Jordbävningar kan ha förödande effekter på samhällen runt om i världen. De slår utan förvarning, leder ofta till stora dödsfall. Eftersom efterskalv som följer efter den första jordbävningen ofta visar sig vara mer katastrofala än huvudskalv, att kunna förutsäga intensiteten i framtida efterskalv kan hjälpa till att rädda liv. Docent Jiancang Zhuang och emeritusprofessor Yosihiko Ogata från Institute of Statistical Mathematics (ISM) i Japan, i samarbete med kollegor, har utvecklat en metod som kan förutsäga sannolikheten för när och var efterskalv sannolikt kommer att inträffa, och hur stark den största av dessa kommer att vara.

Deras resultat publicerades den 6 september, 2019 i Naturkommunikation .

Jordbävningar kan utlösa rörelse i jordskorpan, orsakar instabilitet som kan resultera i kraftigare skakningar. En jordbävning är sällan en isolerad händelse, utan snarare åtföljd av en sekvens av händelser, kallas ofta för kluster. Varje sekvens domineras vanligtvis av en händelse som har en större omfattning än alla andra händelser i sekvensen. Denna händelse är känd som huvudchocken, medan händelserna som föregår och/eller följer är kända som för- respektive efterskalv. Efterskalv inträffar i samma region som huvudskalv men är av mindre omfattning. När ett efterskalv är större än huvudskavet, den ursprungliga mainshocken är omdesignad som en förshock, och det större efterskalvet erkänns som huvudskalvet.

"Många starka jordbävningar följs av en efterföljande stor jordbävning, av magnitud som liknar det ursprungliga skalvet eller till och med starkare. Upprepade jordbävningar orsakar ackumulerade skador på redan försvagade byggnader och infrastrukturer; därför, att förutse att de inträffar är en utmanande uppgift ur civilskyddets synvinkel för att förhindra kontinuerliga förluster av liv, ", sade författarna. "Sannolikheterna för den största jordbävningen efter en stor jordbävning kan utvärderas genom att lära sig från andra jordbävningssekvenser - en statistisk metod som kallas Bayesiansk slutledning - och från en mycket kort registrering av jordbävningssekvensen, "Förklarade Zhuang.

Författarna har introducerat en ny metod för att förutsäga omfattningen av det största efterskalvet inom ett framtida tidsintervall, i realtid, från jordbävningssekvensens historia. Denna metod analyserar datamönstren från den speciella jordbävningen genom att kombinera två statistiska metoder (bayesiansk statistik och extremvärdesteori) och införliva data i ETAS-modellen (Epidemic Type Aftershock-Sequence) – en punktprocess som representerar den tidsrelaterade aktiviteten av jordbävningar i en viss geofysisk region - för att snabbt och exakt beräkna och förutsäga sannolikheten och svårighetsgraden av efterskalv. Metoden, som framgångsrikt användes för att analysera jordbävningssekvenserna från 2016 års jordbävning i Kumamoto, Japan, och förutspådde i efterhand sannolikheten för stora efterföljande jordbävningar efter storchocken, ger ett användbart verktyg för att mildra jordbävningsrisken.

"Vi förstår att det är omöjligt att göra exakta förutsägelser om när och var en skadlig jordbävning kommer att inträffa på grund av den inneboende slumpen i jordbävningsförekomsten och våra begränsade observationer av den underjordiska processen. Men jordbävningen är inte heller helt slumpmässig, ", sade Zhuang. "Detta arbete görs genom att använda vår förståelse av jordbävningsklustring, vilket är den mest förutsägbara komponenten i seismicitet. Vårt mål är att hitta så många förutsägbara komponenter i jordbävningsprocessen som möjligt så att vi kan minska slumpmässigheten i våra prognoser. "

Denna forskning följer på ett relaterat forskningsresultat medförfattare av Ogata som publicerades i Vetenskapliga rapporter under 2013, som använde Omori-formeln för att förutsäga stora efterskalv inom en dag efter huvudchocken.

"Skillnaden mellan de två tidningarna, säger Zhuang, "är att den förra är baserad på Omori -formeln, som endast gäller vid ett enda huvudchock, och innebär att frekvensen av efterskalv minskar snabbt med tiden. Medan vårt papper är baserat på ETAS-modellen, en mer avancerad modell som gäller för flera stora jordbävningar, som i Kumamoto -fallet, " sade han. "Modellen som användes i 2013 års studie syftar till att korrigera fördomar som orsakas av saknade data, medan den nya modellen hjälper till att få stabila resultat så snabbt som möjligt genom att använda förkunskaper."

Vidare, modellen som beskrivs i 2013 års tidning "förutspår jordbävningstakten i framtiden, och tar bara hänsyn till den största magnituden i ett fast tidsintervall i framtiden, sa Zhuang, och tillägger:"Resultaten av de två artiklarna kompenserar varandra snarare än att motsäga varandra. Det är svårt att jämföra dem direkt genom sina resultat."

"En av de viktiga fördelarna med den implementerade metoden är att den helt införlivar osäkerheterna i modellparametrarna i analysen och klustringsstrukturen för seismicitet, "författarna skriver, som drar slutsatsen att "komplex utlösning inklusive förskott och/eller efterskalv av högre ordning inte kan försummas i syfte att förutse jordbävning/efterskalv."

Enligt Zhuang, nästa steg är att kunna beräkna detta i realtid, så att när rekordet över jordbävningar har uppdaterats, sannolikhetsprognosen uppdateras omedelbart.