地震海啸危险性分析不确定性评估的全局敏感分析方法

The purpose of this study is to propose a global sensitivity analysis method and to establish a basic assessment procedure to estimate the uncertainty in the seismic tsunami risk analysis. In case study, we assume that the tsunamis are generated by strong earthquakes occurred in potential tsunamis sources located in or near to the South China Sea and the East China Sea. Firstly, Monte Carlo simulation are used to get random samples of the seismic tsunami source parameters , according to the estimated range and distribution of them. Secondly, based on those samples, the propagation of tsunami waves in the South China Sea, East China Sea and its adjacent area are simulated by means of COMCOT model. Then we perform the global sensitivity analysis of tsunami wave height and its arrival time to the seismic tsunami source parameters, using the simulation results at the particular positons in China coastal area. Finally, we summarize the uncertainty in the seismic tsunami hazard analysis, and establish a basic assessment procedure to estimate it. The highlight of this study is put forward new methods and new technology.

本项研究拟提出地震海啸危险性分析不确定性评估的全局敏感分析方法，建立地震海啸危险性分析不确定性评估的基本程式。案例研究以我国南海、东海邻域的潜在海啸源发生强震引发海啸的为场景：依据该区域潜在地震海啸源参数取值范围和分布特征的估计结果，用蒙特卡洛方法模拟得到地震海啸源参数分布的随机样本，并将之输入海啸波传播的COMCOT模式，然后模拟计算中国南海、东海及邻域海啸波生成和传播的过程，再选取中国沿海区域特定地点海啸波高和到时模拟计算结果，采用全局敏感分析方法，进行海啸波高和到时相对潜在地震海啸源参数的敏感性分析，最后总结地震海啸危险性分析的不确定性特征，给出评估这类不确定性的基本程式。本项研究主要特色是提出新方法和新技术。

目前地震海啸危险性分析通常采用海啸数值模拟方法，潜源参数是进行海啸数值模拟必备的输入参量，但基于现有的理论和技术，这些参数的取值难以避免不确定性，所以有必要研究：如何耦合潜源参数取值不确定性效应，如何分析潜源参数不确定性对特定场点地震海啸危险性不确定性的影响以及后者对前者的敏感性特征。. 分析了中国南海、东海及邻域的两个潜啸源区（马尼拉海沟俯冲带和琉球海沟俯冲带）的地震地质特征和地震活动性特征，估计了潜源参数的取值范围和分布形式，采用COMCOT地震海啸数值模式数值，模拟计算中国南海、东海及邻近海域的地震海啸生成与传播，提出耦合潜源参数不确定性效应的地震海啸危险性估计方法和近岸特定场点地震海啸危险性对潜源参数的全域敏感性分析方法（包括排序方法和定量分析方法），建立了地震海啸危险性分析不确定性评估的全域敏感性分析程式。. 我们将广义极值理论引用到潜源震级上限和强震重现水平估计和估计结果的不确定性分析。我们引进敏感性分析中的Morris方法，进行潜源参数不确定性对特定场点海啸危险性不确定性影响程度排序，并分析其中各个参数之间的相互作用。结果显示，所选特定场点海啸危险性对潜源参数的敏感性程度排序，由大到小依次为震级、震源深度、走向、倾角、滑动角，但影响程度各个特点场点之间存在差异；各个潜源参数之间在不同特点场点对海啸危险性不确定性的影响均存在相互作用，但对不同场点而言，相互作用的程度不同。我们引进敏感性分析中的E-FAST法，定量分析海啸数值模型输出的最大海啸波高对震级，震源深度，震中位置和断层走向、倾角、滑动角等震源参数的敏感性，以及各潜源参数间的交互效应对最大海啸波高的影响。.本研究建立了地震海啸危险性分析不确定评估的新的技术和方法。