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美国地质调查局(USGS)地震监测概况及科学发展战略


  一、美国地质调查局的组织机构及队伍状况

       美国地质调查局(USGS)隶属美国内政部,是美国内政部八个局中唯一的科学信息与研究机构。

       USGS始建于1879年3月,下设有有生物处、地理处、地质处和水资源处4个业务处和预算办公室、联络办公室、地理信息办公室、行政政策与服务办公室和人力资源办公室5个行政管理部门。除总部外,USGS还在弗吉尼亚州莱斯顿、科罗拉多州丹佛和加利福尼亚州门洛帕克设立东、中、西部三个区域中心,在各州和部分国家设立了近400个办事处。

      USGS建局之初只有38人,目前拥有各学科领域专家、工程技术人员、行政管理人员和后勤服务人员共计8788人(2008年统计结果)。

  二、美国地质调查局的职责和任务

      1879年USGS始建之初,主要是从事西部找水工作。随后,工作领域逐步拓宽。作为美国内政部唯一的自然科学机构,USGS的职责主要是:主要集中于生物、地理、地质、空间大地测量信息和水资源方面的研究。其职责是为国家提供有关地球方面的可靠的、科学的信息;尽最大努力减小自然灾害引起的生命和财产损失;有效开发水资源、生物能源和矿物资源;提高和保护生活的质量。具体表现为:

      1、对地球进行大规模的、多学科的调查,建立地球数据库;

      2、对自然灾害可能发生的地区以及对公民可能造成的危害和风险进行科学评估;对自然灾害进行长期监测,以便及时探测和报告自然灾害;协助联邦、州和地方政府应对大灾的紧急情况;提供科学信息,将自然灾害对人类生命和财产造成的损失减少到最低;

      3、对自然资源的数量、质量和可利用性进行科学评估;
  4、建立长期环境数据库和监测、分析、预测模型 ,加强了解自然界物质、化学和生物的演变以及由于人类活动造成的影响,努力提供科学信息,减少不利的影响,维持国家环境的健康。

      在地震监测方面,USGS的具体任务是:

     1、负责灾害性事件的预测和实时监测;

     2、负责美国本土及全球范围内地震台站的安装、运行及维护;

     3、台站数据汇集到国家地震信息中心(National Earthquake Information Center (NEIC)),信息中心负责全球地震监测、定位和地震特性的研究;

     4、提供网上快速地震信息服务产品,包括地震速报(Earthquake Notification Service (ENS))、震动图(ShakeMaps)、地震影响场评估;

     5、为美国国家海洋和大气局和国家海啸预警中心、全面禁止核试验条约组织和美国空军技术应用中心提供数据服务;

     6、负责核试验监测。

      在长期工作过程中,USGS 不仅与内政部各局之间,与联邦政府农业部、商业部、国防部、国家科学基金会、环境保护局、联邦紧急管理局、能源部、国家海洋与大气管理局、国家航空航天管理局、州政府、地方政府、工业界及大学之间,建立了良好的合作与服务关系,并设有稳定的联系机构,建立了务实的合作机制。通过合作,不但争取了项目经费,而且能及时了解政府部门、企业和社会公众对地质工作的需求,及时提供地质成果的社会化服务。同时,USGS还与国际组织和国外建立有广泛的业务合作与联系,也承担联合国和某些国家委托的部分项目。目前,USGS与我国的水利部、国家地震局、国家测绘局、中国地质调查局签有合作协议,在全球矿产资源评价、煤、天然气水合物等方面有业务合作。USGS认为,他们是世界地质科学领域的领军人物。

    三、国家地震监测系统(ANSS)

     美国国家地震监测台网系统ANSS(Advanced National Seismic System)是美国地震局(USGS)地震灾害计划中地震观测台网建设的重要组成部分。由国家、区域、城市和结构监测台站组成,主体由高质量的、宽频带的、均匀分布的台站组成,是一个由至少7000个布设在地面和建筑物内的振动测量系统组成的全国性的地震观测网络。

     ANSS的职责任务如下:

     ANSS 的职责任务是提供准确的、及时的有关地震事件的数据和信息,包括地震对建筑物和结构的影响、现代化的监测技术和方法。国家地震减灾计划(National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP))中制定了四方面目标:

