PAGER
——地震影響的快速評估（USGS情況說明書第2010-3036號）＊

PAGER
——地震影響的快速評估（USGS情況說明書第2010-3036號）＊

引言

PAGER（為了應急響應的全球地震快速評估）是一個產出關于全世界重要地震之影響的自動化系統，它向應急響應人員、政府和救助機構以及新聞媒體提供潛在災害的范圍。PAGER通過把處于每一地震烈度水平的人口與基于全世界每個國家或地區歷史地震中的經濟和人員損失模型進行比較來快速評估地震影響。地震預警——原來只是基于震級和震中、或者遭受地震的人口來發布——現在也基于估計的人員傷亡和經濟損失來發布。

位于科羅拉多州戈爾登的美國地質調查局的國家地震信息中心（NEIC）每年報告超過30 000次地震。其中約25次慘痛事件產生重大破壞、致傷和死亡。美國地質調查局（USGS）通常早在獲得現場報告之前就能很好地探測地震。它必須快速決定對于一個潛在破壞性事件是否應當向聯邦和國際機構進行預警。過去，USGS主要依靠值班地震學家的經驗和直覺來估計一次地震的影響。為改善評價的準確度，USGS開發了PAGER，它是一個自動系統，用于快速估計地震動分布、嚴重地震動地區的人口和財產數量以及可能的傷亡和經濟損失范圍。估計的損失觸發用適當顏色標記的警報，警報水平決定建議的響應級別：無必要響應（綠色）、地方／地區響應（黃色）、國家響應（橙色）或國際響應（紅色）。

除了直接的警報通知外，PAGER還提供重要的補充信息，包括該地區易損建筑物主要類型描述的說明、歷史上附近地區財產損失和任何人員死亡的報告、一份有關次生災害（如地震引起的滑坡、海嘯和沙土液化等）區域特征信息的總結。

通常在重大地震發生之后30分鐘內就可以得到PAGER的結果，稍遲于地震震中和震級的確定。然而，在地震之后數分鐘或數小時之內，關于地震動范圍的信息是不確定的，一般在獲得額外的傳感器數據和報告的烈度，并和震源模型結合后得到改善。PAGER公布的估計結果的使用者應當考慮其不確定性，并尋求PAGER公布的該次地震的最新結果（見放棄聲明）。

該信息可以從本網站（指USGS網站，譯者注）得到，以及與附隨的描述在一起的一個可印刷的、1頁的報告（例如，這份關于智利破壞性地震的報告）（圖1）。作為這樣一個系統的基礎，USGS管理著一個地震響應必須和可靠的計算與通信平臺。

1 PAGER的產出過程

PAGER系統的核心是USGS已經開展了幾十年的及時而準確的地震位置和震級的確定。PAGER通過為地震動圖（ShakeMap）開發的方法和軟件，用這些地震參數來計算對地面震動的估計。然后，通過把預測的地震動圖與橡樹嶺國家實驗室的國土掃描全球人口數據庫相結合，來計算處于不同地震動水平的人口數量。最后，在不同國家損失模型（基于全球建設情況和建筑物易損性）的基礎上，PAGER進行潛在人員傷亡和經濟損失范圍的估計。另外，如果可能的話，PAGER系統估計地震誘發滑坡的潛在風險，以及鄰近地區歷史地震的經濟損失和人員傷亡報告，以便進行比較。

PAGER使用災區人口和當地基礎設施易損性的估計確定災害的規模，并向應急響應人員、政府機構和媒體發布警報。PAGER是一個交互式的系統。當得到后續數據后，產生更準確的地面震動圖，給出修正后的災區人口估計，如果必要，則發布新的警報。

圖1 2010年2月27日智利康塞普西翁8.8級地震市中心區結構破壞圖片。對這種地震，PAGER向應急救災組織提供幫助他們確定最需要注意地區的信息。USGS Walter Mooney攝影

2 PAGER數據處理的步驟

（1）當一個地震的震級和震源位置被確定之后，“全球地震動圖”系統獲取所有強地面運動數據并通過USGS“你感覺到了嗎？”在線系統獲取震中地區人員報告的地震烈度（圖2a）。彩色圓圈代表一個城市報告的地震烈度，圓圈的大小與人口成正比。

