USGS指出俯冲带灾害研究现状与目标存在重大差距

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	USGS指出俯冲带灾害研究现状与目标存在重大差距
	赵纪东
	2017-09-01
所属快报	地球科学快报
出版年	2017
期	17
语种	中文
领域	地球科学
栏目	地质科学
中文关键词	俯冲带 ; 灾害研究 ; 重大差距
中文摘要	通过聚集大量机械能，并将其在狭窄的海岸地带释放，俯冲带产生了地球上最大的地质灾害，如1960年的智利地震、2004年的苏门答腊地震、2011年的东日本大地震。2017年6月，美国地质调查局（USGS）发布《减少构造板块碰撞处的风险——一项推进俯冲带科学的计划》（Reducing Risk Where Tectonic Plates Collide—A Plan to Advance Subduction Zone Science）。在此，我们对该计划所指出的俯冲带灾害研究现状与理想目标之间的差距做一重点介绍，因为弥补和减小这些差距将是未来数年内USGS相关科学研究的重点所在；同时，亦对计划将实施的科学行动和产品服务做一梳理，以供参考。
情报分析_信息来源性质	政府机构
情报分析_信息来源机构	美国地质调查局（USGS）
情报分析_机构类别	政府机构
情报分析_信息来源国家	美国
情报分析_信息类别	会讯
情报分析_研究主题	因为弥补和减小这些差距将是未来数年内USGS相关科学研究的重点所在
情报分析_研究内容	1 计划背景当两个构造板块发生碰撞时，板块的逆冲运动将不可避免地导致全球最大地震、强破坏力海啸、爆发性火山喷发以及大规模滑坡事件的发生。以往的历史记录表明，这些灾害事件相继接连发生，具有链式效应。对于美国而言，阿拉斯加、华盛顿、俄勒冈、加利福尼亚等地区的俯冲带同样面临着类似的灾害风险，俯冲带灾害使这些地区的生命、经济活力、文化和自然资源等面临着重大威胁。为了使面临俯冲带灾害的社区更具弹性，同时得益于相关技术的进步，USGS提出了相应的俯冲带科学研究计划。在利用长期监测数据进行分析研究以发展有效工具进行减灾的传统方式基础上，USGS将大幅改进其科学研究和产品服务。该计划不仅为USGS未来科研活动的优先方向提供了蓝图，同时也为USGS参与其他伙伴支持的俯冲带科学研究提供了指南。更为重要的是，该计划将有望解决相关方（土地利用规划、应急管理、政策制定、建筑工程等）的一系列关键需求：（1）可提供高保真、满足用户定制化信息需求的工具，进而促进有针对性的、社区规模的决策。（2）指导当地土地利用、应急响应规划和撤离路线制订所需的信息。（3）评估链式灾害可能性及其风险的新工具。（4）针对永久性的、广泛的陆面和海平面变化（可能发生在俯冲带大地震之后）的地理空间模型。（5）更准确地预测长期潜在危险，以避免灾难，以及对空运和海运的不必要的干扰。（6）提供有关余震信息，以指导大地震后何时何地进入灾区开展恢复行动，或重建基础设施及其他建筑。 2 认识俯冲带灾害的现有差距：俯冲带过程观测与模拟（1）通过陆地证据研究过去灾害事件特征以帮助预测未来情况在灾害和风险评估及预测中有一条指导性原则——过去是未来的可靠指南，因此，构建过去断层滑动、火山喷发、海啸、滑坡等事件的年代表就成为一个巨大挑战，这主要是因为地质证据可追溯的线索仅有数百年，远小于大型俯冲带地震或一些火山的复发周期。（2）利用海洋证据细化俯冲带地震年代表评估大型俯冲带地震的复发速率会产生不同结果，这主要取决于这些研究依赖于陆上证据还是海洋证据，有时这会使地面震动的评估结果产生40%的偏差。