    1、建立和维持一个贯穿全美国的高质量的现代化地震观测网络。收集关键技术数据,提供有效的信息产品和服务。持续记录和分析地震数据以及时提供可靠的地震信息和其他地震扰动信息。

    2、连续监测美国国内的地震,以及其他地震扰动,如地震造成的海啸、火山爆发等,对中等以上灾害危险的区域给予特别关注。

    3、全面的测量场地地面运动以及建筑物和关键建筑结构的强地震震动。力量集中在城市及靠近活断层的地区,收集相关数据和信息,进一步降低地震对建筑物和结构的影响。

    4、当显著性有感地震发生时,自动广播地震消息并立即评估该地震的可能影响。对于离震中一段距离的地区,可能的话在强震到达几秒钟前给出警告。对海啸和火山爆发也提供相似的自动警报服务。

    为了实现以上目标,ANSS 将建立超过7000个地震观测台的全国性地震观测系统,为易于遭受地震灾害影响的所有地区提供服务,在处于地震危险的26个城市建立高密度的观测台网。在地面和建筑物以及其他结构体都安装地震传感器。

    ANSS 地震监测系统将为个人提供实时的地震应急响应信息,为工程师提供关于建筑物和场地响应的信息,为科学家提供用于研究地震破裂过程、结构和地球动力学方面的高质量数据。

    此外,在南加州,还建立了一套快速地震预警系统。美国地质勘测局预测了未来30年,在加州发生超过6.7地震的概率达到了99%。其开发的系统在检测出地震发生时,在3s内,精确的预测地面震动分布图,这意味着旧金山和奥兰多在10s后就可获取预警信息。

    ANSS包括国家骨干网 (Backbone network)、国家地震信息中心( National Earthquake Information Center (NEIC))、国家强震动工程( National Strong Motion Project)以及由USGS及其合作单位共同维护的15个区域地震台网组成。

    1、国家骨干网 (Backbone network

    ANSS骨干网是美国国家地震台网的主要组成部分,2004年至2006年9月,USGS通过地震台阵计划(USArray project)新建了15个台站并对20个台站进行了升级改造。目前骨干网台站总数达到了93个,骨干网台站分布图见图1。

 

 

     2、国家地震信息中心(National Earthquake Information Center (NEIC)

    国家地震信息中心的主要职责是快速确定全球破坏性地震的大小和位置,迅速将有关信息报告给有关国家、国际组织、科学家和社会公众。NEIC为应用地震地球科学研究提供最基础的数据服务。地震数据包括:

    1)当前全球范围内地震目录;

    2)用户可按照规定的e-mail格式向AutoDRM服务器发出e-mail,系统会自动从数据库中检索数据,然后又以e-mail的形式自动把数据传给用户;

    3)通过FTP获取数据;

    4)地震目录搜索;

    5)地震信息发布;

    6)本年度大地震信息;

    7)最新地震的矩张量解;

    8)大地震的宽频带地震波能量测量;

    9)矩张量和宽频带震源参数研究;

    10)全球地震图;

    11)历史上的今天地震;

    12)全球和美国最新的10个地震目录;

    3、国家强震动工程

国家强震动工程建设的目的是通过对每次破坏性地震的记录、发布和解释以提高社会大众的安全性。获取大都市附近破坏性地震的强震动记录信息,这对建筑物抗震性能设计能力的提高,降低未来地震所造成的人员伤亡和财产损失其起到至关重要的作用。强震记录对进一步理解地面运动的传播、地震破裂的物理特征、建筑结构的抗震性能具有根本意义。根据仪器种类统计的台站分配表见表1。

表1  NSMP强震仪器种类分布表

  数字加速度计类型及数量

类型

台(套)数

Dolomite

2

Etna

435

Granite

2

K2

332

Q330

10

Q4128

1

RTK130

45

SSA2

15

Mt. Whitney

18

累计

860

模拟加速度计类型及数量

类型

台(套)数

SMA1

166

CRA1

2

累计

168

其他类型加速度计及数量

类型

台(套)数

Alarm

22

Dialer

1

PAM

1

PAR

4

PRA

2

SAD

9

累计

39

     4、和USGS合作的区域地震台网及中心

    1)美国中部

    路易斯大学地震中心(St. Louis University Earthquake Center);

