Sistemi di Allerta Sismica Immediata (“Early Warning”) per

la mitigazione degli effetti dei terremoti

Prof. Aldo ZolloUniversità degli Studi di Napoli “Federico II”

Centro Regionale di Competenza AMRA

Sismicità attualeSismicità storica

Mappa delle massime intensità osservate nell’ultimo millennioultimi 5 anni

Terremoti in ItaliaTerremoti in Italia

Rischio SismicoRischio Sismico

rischio

pericolosità vulnerabilità esposizione

Mitigazione del rischio

• Potenziamento del sistema di monitoraggio e delle metodologie di osservazione

• Simulazione e predizione di scenari realistici di scuotimento sismico

• Interventi sul patrimonio edilizio

•Attività educative ed informative

(Early Warning Sismico)

Allerta Sismica Immediata

• COS’E’ un sistema di allerta sismica

immediata (early warning sismico)• PERCHE’

Un sistema di early warning sismico in Campania

• QUALEla concezione e l’architettura del sistema

• COMEvengono stimati in tempo reale la localizzazione e magnitudo

““Early warning” sismicoEarly warning” sismico

Sistema Early Warning Sistema Early Warning Sismico: Sismico:

Idea di BaseIdea di Base

• Si basa sulla differenza tra la velocità di propagazione delle onde sismiche nel sottosuolo e quella dei segnali analogici(digitali) trasmessi via radio (o cavo)

• In funzione della distanza dall’area sorgente di un forte terremoto, l’informazione circa la sua localizzazione e magnitudo può raggiungere il sito “potenzialmente a rischio” da qualche decina a pochi secondi prima dell’arrivo delle onde sismiche di ampiezza più rilevante.

EPIC

Velocità delle onde S : circa 3.5 km/sec

Usi potenziali dell’Early WarningUsi potenziali dell’Early Warning

Azioni Individuali:Misure protettive in casa, posti di lavoro, aule scolastiche quali la messa in sicurezza sotto banchi, strutture portanti-allontanamento immediato da dispositivi chimici, impianti pericolosi, infrastrutture lavorative instabili (edilizia, pulizia..)

Azioni Automatiche:- Attivazione di meccanismi di rallentamento/stop di sistemi di trasporto di materiali in aree industriali- Annullamento atterraggio di aeroplani- Arresto del traffico all’imbocco di ponti / autostrade a rischio- Disattivazione di impianti chimici industriali- Protezione,controllo, temporanea disattivazione delle reti del gas, elettriche- Attivazione di meccanismi di controllo semi-attivo degli edifici (in fase sperimentale in Giappone)- back-up dati e spegnimento di sistemi di calcolo di particolare rilevanza

Sistemi di “Early Warning” Sistemi di “Early Warning” sismico nel mondosismico nel mondo

• “Regionali”> Rete sismica nell’area sorgente dei terremoti ed

area target distante– Taiwan– Città del Messico– Bucharest– Regione Campania (in costruzione)

• “In-situ” > rete sismica o singoli sensori disposti sull’area

target– Giappone

Sistema Early Warning tipo Sistema Early Warning tipo “Regionale”“Regionale”

La rete sismica di Taiwan in area sorgente dei terremoti è in grado di valutare in meno di 5 sec la magnitudo dell’evento. Questa informazione è inviata con un anticipo di 20-30 secondi lungo la costa.

Sistema Early WarningSistema Early Warningtipo “In-Situ”tipo “In-Situ”

Il sistema Uredas in Giappone è installato lungo la linea ferroviaria Shinkansen. E’ capace di predire magnitudo e distanza dell’evento potenzialmente distruttivo a partire dall’analisi dei primi secondi delle onde P.

E’ un progetto pilota per la sperimentazione di un sistema di early warning sismico nella Regione Campania e per la valutazione rapida dello scenario di danno atteso in seguito a forti terremoti

Tempi di realizzazione: fine 2005 completamento della rete sismica per il rilevamento in

tempo realefine 2006 implementazione del sistema di trasmissione dati

Enti finanziatori:

Regione Campania- Settore Protezione CivileAMRA Centro Regionale di Competenza sui Rischi Ambientali

Il prototipo di sistema “Early Il prototipo di sistema “Early Warning” sismico in CampaniaWarning” sismico in Campania