（3）认识火山喷发周期火山有不同的喷发形式和周期，这给其未来活动情况的预测和评估带来了重大挑战。迄今为止所研究过的火山都有一定的爆发期，尽管其活跃期和平静期的时间间隔各有不同。而大多数俯冲带火山往往是不定期喷发，没有类似规律性，因此需要获取全喷发周期的数据来进行解释和分析。（4）预测破坏性地震引发的滑坡对地震所诱发滑坡灾害的评估通常依赖于高度简化的模型和不完全的数据输入，并且通常情况下不会对可能被泥石所覆盖区域进行评估。多数情况下，预测发生滑坡的地区会被高估，而滑坡却真正的发生在预测稳定的区域。（5）通过海底观测预测大型俯冲带地震和海啸由于缺乏足够的海底传感器，所以限制了人类预测俯冲带地震发生地点、震动程度以及其引发海啸的能力。俯冲带地震的破坏潜力主要取决于地震发生的深度、板块交界面的几何形状，以及板块交界面闭锁区相对于人群和关键设施的位置。（6）确定水在俯冲带过程中的作用水在断层的滑动中具有重要作用，但是目前对此知之甚少。水不仅可以帮助确定断层最终滑动的位置，还可以帮助确定哪些地方的断层滑动不会释放出破坏性的地震波。此外，水还促进着俯冲带火山下方的岩浆形成，并控制着火山的喷发类型和能量大小。（7）解决与沉积物运输有关的多学科问题产生于俯冲带水域的沉积物在认识俯冲带的地质过程中具有重要作用，但是对那些影响沉积物运输过程或者被这些过程影响的多个自然系统之间的相互作用仍然所知甚少。 3 认识俯冲带灾害的现有差距：自然灾害和风险的量化分析（1）向社区传达灾害和风险信息长久以来，一直缺乏如何向处于不同风险状况的社区传达具体灾害信息的知识。USGS对风险群体的一项研究表明，很少有人知道历史、文化和经济因素如何影响群体利用USGS所提供工具来预防、应对和从灾害事件中恢复的能力或意愿。（2）区分俯冲带过程与气候变化的原因和影响俯冲带科学依赖于对气候变化的认识，因为发生在俯冲带的短期事件可能影响更长时间的气候变化或者被其影响。这些相互作用很少被量化，仅有一些被做了定性的分析。这些相互作用不仅需要通过灾害评估科学来认识，还需要评估来自俯冲带和气候变化过程的暴露性、脆弱性和风险。（3）评估能源和矿产资源目前，稳定地质过程和俯冲带破坏性事件的经济后果才刚刚开始被量化。前者形成了地热资源和矿产资源，而后者却可能扰乱其形成。丰富的火山活动使得地热能成为全球俯冲带的一种关键资源，全球绝大多数的铜矿源于俯冲带火山下方的花岗岩侵入，其他一些资源，如金、银、钨、锡矿则可能作为俯冲环境下的矿床形成。（4）评估海底滑坡的可能性目前，评估海底滑坡可能性的能力几乎完全缺失，即使这些滑坡可能在当地产生危险的海啸，并且还可能破坏海上基础设施。对于陆上滑坡所取得的一些研究成果，比如边坡稳定性模型，是否适用于海底滑坡仍然未知。同时，现有的测深数据缺乏足够的分辨率，而海底滑坡的取样也很少。（5）分析当地的危险海啸海啸灾害的概率评估通常只考虑发生在板块边界的地震，往往会忽视引发海啸的滑坡、火山活动，以及那些发生在板内断层（尤其是靠近海岸的断层）的浅部地震。关于海底火山活动、近海滑坡和板内浅层地震的频率，以及这些事件如何驱动海水形成海啸波，相关知识都十分缺乏。（6）预测建筑环境对强烈震动的响应俯冲带8级以上地震的持续时间和震荡周期远大于其他类型的地震，往往会对高层建筑和大型建筑造成特殊破坏，但是在绝大多数地震风险评估和建筑设计标准中并没有考虑这些因素。 4 认识俯冲带灾害的现有差距：预报和态势感知（1）针对链式灾害的工具在真实世界中，一个灾害事件往往会引发另外一个，但是目前的灾害预测仅考虑一个地质事件。因此，提升模拟包括多个相互关联事件的能力将能够改善俯冲带大型灾害事件的综合影响评估。