全球地震模型(GEM)行動計劃＊

自然災害是一個全球性的問題,而地震也是不分國界的。因此,需要有一套統(tǒng)一而又各自獨立的規(guī)范來計算全球地震風險。2009年3月9日,全球地震模型(Global Earthquakemodel,簡稱GEM)公私合作項目正式啟動,這拉開了GEM行動計劃的帷幕。GEM計劃由經濟合作與發(fā)展組織(OECD)的全球科學論壇發(fā)起,旨在提供一個開源的透明標準,以便在全世界進行地震風險的計算模擬與相關信息的溝通交流。在此,我們對該計劃的遠景、目標、戰(zhàn)略、科學框架、參與者、計劃實施、組織、資助等情況做一簡要介紹。

在過去10年中,有近50萬人死于地震和海嘯。由于發(fā)展中國家的人口快速增長和高速的城市化進程,其中絕大部分災難發(fā)生在發(fā)展中國家。盡管如此,很多地震易發(fā)地區(qū)并沒有建立風險模型,即使有的地區(qū)建立了相關模型,其信息也很難被順利地獲取。更好的風險意識可以通過更好的建筑、更有效的應急反應、更大程度的保險等行動來體現(xiàn),提高風險意識還可大大降低地震帶來的損失。

2005年聯(lián)合國《兵庫宣言》(Hyogo Declaration)指出:對于可持續(xù)發(fā)展而言,降低自然災害風險是一個至關重要的標準。地震風險研究能夠為減輕地震災害發(fā)揮作用,因此經濟合作與發(fā)展組織(OECD)全球科學論壇提議發(fā)展全球性的、開源性的風險評估。作為對這一需求的響應,全球地震模型(GEM)將為地震災害和風險的計算模擬與信息交流提供權威性的標準。

本文介紹的是GEM行動計劃的第一個5年計劃(2009—2013),其間將花費3500萬歐元建立第一個工作模型。在完成全球地震模型的第一個版本之后,GEM計劃不會終止,將繼續(xù)對模型進行維護和完善,深化能力建設,擴大GEM伙伴網絡,加強與新老參與者之間的聯(lián)系和交流。

1 計劃簡介

1.1 使命

GEM將通過提供全世界范圍內有關地震風險和地震影響的免費、可信、統(tǒng)一的信息來支持社會和經濟的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 遠景

GEM將在獨特的公私聯(lián)盟模式下集結全世界范圍內地震風險方面的各路專家來開發(fā)相關軟件和工具,以期降低地震傷亡人數、財產損失、建筑物的損壞、不利于社會和經濟發(fā)展的因素等。GEM將為跨區(qū)域和跨邊界的地震風險評估提供基礎,因此,對于降低地震風險而言,這是增強意識、促進行動的第一步。

GEM工具將在社區(qū)、國家、國際這3個層面上應用,以進行統(tǒng)一的地震風險評估,它可以被當作降低風險的可靠基礎。GEM成果將在全世界范圍內傳播,GEM將著力提升風險意識。

1.3 目標

GEM的主要目的是建立一套獨立、統(tǒng)一的標準用于計算和傳遞地震災害與風險信息,使其成為世界范圍內降低地震損失的決策與行動的關鍵支撐工具。

GEM通過完成以下任務實現(xiàn)降低風險的目標:

(1)在全球背景下,整合地方專家意見,以最高的可利用性標準,統(tǒng)一計算世界范圍內的地震風險;

(2)提供社會損失、經濟損失的計算工具;

(3)利用上述工具估算出可能發(fā)生的情況,對減災行動(如建筑物系統(tǒng)性加固)進行成本效益分析,以確定保險及選擇性的風險轉移;

(4)清晰、準確地傳遞地震風險信息,為社區(qū)或組織提供關鍵信息,以增強其降低風險的社會經濟能力,這項工作尤其要在發(fā)展中國家開展;

(5)在那些沒有可持續(xù)建筑標準的國家,積極推動可持續(xù)建筑標準的宣傳,或加強/改進現(xiàn)有的建筑標準。

1.4 戰(zhàn)略

GEM將通過以下兩項主要戰(zhàn)略措施實現(xiàn)其目標:

(1)發(fā)展頂尖的開源軟件和數據庫,作為地震風險繪圖、監(jiān)測及信息傳遞的必要基礎;

(2)調動社區(qū)力量和世界各地專業(yè)人士的積極性,提升風險意識,推動具有成本效益的減災行動。

2 GEM的科學框架和預期產出

GEM將提供各種類型的軟件和工具,以滿足不同參與群體的需求。為了實現(xiàn)這一目標,GEM將以國家、區(qū)域、全球元素的整合為基礎,全面整合地震科學、地震工程、信息技術和基礎設施等方面的最新前沿動態(tài)。

