Shortage e impennata dei prezzi delle materie prime. WEBINAR

Il catalogo sismico, assieme alla zonazione sismogenetica e alla legge di previsione del moto del suolo è uno degli “ingredienti” principali delle stime di pericolosità sismica standard. Al catalogo sismico si chiede di essere il più possibile completo (cioè di riportare tutti o la grande maggioranza degli eventi sismici realmente avvenuti), accurato (cioè che gli errori dei parametri di localizzazione e magnitudo siano i più piccoli possibile) ed omogeneo, soprattutto in magnitudo (cioè che stime siano ricavate attraverso metodi coerenti tra loro).

In Italia esiste una lunghissima tradizione di cataloghi sismici che risale all’epoca pre-strumentale e che oggi contribuisce a estendere di alcuni secoli nel passato l’intervallo di completezza per gli eventi più energetici. Tali informazioni devono essere integrate con quelle strumentali disponibili già a partire dall’inizio del 1900 ma che diventano veramente affidabili solo a partire dall’inizio degli anni 1960 grazie allo sviluppo e all’installazione su larga scala dei sismometri elettromagnetici. 

Ai fini delle stime di pericolosità, il parametro sicuramente più critico è la magnitudo in quanto gli errori di localizzazione epicentrale e sul tempo origine non si propagano in modo significativo sui valori di pericolosità. In tale contesto potrebbe essere critica invece la profondità ipocentrale ma la stima di tale parametro è così incerta anche per eventi relativamente recenti che normalmente si preferisce non includerla nelle procedure di valutazione della pericolosità, anche perché, almeno nell’area italiana, la grandissima maggioranza delle sorgenti sismiche dei terremoti significativi ai fini della pericolosità è localizzata nello stesso ristretto intervallo di profondità compreso tra circa 10 e i 20 km e di conseguenza presenta proprietà simili ai fini delle valutazioni di pericolosità.

L’ultima versione CPTI15 2.0 del catalogo sismico italiano, compilata proprio a fini della valutazione della pericolosità, ha posto rimedio ad alcune delle criticità che erano state segnalate riguardo alle precedenti versioni. In particolare, ora la pendenza della distribuzione magnitudo-frequenza (b-value di Gutenberg-Richter) risulta coerente con i valori (prossimi a 1) mediamente osservati sia in Italia che in altre aree della Terra. Restano tuttavia alcuni dubbi sull’omogeneità della calibrazione della magnitudo per gli eventi avvenuti prima del 1960. Inoltre, tale catalogo corrisponde ad un modello di raccolta delle informazioni sismiche abbastanza datato in quanto riporta solo eventi considerati significativi ai fini di pericolosità (Mw >= 4) ma non la sismicità minore, oggi disponibile dal database INGV fino a Mw 1, che potrebbe avere un ruolo nelle fasi di preparazione delle scosse maggiori. A questo proposito si segnalano anche alcuni recenti metodi per il completamento dei cataloghi per magnitudo ancora inferiori attraverso metodi semiautomatici. Con l’abbassamento della soglia di magnitudo si pone anche il problema dell’adeguatezza delle relazioni di calibrazione tra Mw e altre stime di magnitudo (ML e Md) che sono state ottenute confrontando solo eventi con Mw>3-3.5. 

Lo studio delle faglie sismogenetiche e la loro integrazione nei modelli di pericolosità sismica è argomento di ricerca e dibattito scientifico a livello internazionale. Le domande chiave che ci si pone sono: qual è la migliore strategia per colmare il divario di conoscenza e competenza quando si considerano le faglie nelle stime di pericolosità sismica? I geologi che si occupano di tettonica attiva forniscono le informazioni più rilevanti per la valutazione della pericolosità sismica? I modellisti interpretano i dati geologici in modo appropriato? L'intera gamma di incertezze associate alla caratterizzazione delle faglie è correttamente compresa e propagata nei calcoli? In che modo i modelli di pericolosità sismica fault-based possono contribuire a una migliore rappresentazione del comportamento a lungo termine dei sistemi di faglie? Queste sono alcune delle numerose domande che gruppi di ricerca internazionali, quali ad esempio il Working Group della European Seismological Commission “Fault2SHA” (fault2sha.net), stanno affrontando da anni.

Obiettivo di questo incontro è stimolare la discussione anche all’interno della comunità scientifica italiana, iniziando una discussione sui seguenti punti:

1.   Database di faglie attive e di sorgenti sismogenetiche: stato dell’arte, progetti in progress e idee per il futuro;

2.   Database di dati paleosismologici: stato dell’arte, progetti in progress e idee per il futuro;

3.   Dati geologici e paleosismologici: interpretazione degli stessi da parte di chi li raccoglie (geologi) e di chi li utilizza (hazard modellers);

4.   Sistemi di faglie attive e interazione a breve e medio termine: interpretazione dei dati disponibili e integrazione di modelli complessi nelle valutazioni della pericolosità sismica;

5.   Strain rate e geodesia: come questi dati possono essere integrati al meglio nei modelli di pericolosità sismica fault-based.

L'analisi della sismicità è un ingrediente di base per le stime della pericolosità sismica. Attualmente esistono diverse procedure che utilizzano dati e assunzioni differenti, con la sola costante di fornire stime di tassi di sismicità stazionari e Poissoniani nel tempo. Ciò è un prerequisito essenziale per il calcolo della pericolosità tramite le procedure comunemente utilizzate.