（2）地震動圖系統在地形斜率的基礎上產生一個反映土壤／巖石場地特性的地面運動放大圖（圖2b）。該圖考慮了松軟土壤場地有比巖石場地遭受更強地面運動放大的趨勢。

（3）當條件許可時，加入斷層幾何形狀和尺寸（黑色矩形）的信息（圖2c）。然后震動圖系統利用報告的地震烈度、與場地有關的地面運動放大圖和反映地面震動強度隨震級、到斷層距離和震源深度而變化的地震波衰減方程，產生出區域地面震動估計（黃色等值線）。

（4）然后，震動圖系統把估計的地面運動轉換成地震烈度圖（圖2d）。

（5）然后計算出每一烈度水平受影響的人口，再結合地震烈度圖和國土掃描人口數據庫，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上，PAGER系統依據由歷史地震經濟損失和人員傷亡數據開發的不同國別的模型估計與震動相關的損失。

（7）依據人員傷亡和經濟損失的范圍確定警報的級別，由兩者中較高的一個確定總的警報級別。由警報級別來決定將要主動通知哪些用戶，同時，作為地震總結信息的一部分，所有PAGER內容被自動發布到USGS地震災害項目網站的網頁上，以供及時使用。

圖2 PAGER數據處理的步驟

3 PAGER地震影響標度

PAGER使用了一個新的地震影響標度（EIS），它基于兩個互相補充的判據。第一個判據是估計的災害損失，該判據最適用于國內事件和那些采取了抗震措施的地區。第二個判據代表人員傷亡范圍，通常更適用于全球性事件，特別是那些建筑物和基礎設施易受破壞的國家。

在一次地震事件之后，由歷史地震影響和相關的反應級別導出的簡單閾值對通報預測的影響和所需要的響應是相當有效的，這種簡單閾值用標記為綠色（很少或無影響）、黃色（區域影響和反應）、橙色（國家級影響和反應）和紅色（國際響應）的警報來表征。

黃色、橙色和紅色警報相應的人員傷亡閾值分別是1、100和1 000人。對于損失影響，黃色、橙色和紅色警報的觸發閾值是估計的損失分別達到1百萬美元、1億美元和10億美元（見表1）。

表1 4種警報的閾值

地震警報的這一雙重判據來源于如下認識，即在那些當地建筑施工常使其陷于高毀壞率和傷亡率的國家有相對較高的死亡率、受傷率和無家可歸人員，正是這種影響決定著國際上的優先反應。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致的人員死亡的地區或國家，通常是財政和總的社會影響觸發反應的級別。

由于在地面真實觀測或者新聞報道之前就可以得到PAGER的計算，PAGER的信息可以作為國內以及國際地震災害主要的警報工具。作為PAGER匯總產出的一個例子，2010年2月27日造成486人死亡的智利8.8級地震的“一個PAGER”顯示基于估計的經濟損失，該次地震觸發紅色警報級別，而基于估計的死亡人數則為橙色警報級別。

盡管PAGER使用簡單而直觀的顏色標記警報判據，但它保持必要的不確定性測度，這樣人們就可以判斷警報被高估或者低估的“可能性”。例如，若綠色或黃色警報的“可能性”相差不大，則區分兩者的損失模型少有區別，使用者應當注意到警報級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級別的可信度。

使用地震影響標度，PAGER的快速損失估計盡管存在不確定性，但它能用于適當地推薦警報級別并建議適用的響應方案。要求或者等待準確性高的觀測結果或者損失估計會延誤響應時間并增加損失。

4 進行中的PAGER開發項目

USGS正在改進PAGER系統，使其包含更復雜的損失估計方法，以便考慮更詳細的代表國家下屬區域變化的建筑物目錄和更全面的人口特征（包括一日內不同時刻的人口流動情況），還要包含計算建筑物破壞的更好的工具。這些數據集的獲取是很難的、耗時的，而且在全球的許多地區是得不到的。特別地，更詳細的國家級建筑物清單是描述導致區域傷亡的主要易損性結構的關鍵。

了解主要破壞的“肇事者”對于地震響應、公眾安全、恢復重建和長期減災是至關重要的。在PAGER項目資助下的相關USGS開發項目包括：快速確定斷層幾何形狀、大小和破裂特征；細化的全球地震土壤放大量分布的估計；地震動圖的改進；地面運動和損失不確定性分析；繪制地震誘發滑坡和沙土液化概率圖。

（本文原圖均為彩圖）

資料來源：http：∥earthquake.usgs.gov／research／pager／

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

（中國地震局地球物理研究所 孫振凱 譯；中國地震臺網中心 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。