Sistemi di Allerta Sismica Immediata (“Early Warning”) per la mitigazione degli effetti dei terremoti Prof. Aldo Zollo Università degli Studi di Napoli “Federico II” Centro Regionale di Competenza AMRA

Terremoti in Italia Sismicità storica Sismicità attuale ultimi 5 anni Mappa delle massime intensità osservate nell’ultimo millennio

Rischio Sismico Allerta Sismica Immediata (Early Warning Sismico) 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 Allerta Sismica Immediata (Early Warning Sismico)

“Early warning” sismico COS’E’ un sistema di allerta sismica immediata (early warning sismico) PERCHE’ Un sistema di early warning sismico in Campania QUALE la concezione e l’architettura del sistema COME vengono stimati in tempo reale la localizzazione e magnitudo

 Sistema Early Warning Sismico: Idea di Base EPIC  Velocità delle onde S : circa 3.5 km/sec 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.

Usi 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” sismico 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 “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 Warning 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.

Il prototipo di sistema “Early Warning” sismico in Campania 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 reale fine 2006 implementazione del sistema di trasmissione dati Enti finanziatori: Regione Campania- Settore Protezione Civile AMRA Centro Regionale di Competenza sui Rischi Ambientali

Sismicità storica della Regione Campania WHAT HOW WHY Campania Region Tyrrenian sea

Tasso di ricorrenza dei terremoti 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 southern Apennines Mappa di probabilita dei terremoti moderati e forti (M5.5) per i prossimi 10 anni (Cinti et al., G3, 2005)

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 sensibili citta of Napoli 4 città medie ospedali Stazioni pompieri Linee elettriche/gas industrie Linee ferroviarie Autostrade 4 città medie

Tempi caratteristici per l’EW in Campania

Concetti generali del sistema EW 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, DX, M, DM Post-event Warning 1-2 centinaia di secondi Simulazione scuotimento del moto del suolo

Concetti generali del sistema EW in Campania 2/2 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

Localizzazione & Magnitudo in Tempo Reale 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 Tempo 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 Tempo Reale Il periodo dominante del segnale nei primi 3 sec dipende dalla magnitudo !

Misura della magnitudo alla rete EW in Campania Bagnoli (22 km) Calitri(20 km) 1980 Irpinia earthquake Ms=6.9 TPmax (4sec) M Tpmax Magnitudo Ampiezze di picco delle onde P ed S nei primi secondi Misura dell’energia sismica Periodo dominante Allen & Kanamori,2003

Localizzazione: Approccio evolutivo 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

Conclusioni 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,…