2.1 科學框架

GEM科學框架(圖1)是構建地震模型的根本基礎,它主要以3個模塊的整合來進行組織:地震災害、地震風險、社會經濟影響。

圖1 GEM的科學框架

災害模塊計算地震發(fā)生的統(tǒng)一概率以及任意一個給定位置的震動情況。風險模塊計算破壞情況和直接損失,如傷亡和重建費用等。強地面震動導致的破壞將通過建筑物脆弱性、人群脆弱性和暴露性等來綜合計算。此外,GEM還將研發(fā)遙感和人群數據采集技術,以對建筑物情況和區(qū)域脆弱性進行分類、監(jiān)測和定期升級。社會經濟影響模塊將提供工具和指標,對地震給經濟和社會造成的影響(特別是間接損失,如對公司收入的影響,對預算、貧窮狀況的影響等)進行評估以及相關信息傳遞。該模塊還將允許情景風險計算,以對減災行動進行成本效益分析。這3個模塊將被有效的、兼容的開源軟件整合到一個開放的信息技術基礎架構中。

2.2 產出

GEM的用戶和受益者十分廣泛,包括根據地震風險進行決策的人:①應對自然災害的政府和非政府機構或組織;②工程師和建筑師;③風險和災害管理者;④大型企業(yè)、保險公司、投資集團;⑤生活在地震易發(fā)區(qū)的人;⑥科學團體;⑦普通大眾。為了服務廣大用戶,GEM將保證其產品和產出在追求高水平科學要求的同時,還可以被便捷地獲取。

對于非專業(yè)用戶而言,地震風險評估將以圖片、圖表這種容易理解的形式表達出來,進而幫助提升普通大眾的地震風險意識,支持個人決策。專業(yè)性的風險評估(如保險或大災難建模)將使用戶能夠通過對數據庫的訪問了解風險的計算過程以及潛在的不確定性。有了這樣的信息之后,使用GEM成果的公司和組織將能夠提升他們在全世界的產品和服務水平。

GEM最大的潛在應用可能是成本效益分析。GEM所提供的工具和數據將允許市政府和國家當局對可能的減災措施的效果進行直接量化和論證。

3 GEM的特色和效益

OECD全球科學論壇以及很多國家的政府和私營企業(yè)都表明他們對GEM有實際需求。GEM是獨一無二的,它將提供很多令人期待的軟件和工具。

GEM不同于當前重點關注地震風險的其他全球行動計劃,如:聯(lián)合國的國際減災戰(zhàn)略(International Strategy for Disaster Reduction ISDR),特別是其全球風險識別計劃(Global Risk Identification Programme GRIP)、世界銀行的全球減災和災后恢復機制(Global Facility fo r Disaster Reduction and Recovery GFDRR)、私營企業(yè)的風險模型以及其他區(qū)域性的和跨區(qū)域的許多行動計劃。GEM具有非常顯著的特色,并將產生極大的效益(表1)。

4 參與者和貢獻者

4.1 個人參與者

個人參與者指同意向GEM計劃的最初5年至少捐獻100萬歐元的私營機構。目前,私營機構總共向GEM計劃捐獻了1160萬歐元。

4.2 公共參與者

公共參與者指同意向GEM提供贊助至2013年底的國家,目前已參與GEM計劃的國家包括:比利時、德國、意大利、新加坡、瑞士和土耳其,他們總共捐獻了340萬歐元。其他一些國家,如:美國、中國、日本、印度、澳大利亞、新西蘭、尼泊爾、孟加拉、挪威、法國、葡萄牙和盧森堡等加入GEM計劃的可能性目前正在討論之中。

表1 GEM的主要特色和效益

表2 目前已參與GEM的私營機構

4.3 非金額參與者(Associate Participants)

非金額參與者指通過與GEM協(xié)作并向其提供專業(yè)技術而對GEM計劃做出貢獻的國際組織。當前,GEM計劃的準參與者都是理事會成員,但他們并不參與有關投票活動。這些組織分別是:OECD、世界銀行災害風險管理小組、聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)、國際地震學與地球內部物理學協(xié)會(IASPEI)、國際地震工程協(xié)會(IA EE)。

4.4 貢獻者

許多國際行動計劃和科學團體都實際參與了GEM活動,向GEM提供軟件和數據庫。當前,這些伙伴包括:瑞士聯(lián)邦理工學院(ETHZ)、德國波茨坦地質研究中心(GFZ)、挪威地球物理和地震研究基金會(NORSAR)、美國地質調查局(USGS)、美國南加州地震中心(SCEC)、澳大利亞地球科學組織(Geoscience Australia)、意大利地球與火山科學研究所(INGV)、世界行星監(jiān)測與減緩地震危險組織(WAPM ERR)、土耳其坎迪利天文臺與地震研究所(KOERI)、葡萄牙國家土木工程實驗室(LNEC)、新西蘭地質與核科學研究所(GNS Science)、美國SPA風險公司(SPA Risk LLC)、德國災害管理與風險降低技術中心(CED IM)。

