南加州地震中心宽带平台V14.3模拟方法验证*



南加州地震中心宽带平台V14.3模拟方法验证*

Douglas S Dreger1)，Thomas H Jordan2)

1) Berkeley Seismological Laboratory, University of California，

Berkeley，California 94720 USA

2) Southern California Earthquake Center, University of Southern

California，Los Angeles，California 90089 USA

本专题用8篇论文来描述地震地面运动宽带模拟方法的最近进展以及基于记录数据与经验模型的评价。 在工程地震学中，“宽带”就是指周期从小于0.1 s到大于10 s的地震记录。 科学研究和工程都对宽带模拟感兴趣, 因为它们在地震动预测中能提供完整的时间历程，尤其是对观测地震记录图采样不好的参数范围。

本专题由南加州地震中心(Southern California Earthquake Center，SCEC)负责，太平洋地震工程研究(Pacific Earthquake Engineering Research，PEER)中心协作，目的是验证宽带模拟方法在工程应用方面采取的重要措施。 该项目受到两个危险性模拟的驱动，即美国西南部(South Western United States ，SWUS)的地震动特征项目和太平洋地震工程研究中心的北美中东部下一代衰减(NGA-East)项目。 这两个项目都需要模拟来补充约束地震动预测方程(ground-motion prediction equations，GMPEs)并表征其认知的不确定性。

Goulet等[1]的第1篇论文描述了本研究的目标和计划。 验证分两部分进行： 即针对历史地震记录(A部分)和受观测数据良好约束的地面运动预测方程的烈度估计(B部分)。 验证指标完全基于RotD50烈度指标，定义5%阻尼比、 水平方向均匀分布的单自由度线性振子的伪谱加速度(pseudospectral acceleration，PSA)响应的中值。 因而，RotD50是振子周期的函数，振子周期变化范围是0.01～10 s，不依赖记录水平地面运动的传感器方向。

本项目只评价重现PSA均值模拟方法的能力，不考虑离差指标。 A部分比较了模拟的PSA均值和在加州、 日本与北美东部具有良好记录的12个地震的数据。 每个地震由200 km内40个台站经过场地校正的RotD50数据表达。 B部分比较了模拟的PSA值和中等距离(20 km和50 km)的中等震级(MW5.5～6.6)地震的GMPE的平均估值。 0.01～3 s周期的GMPE平均值由2008年NGA-West模型中的4个平均值计算获得。

本项目评价了4个在2014年3月版的南加州地震中心宽带平台(BBP V14.3)上实施的有限断层模拟方法。 Maechling等[2]描述了这个开源计算平台的体系结构、 工作流程与文件结构及其基本软件功能。 该平台的开发为使用包括震源表达和结构模型在内的通用输入参数集的宽带模拟方法之间的可重现性比较提供了可控的计算环境。 平台根据用户指定的工作流程安排计算顺序，以标准格式输出模拟结果----地震图、 PSA值和各种验证指标。 通过标准化组件之间数据交换的文本文件格式来确保异构组件代码之间的互用性。

数年的软件研发已经形成了现今成熟的计算平台，它是可靠的而且足以经得起面向工程的各种验证。 本专题描述的验证由南加州地震中心软件工程师在南加州大学高性能计算中心进行，而不是模型研发者在他们自己的机器上进行。

2013年6月对使用较早版本的南加州地震中心宽带平台(BBP V13.6)的美国西南部项目进行了初步验证。 验证与Goulet等[1]一样也包含两部分，但它使用了较大的模拟方法(5个模型)和较小的历史地震数据(7个事件)。 南加州地震中心召集的7名成员组成专家组讨论评价了该结果并且将讨论会的书面报告提供给模拟方法的作者[3]，且允许他们修改、重新提交程序代码并入宽带平台(BBP V14.3)。

本专题的论文总结了4种表现突出的BBP V14.3方法，包括对模型研发及最近修改模型的原始出版物的引用。 Atkinson和Assatourians[4]使用了跨越整个频段地震图的随机表达。 其他3种方法在低频部分(<1 Hz)使用了确定的格林函数。 Crempien和Archuleta[5]的方法在很大程度上是确定性的，它根据动态破裂模拟导出的运动学震源参数之间的相关函数生成高频(>1 Hz)运动。 Graves和Pitarka[6]与Olsen和Takedatsu[7]采用不同随机技术的混合方法模拟高频。 出于完整性考虑，这里也描述了参与BBP V13.6验证的第5种方法[8]，但它对V14.3的验证既没有修改也没有做重新评估。