（2）预测沿海地区的陆面变化一场大地震可能会使数百公里的海岸线发生下沉，随之而来的洪水所造成的影响将相当于数百年时间的海平面上升，与此同时，陆面的变化可能在数秒内很快发生，也可能在几个月时间里缓慢发生。现有的物理模型可能适用于陆面变化的评估，但是没有预测这些变化以及指导未来恢复行动的模型。（3）评估俯冲带事件对生态系统的影响俯冲带生态系统在时间和空间上有很大的差异，这主要归因于俯冲带环境的逐渐变化，同时发生在俯冲带的地震、海啸等事件对此也有一定影响。到目前为止，还没有开展过俯冲带事件对生态系统影响的量化分析。（4）提升地震和海啸预警的可靠性地震和海啸预警系统都依赖地震监测设备获得的数据，但强烈地面震动超过其记录阈值时，这些设备将难以正常工作（设备饱和），进而使得灾害事件的大小难以估计。美国国家海洋与大气管理局（NOAA）的海啸预警还会使用海啸事件深海评估及报告系统（Deep-Ocean Assessment and Reporting of Tsunamis，DART）的数据，尽管DART的数据不存在饱和问题，但是其传播和处理却需要更长的时间。（5）提供可靠且高保真的火山预警对火山活动的实际预警依赖于对地质过程的监测和解释，这些地质过程只能在火山附近或在火山上被测量，但许多火山很少或几乎没有部署监测设备。（6）更准确地预测火山灰云的轨迹火山灰云体积、组成和轨迹预测的不确定性会导致重大的经济损失。例如，尽管对火山灰云体积的预测已经取得了很大进展，但是2010年冰岛火山爆发造成了欧洲航线全面瘫痪和长时间关闭。（7）提供具有空间差异且面向区域的余震预报目前的余震预报依赖于对俯冲带过去地震序列的统计分析，但是这些序列已经表现出了地质环境所导致的巨大差异。目前，余震预报通过持续序列中的余震频率进行更新，但不提供任何关于余震可能发生地点的信息。对于大型俯冲地震来说，这种缺乏空间信息的情况尤为突出，因为断层可能会跨越数百英里。 5 建设更具弹性的未来：行动与产品基于上述对知识、能力和科学研究方面的差距分析，USGS将整体性地采取一系列行动来减少差距，实现这些科学和技术目标，同时也将形成一些创新性的产品，其将对满足前述利益相关者的关键需求提供重要帮助。表1 未来行动与产品产品概况主要科学投入应用高分辨率灾害图地震震动、海啸泛滥、滑坡、潜在火山喷发和火山泥流及其影响的社区尺度评估陆地和海洋的高分辨率地形图；地球结构的三维模型；断层、不稳定边坡和活火山的特征分析建筑设计规范、优先改造领域、城市规划和疏散路径模拟对假定的俯冲带事件及其影响进行科学模拟通过地质调查和实验室研究建立俯冲带过去事件的年表改善减灾战略预警系统对强震、火山喷发、海啸和滑坡的警报陆地和海洋中的多学科监测系统快速执行生命和财产保护措施新型预报改进对余震、滑坡、火山碎屑流和火山灰云的预测可快速获取的卫星和地面测量结果快速、安全和更具成本效益的灾害响应和恢复行动俯冲带链式事件的创新型评估滑坡诱发海啸、地震引发沿海地区陆面变化、洪水及侵蚀的可能情景模拟关联事件的计算机模型快速、有效地减灾、响应和恢复
原文题名	Reducing risk where tectonic plates collide—U.S. Geological Surveysubduction zone science plan
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文献类型	快报文章
条目标识符	http://119.78.100.173/C666/handle/2XK7JSWQ/180726
专题	地球科学
推荐引用方式 GB/T 7714	赵纪东. USGS指出俯冲带灾害研究现状与目标存在重大差距. 2017.