DHS-250恒溫恒濕熱試驗箱(控溫精度為0.1℃)；BC-2型薄層干燥試驗臺(控溫精度為0.1℃)；AL204電子天平(METTLER TOLEDO牌，測量精度為0.1mg)；JA5002電子精密天平(測量精度為10mg)；薄層干燥試驗臺自帶的風速測量儀(測量精度為0.01m/s)。

5 GEM計劃的實施

GEM計劃將花費5年時間建立其第一個全球地震工作模型,包括相應的工具、軟件和數據集。該項工作開始于2009年,將在2013年底結束。各個不同階段的建設活動在時間上將有部分重疊。示范性工程GEM 1(2009年1月—2010年3月)將產生GEM計劃的第一代產品,并形成建?；A。來自全球的模型組件將形成有關模型定義、戰(zhàn)略、標準、質量準則、數據庫編輯格式等的集合體。為了保證國際科學團體能夠研發(fā)出這些標準、工具等,GEM已經發(fā)出征求建議書(Requests for Proposals,簡稱RfPs),積極尋求災害、風險以及社會經濟影響方面的意見和建議。在全球尺度所產生的數據將會以更加詳細的局地數據和區(qū)域性數據作為補充。區(qū)域性計劃是一些特定資助目標下的項目,這些項目在世界各個地區(qū)開展,目前在中東和歐洲已經啟動了一些相關項目。區(qū)域性計劃所產生的數據將被整合到全球地震模型中,GEM的實際發(fā)展將通過工具和資源共享網絡平臺的開發(fā)、利用來實現(xiàn)。全球地震模型在正式發(fā)布前將進行詳細測試和評估。

5.1 GEM 1

作為目標明確的示范性項目,GEM 1將產出第一批成果并形成建模基礎。它將為當前需求提供核心保障,為整個GEM計算環(huán)境和產品集的未來發(fā)展提供關鍵知識。整個GEM 1期間所得到的經驗將是未來GEM發(fā)展的一個完整組成部分。

GEM 1當前正在收集世界范圍內有關災害和風險的模型、軟件和數據。其成果將包括初始的全球災害圖和第一款風險軟件。信息技術框架、數據模型、數據轉換的格式等都需要重點關注,因為它們是GEM相關活動及其發(fā)展的基礎。此外,GEM 1還涉及進一步的用戶需求評估、確認和測試活動。需要注意的是,GEM 1不會為一般用途開發(fā)任何軟件或網絡交互界面。

GEM 1的總預算為180萬歐元,2009年初開始實施,預計實施時間為15個月。主要有5個核心機構參與,全職工作人員14名(其中包括高級研究人員)。

5.2 全球組件

組成GEM各科學模塊的組件需要在全球尺度研發(fā),這些組件將由國際財團通過項目申請的方式來征集。項目產生的模型、工具以及數據需要通過嚴格的審查,以確保與最高科學標準的一致性和統(tǒng)一性。

目前已經發(fā)布的全球災害組件包括:全球歷史地震目錄和數據庫、全球地震儀器目錄、全球活動斷層和震源數據庫、全球應變速率(大地測量)模型、全球地面運動預測方程。

5.3 區(qū)域和國家層面的計劃實施

GEM計劃在區(qū)域和國家層面上的執(zhí)行具體表現(xiàn)為一系列獨立的項目,這些項目在GEM的框架下進行,與GEM的標準和目標一致。它們將為GEM全球數據庫、組件、計算環(huán)境提供數據及反饋。

5.4 建模工具

GEM計劃運用軟件來進行協(xié)作和資源控制,其文檔、工具將由世界各地的開發(fā)者和研究者不斷進行更新。數據存儲將采用網絡分布式,開發(fā)者在接入點能夠對相關數據進行訪問。為了實現(xiàn)這一目標,GEM將在世界范圍內建設集中的、區(qū)域性的計算設施。

5.5 集成

GEM計劃在全球尺度收集初步數據,并通過區(qū)域性計劃和國家計劃在局部尺度采集更為詳細和可信的數據。對這些數據的質量控制將非常嚴格,最后,它們將被整合到全球地震模型中。

5.6 評估和測試

對全球地震模型進行評估和測試能夠大大增強模型及其相關理念的公眾接受程度。通過建立簡單的參照模型對盡可能多的GEM組件進行測試,能夠更好地發(fā)現(xiàn)GEM內在的問題及不確定性。測試過程包括透明的、可重復的科學實驗,確保其在可控環(huán)境下實施。