    孟斐斯大学(University of Memphis (CERI) )。
    2)美国东部

    拉蒙特联合地震台网(LCSN - Lamont Cooperative Seismic Network);

    麻省理工学院地震学实验室(MIT Global Seismology Laboratory);
    波多黎各大学波多黎各地震台网(Puerto Rico Seismic Network, University of Puerto Rico);
    卡罗莱纳州大学(University of South Carolina);
    维吉尼亚工学院地震观测台(Virginia Tech Seismological Observatory);
    波士顿大学韦斯顿地震观测台(Weston Observatory at Boston College)。
    3)美国西部

    阿拉斯加地震信息中心(Alaska Earthquake Information Center);
    阿拉斯加火山观测中心(Alaska Volcano Observatory);
    Cacades火山观测台(Cacades Volcano Observatory);

    加州综合地震台网(California Integrated Seismic Network (CISN) );
    夏威夷火山观测台(Hawaii Volcano Observatory);
    蒙大纳矿产和地矿局(Montana Bureau of Mines and Geology);
    内华达州地震学试验室(Nevada Seismological Laboratory);
    国家海洋和大气局西部沿海和阿拉斯加海啸预警中心(NOAA West Coast and Alaska Tsunami Warning Center);
    北加州地震数据中心(Northern California Earthquake Data Center (Berkeley) );

西北太平洋地震台网(Pacific Northwest Seismograph Network);
    南加州地震数据中心(Southern California Earthquake Data Center (SCEC) );
    加州大学圣迭哥和安萨地震台网(U.C. San Diego and ANZA networks);
    犹他州大学地震台站(University of Utah Seismograph Stations)。

和USGS合作的区域地震台网台站分布图见图2。

 

 

     5、全球地震台网(Global Seismic Networks)

全球地震台网是一个数字化的长途数据通讯地震台网,服务于多学科领域和作为监测、研究和教育的社会资源,由USGS、国家自然科学基金会(National Science Foundation)和美国地震学联合研究会(Incorporated Research Institutions for Seismology)共同建设完成。144个GSN台站(图3)由USGS下属的位于美国新墨西哥州的地震学实验室(Albuquerque Seismological Laboratory)、加州大学圣迭哥强震动观测系统调度组(IDA group at UC San Diego)以及其他会员组织负责运行。GSN数据汇集到IRIS数据管理中心(IRIS Data Management Center)。另外,IRIS拥有550套便携式数字地震仪,通过PASSCAL(Portable Array Seismic Studies of the Continent A1 Lithosphere)计划提供用户进行野外观测。

 

      全球地震台网提供快速的关于全球地震的信息。近年来,对墨西哥、厄瓜多尔和菲律宾火山喷发、美国中部的泥石流、亚洲和印度洋地震和海啸以及其它自然灾害都做出了迅速响应。

     作为对固定地震观测台网的一个重要补充,以美国PASSCAL计划为先导的大陆岩石圈宽频带流动地震台阵研究充分显示了其在大陆动力学及高分辨率地球深部结构研究(包括地震形成的环境条件与机理研究、震源破裂过程研究)中的独特作用和重要价值。基于该套流动台网,已经在全球40多个地区开展了各种类型的地震学研究。例如,在东非坦桑尼亚开展的克拉通地体深部结构地震台阵研究,在美国西部高原开展的横波分裂及介质各向异性的流动地震台阵研究,在南美玻利维亚开展的深源地震及俯冲带研究,在中亚及我国新疆开展的天山动力学研究,在青藏高原进行的为期10年的深部结构探测和动力学研究等,都取得了重要成果。2003,美国提出了"地球透镜(EarthScope)"计划,该计划包括美国台阵计划(USArray),板块边界观测计划(PBO)和圣安德烈斯断层深部观测计划(SAFOD),以期深刻认识美国大陆地震物理、火山过程、核幔相互作用、活动变形和构造、大陆结构和演化、地球动力学等。该计划在充分肯定PASSCAL计划所取得的长足进展的同时,进一步把固体地球内部结构的高分辨率三维地震成像确定为21世纪研究的重点。

