基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法，方法包括：S1应用多种震源参数估计方法建立潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树；S2应用线性海啸数值模拟建立海啸单位源格林函数库；S3根据上述逻辑树，应用蒙特卡洛随机模拟生成随机地震事件集；S4根据海啸单位源格林函数库和随机地震事件集，应用随机滑移量模拟生成海啸波幅集；S5根据海啸波幅集，对多重现期的海啸灾害分布结果统计及结果的不确定性分析。上述方法能够解决现有技术中风险评估结果偏高及无法给出其对应发生概率的问题，将多种不确定性融合到最终的评估结果中，增加了结果的可信度，同时提高了运行效率，方便决策者针对性的做出防灾减灾部署和城市建设规划。

Multi site tsunami disaster assessment method based on Monte Carlo stochastic simulation

The invention discloses a multi-occurrence period tsunami disaster assessment method based on Monte Carlo stochastic simulation. The method comprises: S1 establishes a logic tree of seismic activity parameters in the potential tsunami source area by using multiple source parameter estimation methods; S2 establishes a tsunami unit source Green function library by using linear tsunami numerical simulation; S3 establishes a tsunami unit source Green function library according to the above logic; Tree, using Monte Carlo random simulation to generate random earthquake event set; S4 according to the tsunami unit source Green function library and random earthquake event set, using random slip simulation to generate tsunami wave amplitude set; S5 according to the tsunami wave amplitude set, the distribution of tsunami disaster in multiple recurrence period statistics and uncertainty analysis of the results. The above methods can solve the problems of high risk assessment results and failure to give the corresponding probability of occurrence in the existing technology, and fuse various uncertainties into the final assessment results, which increases the credibility of the results, and improves the operational efficiency, so as to facilitate decision makers to make disaster prevention and mitigation deployment and urban construction regulations. Delimit.

【技术实现步骤摘要】
基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法
本专利技术属于海啸灾害评估技术，尤其涉及一种基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法。
技术介绍