5.7 能力建設

技術轉移對于實現(xiàn)GEM工具的統(tǒng)一性、有效性和適用性至關重要,同時,技術轉移將使發(fā)展中國家的專家團隊也能夠使用GEM工具。發(fā)展中國家目前無法進行局部尺度的風險分析,希望通過使用GEM工具降低自身的地震風險。

技術轉移將通過能力建設和培訓活動來展開,研討會和遠程學習活動將在全世界不同的機構開展。能力建設將以具體需求為基礎,并將充分利用現(xiàn)代化技術。

5.8 長期展望及可持續(xù)性

除了常規(guī)的年度總結外,還將面向GEM計劃的5年執(zhí)行期進行最終的外部評估,以決定如何更好地繼續(xù)GEM計劃。同行審議這種評估活動將不僅僅審查科學產品的質量,還將對下列問題進行詳細評估,如最初設計的工作計劃和目標的履行情況、伙伴的充分參與程度、與世界范圍內用戶/參與者的互動、知識/成果的有效利用和傳播情況、額外資助經費的把握情況、項目的有效影響、給參與者和資助者帶來的額外價值以及可持續(xù)性展望等。

在評估結果的基礎上將會提出一個戰(zhàn)略計劃。GEM秘書處將繼續(xù)維護模型,同時還將不斷改善和發(fā)展模型,使其滿足未來發(fā)展的技術需求。此外,GEM還將繼續(xù)其知識傳播、技術轉移和風險意識提升活動,因為這是GEM的使命。未來,GEM的必需資金有望來自更多的個人資助、政府支持以及國際組織和軟件的商業(yè)使用。

圖2 GEM路線圖(2009—2013)

5.9 路線圖

GEM路線圖(圖2)中各標號的具體說明,1:GEM 1;2:里程碑——GEM成立;3:RfPs——全球災害組件(第一輪);4:外展與交流——增強參與的積極性、啟動區(qū)域性計劃;5:歐洲和中東的區(qū)域性計劃;6:評估和測試會議(ETHZ);7:GEM 1中期檢查;8:Rf Ps——網上審查截止;9:路線圖——社會經濟影響模塊;10:Rf Ps——全球風險組件;11:全球災害組件(第一輪);12:GEM 1終期檢查;13:RfPs——全球社會經濟影響組件;14:里程碑——確定GEM建模基礎(GEM 1結束);15:全球風險組件;16:RfPs—建模工具;17:里程碑——啟動所有區(qū)域性計劃;18:里程碑——公共機構參與者達18個;19:全球社會經濟影響組件;20:RfPs——集成;21:建模工具;22:外展與交流——增強能力、面向終端用戶;23:集成;24:RfPs——評估和測試;25:里程碑——個人贊助達1600萬歐元;26:RfPs——全球災害組件(第二輪);27:評估和測試;28:全球災害組件(第二輪);29:里程碑——公共機構參與者達30個;30:里程碑——公開發(fā)布全球地震風險模型。

6 外展與交流

外展與交流戰(zhàn)略旨在成功地將GEM的獨特價值傳遞給全世界,特別是傳遞給各國政府及國際組織?！巴庹埂辈糠职ㄑ圙EM參與者參加具體活動,并向其提供產品和服務。主要包括在世界各地舉行的演講、集會和研討會,同時還涉及GEM年度會議和年度報告。“交流”則主要是與公眾、媒體和GEM參與者就GEM的發(fā)展和成就進行對話,相關活動包括:項目簡報(兩月一期)、媒體訪談、新聞發(fā)布等。

7 組織和結構

2009年3月9日,GEM成為合法實體,即一個非營利機構,總部設在意大利帕維亞(Pavia),其組織機構如圖3所示。

8 資助計劃

第一版全球地震模型的構建需要花費5年時間(2009—2013)和3500萬歐元,各項具體支出情況見圖4。GEM區(qū)域性計劃的預算總額為1200萬歐元,目前將近1/2的預算已有經費保障,其中來自歐洲的有320萬歐元,來自中東的有200萬歐元。截止2009年10月,GEM參與伙伴已經保證提供超過2/3的必需資金,其他資金將從政府、公共機構、基金會、私人企業(yè)等籌集。

圖5是未來GEM經費的收支情況估算,其中資金流入情況基于2010年后可能加入GEM計劃的公共和私營機構。

圖3 GEM的組織機構圖

圖4 GEM的總經費支出情況(單位:百萬歐元)

圖5 GEM經費的未來收支情況預測

(中國科學院國家科學圖書館蘭州分館/中國科學院資源環(huán)境科學信息中心 趙紀東 李旭東 編譯)

(譯者電子信箱,趙紀東:zhaojd@llas.ac.cn)

[1]Global Earthquakemodel.http://www.globalquakemodel.org/system/files/A_GlobalEarthquakeModel.pdf

[2]About Global Earthquakemodel.http://www.globalquakemodel.org/node/408

P315;

D;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.08.008

2010-06-15。