四、美国地质调查局(USGS)2007-2017科学发展战略

      2007年,美国地质调查局科学战略组提出了题为"面对未来的挑战--美国地质调查局2007~2017科学发展规划",主要目的是指导今后l0年的工作,以使USGS更好地为内政部(DOI)和全国服务。整个规划分为九个部分,分别是介绍;理解生态系统并预测其变化趋势:确保国家经济和环境的未来;气候的可变性及其变化:历史资料的研究和评估分析;美国未来的能源和矿物:为资源安全,环境健康发展,经济发展以及国土管理提供科学依据;国家灾害、风险以及恢复力评估:确保国家的长期健康发展和物质财富安全;环境和野生动植物在人类健康中的作用:在美国建立针对公众健康的环境风险的识别体系;美国的水资源普查:定量预测并保护美国未来的淡水资源;研究的新方法;结论。该科学战略要实现6方面的科学目标,分别为:

    1、了解生态系统和预测生态系统变化,确保国家经济和环境有一个好的远景

      与其他部门协作,USGS报告国家陆地、淡水、沿海生态系统的状况,研究生态系统变化的原因,监测并提供用于保护和管理生物、物理、生态系统过程的方法,为决策者提供当前和将来生态系统发展变化的速率,提供影响自然资源和社会的背景材料。与其他部门合作,USGS了解生态系统中生物体的分布、相互作用条件和存在的条件和需求,预测由土地变化、气候变化和其他碰撞作用而引起的对生态系统生命力的变化。通过对生态系统结构、功能、空间分布和过程的研究,USGS和其合作者优先了解并将发展新的产品,包括美国生态系统的分布图等,同时提供关于生态系统状况、发展趋势估计的最新报告,这将帮助社会和管理者做出正确的选择,保证生态系统健康、有续发展。

2、气候变化:整理历史档案,估计影响效应

      USGS的科学家将帮助美国内政部、决策者和资源管理者了解科学发展现状和预测气候变化及其影响,满足其迫切需求。研究气候、地球表面过程和生态系统的时空分布间的相互作用将非常有助于美国气候变化科学计划的战略目标的实现。为了回答地球如何变化的问题,USGS将进一步加强广泛的研究,加强对气候变化所引起的对碳元素、氮元素、水循环、水文气候、生态系统影响的研究以及土地覆盖和土地使用的变化研究。气候变化和土地利用变化对碳、氮和水循环、水文气候和生态系统的影响进行深入研究。USGS将继续研究古气候以及气候与地形和生态系统的相互作用,将研究成果应用于分析未来的发展过程。USGS拥有不断发展的现代化的陆地、水和生物资源观测网络,这对分析未来气候变化的趋势将起到至关重要的作用。USGS将为管理者提供可预测的和经验工具,用于选择适合的战略,降低风险,增加水文和生态系统可持续、可复原的能力或者对气候变化及其气候扰动的自适应能力。

3、未来的能源和矿产资源:为资源的安全,环境的健康发展,经济的持续发展和土地的有效管理提供科学支撑

      USGS将开展对能源和矿产资源的研究,以确保未来的自然资源安全、了解资源利用的环境影响、确保国家的经济活力和对自然资源的管理。应用多学科方法来理解和估计能源和矿产资源影响的形成周期、过程、利用情况,理解能源和矿产资源的消耗与地形、水文、气候、生态系统和人类健康相互影响的情况。积累知识和数据,加强对资源起源的新认识以及形成新的估计方法,这将有助于提高对国家的和全球信息产品的认知能力,尤其是国家急需的新能源、稀有材料的信息产品评估的可靠性和精确性认识。USGS资源信息的不断增加将有助于解决经济中所遇到的问题,为决策者提供明确的可选择性信息。通过与其它部门的通力协作,所得到的对自然资源的认识将有助于国家经济的先进性和国家竞争力的提升。