WH

AT

WH

AT

HO

WH

OW

WH

YW

HY

Sismicità storica della Regione Sismicità storica della Regione CampaniaCampania

Tyrrenian sea

Cam

pania

Region

Tasso di ricorrenza dei terremotiTasso di ricorrenza dei terremoti

Mappa di probabilita dei terremoti moderati e forti (Mper i prossimi 10 anni (Cinti et al., G3, 2005)

southernApennines

Dati strumentali (Boschi et al,2003)

M>4.0 1 evento ogni 1.5 anni

M>5.0 1 evento ogni 4 anni

M>6.0 1 evento ogni 32 anni

Peculiarità e problemi Peculiarità e problemi

• Gli eventi moderati (M>4.5) sono di interesse impatto sociale,agibilità delle infrastrutture

• Piccole distanze ipocentrali ridotte finestre temporali per l’allerta immediata

• Eventi di rottura multipla complessità/ attendibilità della localizzazione e stima della magnitudo

Obiettivi sensibiliObiettivi sensibili

citta of Napoli

ospedali

Stazioni pompieri

Linee elettriche/gas

industrie

Linee ferroviarie

Autostrade

4 città medie

Tempi caratteristici per l’EW in Tempi caratteristici per l’EW in CampaniaCampania

Concetti generali del sistema Concetti generali del sistema EW in Campania 1/2EW in Campania 1/2

Finestra Temporale di Allarme

Output

Early Warning 1-2 decine di secondi

Stringa di dati: localizzazione, magnitudo con relativi errori

X, X, M, M

Post-event

Warning

1-2 centinaia di secondi

Simulazione scuotimento del moto del suolo

EARLY WARNING• Processi distribuiti di analisi e decisione (“virtual sub-net”

Taiwan)• Continuo aggiornamento dei dati e diffusione dei

parametri di uscita (aumento progressivo dall’attendibilità dei parametri stimati)

POST-EVENT WARNING• scenario preliminare: misura ed interpolazione areale del

moto del suolo• scenario dettagliato: simulazione della rottura e

propagazione delle onde usando semplici modelli sorgente/propagazione

Concetti generali del sistema Concetti generali del sistema EW in Campania 2/2EW in Campania 2/2

Localizzazione & Magnitudo in Localizzazione & Magnitudo in Tempo RealeTempo Reale

• Localizzazione– Problema concettualmente semplice, tecniche

standard o in via di sviluppo, precisione elevata

• Magnitudo– Problema concettualmente difficile,

regressioni empiriche su osservabili di misura complessa, precisione bassa

Stima della Magnitudo in Stima della Magnitudo in Tempo RealeTempo Reale

Come sia possibile avere in 3 sec di segnale informazioni sulla grandezza di un terremoto la cui rottura dura una decina di secondi?

Problema scientifico aperto

Stima della Magnitudo in Stima della Magnitudo in Tempo RealeTempo Reale

Il periodo dominante del segnale nei primi 3 sec dipende dalla magnitudo !

Bagnoli (22 km)Calitri(20 km)

1980 Irpiniaearthquake

Ms=6.9

TPmax (4sec)

M

Tpm

ax

Allen & Kanamori,2003

Misura della magnitudo alla Misura della magnitudo alla rete EW in Campania rete EW in Campania

Magnitudo

Ampiezze di picco delle onde P ed S nei primi secondi

Misura dell’energia sismica

Periodo dominante

Localizzazione: Approccio Localizzazione: Approccio evolutivoevolutivo

Dalla prima registrazione dell’onda P ad una stazione della rete si ottiene una localizzazione preliminare che viene via via aggiornata man mano che altri dati vengono acquisiti dalla rete

STA1

EQK

SIMULAZIONE

TERREMOTO

IRPINIA

ConclusioniConclusioni

Lo sviluppo e l’applicazione di sistemi “early warning” per la difesa dagli effetti dei terremoti è la nuova frontiera della ricerca scientifica e tecnologica della sismologia e dell’ingegneria sismica

E’ richiesto un’elevato grado di automazione delle procedure di notifica dell’allerta e delle conseguenti azioni di mitigazione dei danni Alta affidabilità del sistema, sistemi avanzati di tele-comunicazion e

In Regione Campania è in corso di realizzazione un sistema di allerta sismica immediata all’avanguardia a livello internazionale il cui utente principale sarà la Protezione Civile Regionale.

Va costruita l’interfaccia tra il sistema di allerta ed i potenziali utilizzatori (Protezione Civile, operatori e gestori delle emergenze sismiche, decision makers,..) formazione, informazione , diffusione dei risultati,…