Dreger等[9]给出了南加州地震中心专家组对BBP V14.3的评价结果。 专家组审查了每个研发者提供的文件，文件包括方法的技术信息、 他们方法适应性(如，震级和距离范围)的自我评价和对结果的评价。 第2次研讨会给专家组提供了一次向研发者提问题并讨论技术细节的机会。 评价标准包括指定的性能阈值、 偏差程度和已经出版的GMPE的比较。

根据既定标准，Dreger等[9]得出结论： 对加州和类似的活动构造区域，在地震验证的震级范围(MW5.4～7.2)内，4种BBP V14.3方法适用于0.01～3 s周期的中值PSA宽带模拟。 推荐应用于震源几何和破裂方向对地面运动影响的量化。 他们还得出结论： BBP V14.3验证太有限，以至于不能验证应用于像北美中东部这样稳定的大陆地区的方法，但这些模拟可以用于量化仅用观测数据难以得到的一些相对影响和标度关系。

文献来源： Douglas S Dreger，Thomas H Jordan. Introduction to the focus section on validation of the SCEC broadband platform V14.3. Seismol. Res. Lett.，2015，86(1): 15-16. doi:10.1785/0220140233

(甘肃省地震局杨国栋译)

(译者电子信箱，杨国栋： yanggd@gsdzj.gov.cn)

参 考 文 献

[1] Goulet C A，Abrahamson N A，Somerville P G，et al. The SCEC broadband platform validation exercise for pseudo-spectral acceleration: Methodology for code validation in the context of seismic hazard analyses. Seismol. Res. Lett.，2015，86(1)： 17-26. doi:10.1785/0220140104

[2] Maechling P J，Silva F，Callaghan S，et al. SCEC broadband platform: System architecture and softwar implementation. Seismol. Res. Lett.，2015，86(1)； 27-38. doi:10.17850220140125

[3] Dreger D C，Beroza G C，Day S M，et al. Evaluation of the SCEC broadband platform phase 1 ground motion simulation results. Southern California Earthquake Center Report. 2013: 33

[4] Atkinson G M，Assatourians K. Implementation and validation of EXSIM (a stochastic finite-fault ground-motion simulation algorithm) on the SCEC broadband platform. Seismol.Res. Lett.，2015，86(1)： 48-60. doi:10.1785/0220140097

[5] Crempien J G F，Archuleta R J. UCSB method for broadband ground motion from kinematic simulations of earthquakes. Seismol. Res. Lett., 2015，86(1)： 61-67. doi:10.1785/0220140103

[6] Graves R，Pitarka A. Refinements to the Graves and Pitark (2010) broadband ground motion simulation method. Seismol. Res.Lett.，2015，86(1): 75-80. doi:10.1785/0220140101

[7] Olsen K，Takedatsu R. The SDSU broadband ground motion generation module BBtoolbox Version 1.5. Seismol. Res.Lett.，2015，86(1)： 81-88. doi:10.1785/0220140102

[8] Anderson J G. The composite source model for broadband simulations of strong ground motions. Seismol. Res. Lett.，2015，86(1): 68-74. doi:10.1785/0220140098

[9] Dreger D C，Beroza G C，Day S M，et al. Validation of the SCEC broadband platform v14.3 simulation methods using pseudo spectral acceleration data. Seismol. Res. Lett.，2015，86(1)： 39-47. doi:10.17850220140118

中图分类号：P315.8；

文献标识码：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.02.010

* 收稿日期：2016-02-02； 采用日期： 2016-02-15。

SRL专题介绍(Ⅰ)

编者按： 2015年Seismological Research Letters共出版了5个专题，《国际地震动态》分两期将这5个专题的序言翻译介绍给读者。 2016年以后，Seismological Research Letters每出版一个专集，我们会及时将它们介绍给大家。