成果、地壳结构等资料,确定2个设定地震事件。采用复合震源模型,模拟合成强地面运动,并基于强地面运动模拟结果,分析邢台地区地震影响烈度,为今后该地区建筑物抗震设防、避难场所选址、震后救援以及地震保险风险评估提供参考依据。     

基于改进的随机有限断层模型进行区域烈度速报

一次地震发生之后,地震烈度的迅速圈定对于总体灾情评估、地震应急响应和救灾物资调拨分配等均有重要意义.近年来随着地震科学的发展,强地面运动数值模拟已经成为定量化估计强地面运动的重要手段.在众多震源数值模型中,随机有限断层模型以其时效性和精确性成为烈度速报的首选模型.在本研究中,我们对原有的随机有限断层模型进行改进,实现了峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)和峰值位移(PGD)的区域网格化计算,并且加入了浅层速度结构V30对模型模拟结果的影响.在2004 Parkfield Mw 6.0地震、2008年汶川Mw7.9地震以及1976年唐山Mw 7.6地震的实例应用中,数值模拟得到的烈度分布与野外调查烈度在整体分布特征、极震区烈度分布等方面均符合较好,该数值模型单个网格点的计算时间在0.3～0.5 s左右,并且随着并行计算技术的引入计算耗时会进一步缩短.随机有限断层模型有效弥补了其他震源数值模型的不足之处,最大限度做到了快速且准确,可以作为烈度速报的一种数值模拟手段.     

基于NNSIM随机有限断层法的7.0级九寨沟地震强地面运动场重建

北京时间2017年8月8日21时19分在四川阿坝州九寨沟县（北纬33.2°、东经103.8°）发生了7.0级地震,作者利用新提出的震源破裂过程控制的NNSIM随机有限断层方法,对震中约100 km范围内强地面运动进行了情景构建,并与研究区范围内的8个强震测震台观测记录进行了加速度、速度、反应谱对比,对比的一致性说明模拟过程中所应用的各种震源参数适合九寨沟7.0地震的近震源强地面运动重建.论文的后半部分基于相同参数模拟了九寨沟7.0级地震的近震源强地面运动场的空间分布,结果显示此次地震强地面运动的PGA、PGV以及反应谱分布均呈现出以震中为圆心的圆形分布,不具有大地震沿断层走向的分布特点.论文最后关于反应谱的讨论,揭示了此次九寨沟县城灾害不重的直接原因.     

相似矩震级下地震近断层强地面运动的差异性比较

2010年1月12日海地(Haiti)地区发生Mw 7.0地震,最终造成约31万人遇难,同年4月4日墨西哥南加州Baja地区发生Mw 7.2地震,2人遇难.Haiti地震的矩震级与Baja地震的矩震级相当,人员伤亡却远大于后者,其原因只是Haiti地区经济不发达,建筑物抗震设防标准低、抗震性能差吗?地震造成建筑物倒塌及人员伤亡程度并非仅仅取决于建筑物的抗震程度,一方面与其释放的地震波辐射能相关,另一方面则主要与发震后造成的强地面运动的大小有关.目前尚无两个地震完整的强震观测记录,尤其是Haiti地震,针对二者构建几何尺度相同的动态复合震源模型(DCSM),选取两个地震中分别主要人员伤亡的城市太子港及Mexicalia城作为强地面运动模拟的特征城市,对比其近断层强地面运动的差异.模拟结果表明,Haiti地震近断层区域强地面运动显著高于Baja地震的强地面运动,两个地震模拟的烈度特征分布图也显示出了明显的强地面运动的差异性.因此,Haiti地震造成发震区域内建筑物损毁程度及人员伤亡情况均严重于Baja地震,重要原因之一在于Haiti地震地震波辐射能大且造成的强地面运动强.     

2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震随机有限断层三维地震动模拟

2021年5月21日云南省大理州漾濞县发生MS6.4 地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为预测此次地震的地震动影响场,利用震源运动学破裂随机模型,基于随机有限断层三维地震动模拟方法,给出了此次地震中 28个触发强震动台站的三分量加速度时程模拟记录,并结合强震动观测记录,估计了此次地震的地震应力降及震源破裂过程,进一步模拟给出了此次地震中 2823 个虚拟观测点的三分量加速度时程.结果表明,模拟记录的峰值地面加速度(PGA)、峰值地面速度(PGV)与观测值接近,并体现了地震动峰值的衰减规律、近场饱和效应和破裂方向性效应;模拟与观测记录的 5%阻尼比拟加速度反应谱(PSA)的幅值接近、谱形相似,在0.05～10 s周期段,模拟记录可以很好地预测地震动.基于三分量模拟记录给出了漾濞MS 6.4 地震的仪器测定地震烈度图,与云南省地震局发布的烈度图接近,极震区烈度最高可达Ⅷ度,震源破裂方向性导致震中 SE方向的烈度普遍高于 NW方向,受局部场地条件影响沿洱海西侧出现高烈度异常区.     