4、全国灾害、风险和恢复力评价:确保国民的长期健康和财产安全

      USGS通过先进的地球观测网络获得准确而及时的资料,对自然灾害易损区进行科学评估,进行专题研究以提高灾害的预测水平。此外,USGS积极与国家各类社团协作对城市和生态系统的潜在易损区进行评价,以确保科学有效减灾的措施的有效利用。USGS将开展全国灾害监测计划,建立起灾害评估和研究的技术支撑体系,对不同规模的各类灾害和进行追踪并制定恢复计划。准确的观测、集中的研究和及时的联系将有助于在灾害发生时保护生命和财产安全。

5、环境和野生动植物对人类健康的作用:建立起鉴别环境风险对公众健康的系统

      USGS有充分的能力做一些对公众健康有利的事情。USGS监测野生动植物疾病。确定动物疾病传播给人类的途径、饮用水污染源和娱乐用水中的病原体等。USGS将整合各类数据以及环境科学方面的专家,建立起国家数据库,制作有关地质、生态源疾病和病毒物分布图。一旦建立起有关的分布图集,USGS将与有关的科学健康组织一道开展大范围的与健康有关的科学研究。

6、水资源调查:确保美国未来的谈水资源

      USGS将开展全国水资源调查工作。使公众和决策者了解:(1)淡水资源现状及其变化趋势;(2)更加准确地确定将来人类、环境和野生动物的用水需求;(3)确定可利用淡水与天然存贮量和水运动的定量关系;(4)确定淡水资源;(5)预测由于土地利用、自然和工程结构、水利用和气候变化引起的水的可利用性、水质和水生生态系统的健康状况。

       现对科学发展战略中与灾害有关的第五部分,即"国家灾害,风险以及恢复力评估计划:确保国家的长期健康发展和物质财富安全"进行详细介绍:

1、背景

      自然灾害所造成的损失有日益增多的趋势,对人身安全、社会安全、经济福利以及自然资源的威胁越来越多。在确保日益发展的社会安全方面,各级政府面临着困难的抉择。USGS是一个国际性的组织,在自然灾害研究,监测和评估以及及时交流灾害信息方面起着骨干带头作用。USGS也加强与相关单位的合作对易于造成灾害的城市地区进行监测和评估,同时帮助其制定有效的防灾措施。

2、科学发展战略综述

     USGS收集及时和准确的来自现代地球观测台网的信息,对发生自然灾害的地区进行危险性评价,开展专题研究,提高灾害预测的水平。另外,USGS积极与国内社团合作对易于造成灾害的城市和生态系统进行灾评以确保科学技术的有效应用,降低灾害损失。USGS将通过实施国家风险监测计划,建立起一个功能强大的灾害评估系统和研究支撑平台,用以形象显示不同尺度和规模的灾评信息。准确的观测,有针对性的研究以及时的通讯将保障人民和财产的安全,并且尽力保障人民免遭自然灾害的袭击。

      卡特里娜飓风,Helens火山爆发,Northridge地震以及西部森林大火的发生表明,自然灾害对国家和人民安全、社会安全,经济环境和社会资源都是一个重要的持续性威胁。尽管一个突然极度事件的发生,如飓风,地震,海啸,洪水,森林大火,火山喷发,山体滑坡很容易引起公众的注意,但灾害性事件的影响要经历一个比较慢的过程,如气候变化中的干旱和生态系统的严重破坏所导致的灾害性影响将更加持久。来自自然灾害的风险大小不但取决于灾害本身,而且还取决于灾害性事件发生之前、发生过程和发生之后人们制定的应急预案和措施。国家许多基础设施和建筑物出现老化现象,当自然灾害到来之时,它们很易于遭受破坏。都市化的不断扩张,如沿海地区、山坡地带、漫滩、断层附近的城市内荒地,使得未来造成灾害的风险性增加。随着救灾成本的不断升高和私人公司的不断增加,灾害恢复力受到了挑战,所以国家需要清楚地了解潜在危险区的分布状况,灾害对社会造成的影响,同时制定灾害恢复的发展战略。与有关单位密切合作,USGS通过对灾害、社会风险和可能灾害发生地的评估,为各级政府的管理者和决策者提供所需的有减灾效益的决策意见。