进入二十一世纪以来，全球发生了多次地震海啸灾害，直接经济损失超过2600亿美元。其中，2004年印尼苏门答腊9.2级地震海啸和2011年东日本9.0级地震海啸都给当地的居民生活以及经济发展造成了毁灭性的打击。由此可见，海啸已经成为威胁全球沿海居民生命财产安全最严重的自然灾害之一。开展海啸灾害风险评估的核心是确定某一评估区域的海啸危险性强度，具体来讲是确定该评估区域可能遭受的最大海啸波幅、海啸爬高、淹没深度等。目前，国际上普遍采用确定性评估技术路线来确定海啸危险性。确定性海啸风险评估方法主要是根据历史事件推断出最具破坏性的地震海啸源，利用海啸模式研究其传播，爬高以及淹没的过程，给出影响评估区域最不利的淹没情景，并据此评估海啸风险。该方法的优点是简单易行，往往通过一个或者几个场景的模拟即可得到结论，且结论形式简单直观。但该方法也存在一定的不足：很难给出这些所谓“最坏”的场景的发生概率，或者评估区域内发生不同程度海啸灾害的可能性(重现期)。此外，多参数的复合保守性使得这些“最坏”的场景发生概率极小，甚至是不可能的。图1为业内人士采用马尼拉海沟“最坏的”情景评估南中国海地区的海啸风险的示意图。虽然能够直观的看出哪些区域受海啸灾害的影响最大，但是该结果无法给出该场景的重现期，即不同地区受到海啸灾害影响的概率。由此，如何合理的给出评估区域不同重现期的海啸风险成为当前需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法，该方法能够解决现有技术中风险评估结果偏高及无法给出其对应发生概率的问题。本专利技术提供一种基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法，包括：S1、应用多种震源参数估计方法建立潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树；S2、应用线性海啸数值模拟建立海啸单位源格林函数库；S3、根据建立的潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树，应用蒙特卡洛随机模拟生成随机地震事件集；S4、根据所述海啸单位源格林函数库和所述随机地震事件集，应用随机滑移量模拟生成海啸波幅集；S5、根据所述海啸波幅集，对多重现期的海啸灾害分布结果统计及对多重现期的海啸灾害分布结果的不确定性分析。可选地，所述步骤S1包括：应用多种震源参数估计方法中的最大似然法拟合TGR关系和地震矩守恒定理建立潜在海啸源区的地震活动性参数的逻辑树。可选地，应用TGR关系获取海啸源区的震级参数，包括：所述TGR关系为：其中，M为地震矩，Mt是地震目录完整的临界地震矩，Mc是转角地震矩，β是TGR关系的斜率，反映了区域的地震活动性；F(M)是地震矩大于Mt的地震发生率；地震矩M与震级m的近似关系为M＝101.5m+C(2)；M的单位为牛·米，C为常数；运用最大似然函数计算最优的参数Mc和β，最大似然函数为：其中，N为地震矩Mi大于临界地震矩Mt的地震个数；应用地震矩守恒定理的震源参数估计方法，包括：根据地质参数估算的地震矩表示为：M＝χμWLv(4)；其中，χ为地震耦合系数，μ为刚度剪切模量，W为地震带的俯冲宽度，L为断层的长度，v为板块的平均速率；另一方面，根据TGR关系，地震矩M为：其中，at为地震矩大于Mt的地震事件的年出现率，Γ为伽马函数,C1为常数；结合公式(4)和公式(5)，当Mc＞＞Mt时：得到转角地震矩Mc：在获得转角地震矩Mc后，根据公式(2)推断出转角震级；所述TGR关系和地震矩守恒定理采用不同的参数得到多个转角震级值，结合全球俯冲带TGR关系，建立潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树。可选地，在执行步骤S2之前，所述方法还包括：S2a、将海啸源区域划分为若干个大小相等且滑移量为1米的海啸单位源；单位源的断层几何参数通过历史地震震源机制解和相关地质参数估算方法获得。可选地，所述S3包括：根据所述潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树中的海啸源参数，运用线性海啸数值模拟计算每个海啸源在评估区域的海啸波幅；其中，线性海啸数值模式表示为：式中，η为相对于平均海平面的自由表面位移；为纬度；ψ为纬度；R为地球半径；H为总水深；P为沿经度单位宽度的通量；Q为沿纬度单位宽度的通量；f为科氏力系数；g为重力加速度；由于海啸传播在近岸不满足线性关系，计算得到的海啸波幅需要通过格林法则换算到近岸的海啸波幅，表示为：其中Ac为近岸输出点的海啸波幅，Hc为近岸输出点水深，A0为离岸输出点的海啸波幅，H0为沿岸输出点水深。可选地，所述S3包括：采用蒙特卡洛随机模拟基于S1中所建立的逻辑树，在海啸源区范围内随机生成多套未来一定时间段内的地震事件集；对于每一个独立的地震事件集中的地震事件在海啸源区域内随机分布，且每个海啸源区内的地震事件的震级-频率关系满足TGR逻辑树中的其中一支。可选地，所述S4包括：针对随机地震事件集中的每一个地震事件，应用震级-破裂范围公式确定并划定计算海啸波幅所需的单位源；震级-破裂范围经验公式表示为：mw＝4.868+1.392log10(L)(13)mw＝4.441+0.846log10(A)(14)式中mw为地震震级，L为破裂长度，A为破裂面积，根据破裂长度和面积选定该地震事件计算所需的海啸单位源；应用基于vonKarman函数的地震随机破裂模拟技术随机生成所述地震事件在每个单位源上的破裂滑移量；结合海啸单位源数据库计算每个事件在评估区域的最大海啸波幅用以生成最大海啸波幅事件集。可选地，所述S5包括：对于某个地震事件集，假设有N个地震海啸源区对沿岸点的海啸风险有贡献，其中第n个潜在地震海啸源区影响近海沿岸场点h海啸波幅T年的超越概率Pn(H≥h)，则场点h海啸波幅T年总得超越概率表示为：由(15)式推出输出点达到指定海啸波幅Hh的重现期Th为:对于某一特定的灾害评估输出点O，在特定的重现期T，N个地震目录中都能通过(16)式计算该点上的最大海啸波幅hi，则对于输出点O在重现期T内的最大海啸波幅为：此外，通过对不同地震目录所产生的最大波幅hi的分组统计得到不同震源参数对结果的影响程度。