震源参数对强地面震动模拟结果的影响

基于运动学震源模型,进行了不同震源参数情形下强地面震动数值模拟.结果表明,不同的破裂过程会产生差别甚大的强地面运动分布,一次确定性震源参数的模拟结果不能作为活动断层地震危害性评价的指标,只有通过大量三维地震动场模拟计算,给出地面震动评估的统计结果,才是比较合理的发展方向.由于一次三维地震动场计算耗时很大,因此解决问题的关键是如何考虑合理的震源参数.     

基于有限断层模型的芦山“4·20”7.0级强烈地震强地面运动特征

基于芦山地震的震源破裂过程反演结果,利用有限断层模型,以芦山地区三维地壳速率结构模型为基础,对芦山“4·20”7.0级强烈地震引起的强地面运动进行了模拟.对这次地震中由典型盲断层引起的强地面运动数值模拟结果反映了与实际震害相近的分布特征:断层上盘的宝盛、龙门及芦山以北位于极震区,也是强地面运动的高强度集中区,特别是垂向分量的速度、加速度峰值均在该地区达到了最大值,最能反映地表震害特征的竖向地震加速度在龙门一带达到了350gal,与极震区Ⅸ度的烈度相当,而在芦山以北龙门一带,瞬时竖向位移峰值高达110cm,这些特征与实际震害分布是非常相近的.综合分析认为,这次地震强地面运动表现出了明显的逆冲断层引起的强地面运动的分布特征,同时在强地震动传播过程中,由于高陡峭地形地貌特征及四川盆地内山间盆地的影响,地形地貌和盆地效应对地震波的反射和放大作用明显加强,也是该地区地震破坏强度增大的重要因素.     

用活火山喷发前震相资料模拟强地面运动及其对工程结构的影响

世界上有些火山地震位于人口密集区，因此与喷发前地震活动有关的地震危险性及其对工程结构的潜在破坏应该是危险性评估及管理的一部分。维苏威火山（意大利南部）就是如此，在那里数十万人面临火山及相关的地震危险的威胁。通过对维苏威火山地震活动相应的震级、震中及震源机制进行地震波形的大量模拟，本文研究了喷发前地震活动的影响。进行地震合成处理，以求得强地面运动特征参数，这有利于估计建筑物多的地区由期望的最大单个地震事件和大量小地震的累积效应所造成的地震破坏。选择一组所记录的地震比较合成的和观测的强地面运动参数，以证实模拟方法是否可靠。由于在维苏威地区下面的浅深度存在明显的速度不连续性，不同距离的峰值地面加速度（PGA）似乎受地震深度的影响。另一方面，滞后能量谱与结构物的塑性变化有关，它明显取决于古登堡-里克特定律（G-R）的b参数。1997年在意大利翁布里亚-马尔凯发生的地震（M5．8），虽然并未记录到很大的峰值地面加速度值，但却造成了建筑物和基础设施的严重破坏，通过在合理的期望范围内改变G—R定律参数，我们注意到累积滞后能量与在翁布里亚-马尔凯震源附近的观测值是相当的。     

用经验格林函数法模拟2008年日本岩手-宫城地震的强地面运动l

运用经验格林函数方法,对2008年6月13日日本岩手——宫城（MW 6.9）地震进行了近场强地面运动的模拟研究.首先,利用震源谱拟合方法和遗传优化算法计算了经验格林函数法所需的参数,进而估算求得了此次地震主断层面上强震生成区的面积和上升时间.基于所获得的震源模型,计算了近震源区域的强地面运动时程,并同实际观测记录在时域和频域作了分析比较.结果显示,多数台站合成谱与观测谱符合得很好,部分台站两者在低频上有一定的偏差.通过遗传算法搜寻,所得强震生成区的面积与经验关系预测的一致,而上升时间则比经验关系预测的要小.      

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Information for authors

正SCIENCE CHINA Earth Sciences,an academic journal cosponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China,and published by Science China Press and Springer,is committed to publishing high-quality,original results in both basic and applied research.     

INTERNATIONAL RESEARCH AND TRAINING CENTER ON EROSION AND SEDIMENTATION(IRTCES)

正Director:Shangfu Kuang,China Vice-directors:Chunhong Hu,China Duihu Ning,China Guangquan Liu,China The International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation(IRTCES)was jointly set up by the Government of China and UNESCO on July 21,1984.It aims at the promotion of international exchange of knowledge and cooperation in the studies of erosion and     

Calendar of events

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Dynamic process-response model of river channel development

Feedback mechanisms, which operate upstream through drawdown and backwater effects and downstream through sediment discharge are responsible for channel evolution. By combining these mechanisms with channel processes it euables a dynamic process-response model to be developed to simulate the initial evolution of straight gravel-bed channels. When erosion commences on a land surface, sediment entrained in the headwater reach by hydraulic action is selectively transported, deposited and reworked. This produces a damped oscillation between degradation and aggradation as the channel and valley respond to spatial and temporal variations in sediment calibre and hydraulic conditions. The initial cut and fill phases are responsible for valley incision and floodplain development while secondary and subsequent activity can produce river terraces. Eventually sediment entrainment in the headwaters declines as slopes are reduced. Subsequent channel evolution is relatively insignificant because it is dependent on local weathering activity producing material that can be transported on declining slopes. Therefore landforms produced during the initial phase of development, when local weathering was non-limiting, dominate the landscape.