     对行动的需求是急迫的。尽管最近几年美国每年由于自然灾害所导致的人员伤亡在减少,但是应急响应和恢复重建的经济成本却在增加。每个十年,自然灾害所造成的财产损失的成本成倍或三倍的增加。如果按照这种趋势计算的话,到2017年国家将面临着强飓风数量的增加,干旱天气增加,破坏性更严重的森林大火以及在沿海区和其他高危险区人口的膨胀等危险。自然灾害的增加导致了社会风险的提高,各级政府将面临着困难的抉择。领导者必须就不断提高的综合性技术问题以及所包含的许多不确定性信息做出回答。如何处理这些问题,如何分配资源,城区如何发展将决定国家生活的标准以及在全球经济竞争中的生存能力。

     USGS有义务有责任去应用最好的自然科学技术来帮助政策制定者、应急管理者以及市民有效应对自然灾害袭击以及制定安全、重建恢复计划。

     USGS在灾难救济法令的框架下履行联邦职责,通过有效的预测和预警发布地震、火山和泥石流警报,以提高公众安全,降低损失。USGS已被公认为是科学研究的主要信息来源以及了解自然灾害起因,发生和结果的主要信息来源。其他的机构依靠USGS提供的信息以帮助他们实现自己关于自然灾害的职责任务。国家海洋和大气局的国家气象服务要求有实时流速和流水量的信息,以进行天气预测,实现国家海洋和大气局发布洪水监视和警告的法定职责。国家气象服务也利用USGS的地震台网观测数据作为海啸预警的关键输入数据。USGS地震灾害图提供了用于完善美国建筑物规范的信息。USGS及其联邦合作单位监测荒地火灾产生的条件,为了实现减低碎片流动和火灾发生频率的目的,研究火灾后恢复土壤效力的战略规划,提供当前火灾地点,火灾范围以及潜在的扩散路径的地图。USGS及其联邦合作单位的主要工作是发展一个功能强大的用于何时何地下雨的预测以及地震触发后泥石流是否可能发生的模型。USGS与联邦航空管理局、国家海洋和大气局以及其他单位合作,帮助飞行员降低火山灰云对飞机造成的危险。为了减轻磁暴放射性的灾害影响,在国家空间气象规划的赞助下,USGS与国家海洋和大气局、国防部、国家航空航天局以及国家科学基金会共同合作,提供由地面磁力计观测的实时数据以监测地球空间环境的变化条件。因为USGS把生物学、地质学、水文学、地理学、地球空间信息技术结合在一起,所以它有能力承担起所有防灾减灾的任务,实现上述目标是完全可能的。

3、战略要点

     为了最大程度降低自然灾害所导致的生命和财产的损失,USGS职责任务的核心是提供科学的信息。USGS负责监测、整合、分析和传递自然科学信息。根据这些信息,能使社团领导者制定资源分配的关键方案。USGS提供了强有力的为实现任务和目标所必备的GIS系统、Internet和信息技术工具。但是,为了加强管理并实现减低自然灾害风险的目标,USGS必须进一步加强合作,减少社会潜在的风险,提高社区灾害恢复能力,使各级政府、企业决策者明确辖区存在自然灾害风险的状况。未来十年,USGS集中开展以下5方面的工作:

    (1)强有力的监测系统建设:为了实现未来10年的目标,主要的基础投资仍然是监测网络建设,这对准确预测灾害和了解灾害的特征是必要的,灾害响应和恢复工作中也需要监测信息的强有力支持。地震、火山和洪水监测台网对帮助社区灾前预防、灾时应急响应、灾后恢复具有特别重要的意义。最近,国家科学技术委员会报告中关于提高观测能力降低灾害损失部分特别把发展现代化监测网络放在优先的位置来考虑。USGS的主要投资需求如下:

  • 充分利用先进的国家地震台网(ANSS),以提高国家以及国家26个城市高地震危险区地震监测能力;
  • 发展和部署国家火山早期预警系统建设,以监测国家169个火山区火山活动的情况;
  • 通过国家水流量信息计划(NSIP)项目,部署一个稳定的核心网络,获取用于洪水预告、洪水泛滥计划编制等方面的关键性连续性观测数据;
  • 扩建沼泽地表面海拔地层观测网络,以评价海平面台升和沿海岸沼泽地飓风的影响;
  • 引进先进空间测量技术,如机载激光雷达(LIDAR),以评价和监测与地形变化特别是海岸地形的变化。