为达到上述目的，本专利技术还提供一种基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估装置，包括存储器、处理器、总线以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述方法任意一项的步骤。为达到上述目的，一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述方法任意一项的步骤。本专利技术具有的有益效果如下：第一、由于现有地震目录长度不足(最长的仅仅为100余年)，样本数较少，单纯的利用历史地震资料拟合TGR关系会造成其中的转角震级(图4中的mc，主要作用是对TGR关系高震级部分进行修正，TGR关系中大于此震级的地震事件的重现期呈指数形式迅速增长)偏低，进而低估海啸的风险。本专利技术中结合地震矩转换定律建立潜在海啸源区TGR关系逻辑树，该定律能够通过一段时间的地震年发生率和俯冲带的区域构造参数(俯冲速率，地震耦合因子，剪切模量等等)来计算TGR关系中的转角震级，由此在逻辑树中给出了转角震级的多种可能，使得评估结果更加准确。第二、任何完善的评估体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法，其特征在于，包括：S1、应用多种震源参数估计方法建立潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树；S2、应用线性海啸数值模拟建立海啸单位源格林函数库；S3、根据建立的潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树，应用蒙特卡洛随机模拟生成随机地震事件集；S4、根据所述海啸单位源格林函数库和所述随机地震事件集，应用随机滑移量模拟生成海啸波幅集；S5、根据所述海啸波幅集，对多重现期的海啸灾害分布结果统计及对多重现期的海啸灾害分布结果的不确定性分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法，其特征在于，包括：S1、应用多种震源参数估计方法建立潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树；S2、应用线性海啸数值模拟建立海啸单位源格林函数库；S3、根据建立的潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树，应用蒙特卡洛随机模拟生成随机地震事件集；S4、根据所述海啸单位源格林函数库和所述随机地震事件集，应用随机滑移量模拟生成海啸波幅集；S5、根据所述海啸波幅集，对多重现期的海啸灾害分布结果统计及对多重现期的海啸灾害分布结果的不确定性分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：应用多种震源参数估计方法中的最大似然法拟合TGR关系和地震矩守恒定理建立潜在海啸源区的地震活动性参数的逻辑树。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，应用TGR关系获取海啸源区的震级参数，包括：所述TGR关系为：其中，M为地震矩，Mt是地震目录完整的临界地震矩，Mc是转角地震矩，β是TGR关系的斜率，反映了区域的地震活动性；F(M)是地震矩大于Mt的地震发生率；地震矩M与震级m的近似关系为M＝101.5m+C(2)；M的单位为牛·米，C为常数；运用最大似然函数计算最优的参数Mc和β，最大似然函数为：其中，N为地震矩Mi大于临界地震矩Mt的地震个数；应用地震矩守恒定理的震源参数估计方法，包括：根据地质参数估算的地震矩表示为：M＝χμWLv(4)；其中，χ为地震耦合系数，μ为刚度剪切模量，W为地震带的俯冲宽度，L为断层的长度，v为板块的平均速率；另一方面，根据TGR关系，地震矩M为：其中，at为地震矩大于Mt的地震事件的年出现率，Γ为伽马函数,C1为常数；结合公式(4)和公式(5)，当Mc＞＞Mt时：得到转角地震矩Mc：在获得转角地震矩Mc后，根据公式(2)推断出转角震级；所述TGR关系和地震矩守恒定理采用不同的参数得到多个转角震级值，结合全球俯冲带TGR关系，建立潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在执行步骤S2之前，所述方法还包括：S2a、将海啸源区域划分为若干个大小相等且滑移量为1米的海啸单位源；单位源的断层几何参数通过历史地震震源机制解和相关地质参数估算方法获得。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S3包括：根据所述潜在海啸源区地震活动性参数逻辑树中的海啸源参数，运用线性海啸数值模拟计算每个海啸源在评估区域的海啸波幅；其中，线性海啸数值模式表示为：式中，η为相对于平均海...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏伟，原野，徐志国，王宗辰，
申请(专利权)人：国家海洋环境预报中心，
类型：发明
国别省市：北京,11