In questo primo incontro ci focalizzeremo principalmente sulla discussione di questo aspetto e sul suo impatto nel calcolo della pericolosità sismica. In particolare, affronteremo domande del tipo: si può andare oltre l'ipotesi di Poisson per il calcolo della pericolosità sismica? E' sufficiente declusterare un catalogo sismico per ottenere una sismicità Poissoniana? Esistono attualmente diverse strategie per declusterare un catalogo sismico; qual è la più opportuna e quali sono le differenze? Come si può valutare l'effetto degli eventi rimossi dal declustering in termini di pericolosità sismica? Oltre alla dipendenza temporale dei cluster di sismicità che vengono rimossi con il declustering, esistono altri tipi di dipendenza temporale che abbiano effetto nei calcoli di pericolosità?

Un ulteriore argomento di discussione riguarderà la credibilità dei modelli: tenendo conto che i tempi per effettuare test prospettivi sono proibitivi, come possiamo valutare se un modello di sismicità è credibile?

Insieme al calcolo dei tassi di sismicità, le relazioni di attenuazione del moto del suolo (GMPE) rappresentano l’elemento chiave per la valutazione della pericolosità sismica condotta con approcci probabilistici (PSHA). In quest’ambito, una GMPE ha la forma di una distribuzione di probabilità log-normale mediante la quale è possibile associare un valore di probabilità ad una qualsiasi grandezza rappresentativa o dello scuotimento sismico del suolo (ad esempio, la PGA) o degli effetti sulle strutture (ad esempio le ordinate dello spettro di risposta o dell’intensità macrosismica). Nella PSHA, sia la media che la varianza di questa distribuzione giocano un ruolo importante nella valutazione della pericolosità. Tuttavia, la maggior parte degli studi relativi alle GMPE si concentra principalmente sulla stima della media attraverso il quale si cerca di catturare la fenomenologia macroscopica del processo fisico sottostante (diffusione geometrica, effetti di smorzamento, energia rilasciata dalla sorgente, effetti di sito ecc.). La varianza, invece, viene generalmente valutata senza alcun collegamento con la fisica del processo, essendo assunta come rappresentativa della intrinseca variabilità stocastica di quest’ultimo. Di conseguenza, nella valutazione dell'efficacia delle GMPE viene dedicata una maggiore attenzione all'eventuale presenza di effetti sistematici (e quindi sulla sua media) mentre meno attenzione è dedicata alla valutazione dell'affidabilità della stima della varianza. Il fatto che in molti studi PSHA esista un limite superiore fisso per la variabilità del moto del suolo suggerisce che la stima della varianza sia considerata meno affidabile di quella della media.

Con l'obiettivo di chiarire i problemi aperti e di delineare possibili campi di interesse comune per le ricerche future, vengono suggeriti alcuni temi per la discussione:

1.   Gli aspetti statistici giocano un ruolo importante nella definizione di GMPE: le caratteristiche del campione di dati possono incidere in modo significativo sulla parametrizzazione e possono essere ritenute responsabili della notevole eterogeneità delle GMPE adottate nelle diverse parti del mondo. Una definizione più completa dei dati utilizzati per la parametrizzazione e la loro selezione accurata può essere più efficace del loro semplice incremento quantitativo nell'illusione che questo incremento, di per sé, possa migliorare il risultato. Quale attenzione è dedicata al problema della completezza per i valori bassi di scuotimento del suolo? Quali sono le strategie migliori da applicare per affrontare questi problemi?

2. In che misura l’aumento di specializzazione di ogni GMPE (ottenuto aumentando il numero di variabili indipendenti) può effettivamente migliorare il risultato, ovvero la previsione dello scuotimento? Sarebbe forse bene adottare una maggiore cautela in questo senso per tenere conto del fatto che le caratteristiche del set di dati in molti casi non consentono di gestire efficacemente la parametrizzazione inducendo una serie di possibili problemi statistici (es. multicollinearità)

3. Cosa possiamo fare per migliorare e valutare la qualità della stima della varianza? La maggior parte degli sforzi è dedicata alla riduzione della varianza più che alla sua determinazione. L’impiego di una distribuzione log-normale è effettivamente il modo migliore per modellare la variabilità dello scuotimento del suolo?

4. Qual è la relazione tra la propagazione a lungo raggio che le GMPE vogliono modellare e gli effetti di sito? Esiste una base statistica congruente per implementare questi effetti all’interno della GMPE? Qual è il significato delle parametrizzazioni sintetiche adottate per implementare questi effetti?

Per molto tempo in Italia la comunità scientifica ha ritenuto che la pericolosità sismica fosse quasi solo quella probabilistica alla Cornell, anche se l’approccio deterministico è stato utilizzato a lungo, in particolare per impianti di rilevante importanza strategica ed economica.

Oggi possiamo dire che esistono tante pericolosità, almeno quante sono le possibili applicazioni, nessuna necessariamente superiore alle altre. La stessa pericolosità probabilistica cambia approcci e strumenti a secondo della finestra temporale di interesse, dal breve al lungo fino al lunghissimo termine.

Quello che non cambia è l’utilizzo di approcci che consentano l’effettiva esplorazione delle incertezze, la realizzazione di test di validazione o almeno di consistenza, ma anche la combinazione di più modelli in una struttura ensemble. Questo è ormai lo standard a livello internazionale cui è importante attenersi per applicazioni pratiche che interessano tutta la popolazione.

A che punto siamo oggi in Italia? Su quali aspetti c’è un accordo vasto e su quali ancora si discute?