     (2)网络通信技术:未来10年,USGS将充分利用新的网络通信技术,实现灾害信息快速传递。在地震领域,一个新的信息工具就是全球地震响应快速评估系统(PAGER)。基于全球地震台网观测系统,PAGER将为地震紧急救援部门,政府组织以及煤体提供有关全球地震灾害的有效信息。通过呼机,移动电话和e-mail等方式,PAGER将分发警报信息,包括灾害的初步影响估计,最新确定的地震位置,强度和深度信息。初步影响估计包括地震震动影响范围内的人口数量,区域建筑物结构破坏程度(烈度)的描述以及灾害损失情况。在地震发生后的几分钟内,在Internet上发布相关的地震震动图,人口密度,滑坡和泥石流可能分布情况。

     (3)灾害评估:科学地评估在何地有可能发生多大规模的灾害,指导人们选择合适的居住地和进行基本建设。基于评估模型,USGS已经可以提供了一张国家灾害分布图(图4)。考虑局部场地条件,USGS也已经开始建设城市地震灾害、滑坡和泥石流分布图。到2017年,USGS将与有关地方团体合作发展一套必要的方法和程序,充分地详细地绘制全国范围内的城市灾害图像。通过合作,USGS应当进一步增加灾害评估的有效性,对自然的和社会经济危险区以及多重灾害的自然环境进行评估。通过未来10年的努力,完善后的USGS灾评系统应当包括:增加火源的控制与预防,加强对植被、燃料评价以及火灾特征的研究;在国家范围内对所有的水流量进行观测研究;对威胁美国海岸的各种飓风类型和强度进行危险性评估;对可能产生的海啸进行检测;扩大对国家公园中存在潜在危险性的地区评估的范围,加强对由于水平面的上升和海岸线的变化所引起的沿国家海岸线区野生动植物保护的力度。 

 

 
     (4)基于已知的物理过程进行预测。准确的预测和预报依赖于对灾害发生的时间、分布特征、持续长度以及强度的物理过程的彻底理解。由USGS规划项目支持的USGS内部及其他研究机构已经开展了多方面的研究。未来10年中,必须加倍努力以降低其不可靠性、提高对灾害性事件物理机理的理解。例如:未来10年中,根据气候和暴风雨的记录,我们将进一步提高对气候长期变化趋势的理解,提高许多灾害估计的准确性。考虑断层状态及其环境状态的变化将对进一步提高地震灾害时间预测的准确性,也是理解地震发生机理很重要的研究环节。火山研究将不仅注重火山爆发时间的预测,而且也包括爆发类型和大小的预测。对泥石流发生过程的更多了解将有助于建立起实时泥石流和碎片流动预警系统的基础平台。对海啸产生过程的研究将有助于进一步改善关于国家以及全球范围内沿岸范围内海啸灾害评估系统。非接触式数据收集和实时测量不确定性的估计将显著改善洪水预测的准确性。USGS将在美国海洋科学优先研究计划中发挥作用,USGS将给出灾害性事件对沿海地区地形以及生态系统的影响响应预测结果。

    (5)合作:到2017年,根据社会经济趋势和土地使用的发展变化,生态系统破坏程度以及气候的变化,USGS将始终与大学以及政府部门合作进行城市以及生态系统潜在危险区演化的监测研究。我们将研发一套涉及全社会危险区及其灾害恢复能力的技术支撑系统,该系统与监测结果相衔接,能够实现USGS与社团组织和私营部门协同工作,更好地理解他们所面临的危险。同时,我们将提供模型、决策支持工具以及提供智能化的访问接口,通过这个借口可获取数据和地球空间信息,通过降低风险,紧急响应和恢复重建工作获取有减灾实效的结果。在USGS及其合作者内部,对社会灾害危险区的交流与进一步理解将要求有一种包括各种学科在内的方法,相等同的灾害和风险计划可以提供一种机制,通过该机制把灾害、土地覆盖、气候变化以及风险和相关技术整合在一起。除此之外,加强对自然灾害起因和影响的研究,对土地利用、土地覆盖率变化、气候变化、新能源问题、导致灾害进一步扩大的因素以及人类和环境系统的薄弱环节进行甄别和进一步研究。国家潜在危险区监测项目将结合土地覆盖情况、土地利用、人口分布、经济分布状态以及灾害信息来综合识别潜在危险区。我们需要发展地理学方法和手段,将其应用于灾害缓解、土地利用策略的选择、风险通信手段以及其他的风险管理的有效性评价之中。同时,也提供了智能化数据、知识以及用于灾害响应和恢复计划的预测模型的接口。自然科学和社会科学的有效整合将进一步提高我们对潜在危险区的评估能力、减轻灾害影响的能力以及当灾害发生时的有效的响应和灾后恢复能力。通过这五方面战略方向的建设,USGS将在有效减轻灾害损失方面做出贡献。监测和通讯手段将提高事件发生时的实时预测和事件定位速报能力。国家、区域以及区域灾害和风险的评估的准确性进一步提高,而不确定性将得到进一步降低。对灾害机理和影响场以及灾害的时间预测方面的基本研究将有助于我们更加准确的对灾害做出预警,进一步降低生命和财产损失。监测、制图和基本的研究能力的提高也将导致与易损性模型有关的不确定性的降低,从而有效降低保险和再保险的成本。未来10年,USGS必须提高所有这些方面的能力。

4、战略行动

  • 为了快速生产出可靠的产品,充分发挥技术优势,拓展现代化的监测和通讯性能。
  • 加强对海岸侵蚀成因和影响、地震、洪水、磁暴、泥石流、海啸、火山、火灾、疾病等方面的研究。
  • 提高自然灾害、环境、气候、社会之间关联性的认识水平,提高对气候可变性和自然灾害事件发生频率及强度之间关系的认识水平。
  • 发展多种具有预测能力的模型,帮助土地和紧急求援管理人员制定短期和长期减灾规划。
  • 形成一支由科学家组成的灾害工作小组,该小组成员来自USGS现有的灾害规划部门记忆相关的科学研究部门,包括土地利用及开发、气候变化、火灾、生态系统、疾病、海岸及海运地质和生态学部门。
  • 发展一支核心研究团队,主要来自USGS及合作者,包括易损性科学、USGS灾害计划科学中心、外部的研究机构、综合性大学以及联邦合作部门的专家。这支团队将集中开展以下几方面的研究工作:(a)研制一套地方、区域和国家指南和可视化系统,了解和交流自然灾害的易损性和恢复力;(b)针对具体的自然灾害,举例说明如何评估通信、生态系统和经济的易损性和恢复力。建立和加强现有政府间、私人部门、学术团体间的联系,集中解决风险评估和管理,也包括灾害响应和恢复重建方面的问题。
  • 开发一套国家级的风险监测系统,研制功能强大和完善灾害评估和研究的支持平台,该支持平台可提供可视化的、不同尺度的灾害易损性和恢复力评估结果。
  • 开发一套桌面推演的灾害辅助决策系统,为灾害评估、灾害预案、灾害响应和恢复工作提供科学和技术支持。
  • 发展信息交流的战略和决策性的产品,主要集中在认识自然灾害的社会风险和恢复力。针对不同需求的地方居民和灾区居民,开发一种新的个人交流方式的了解灾害和灾害评估的系统。

5、2017年展望

     到2017年,由于USGS及其合作者实现了灾害预防/监测/预警系统的无缝衔接,并进行统一运行与维护,所以在自然灾害面前,国家更加安全。各学科通过对灾害机理的地球内部物理问题的研究使得我们能够在社区处于危险之中时做出更加科学和合理的决策,保证人民生命财产的安全。覆盖全国的监测台网提供了及时的、准确的关于流量、火山和地震活动性、影响人类健康的野生动植物灾害以及其他潜在灾害的信息。得到了由于社会经济发展、土地耗费变化、生态系统损失、气候变化等因素所引起的城市和生态系统的易损性变化情况。健壮的森林、草原、沼泽地生态系统遭受象暴雨、雷击、洪水、火灾袭击的态势得到有效扼制。通信技术的提高保证了社团有足够的时间对面临的灾害做出响应和处理。

     本报告主要信息来源于网站http://www.usgs.gov



更新时间:2017-2-27  点击次数:2260


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