Aggiornamento del modello di PERICOLOSITA' SISMICA di lungo termine per l’Italia

Il Centro di Pericolosità Sismica (CPS) dell’INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia), nell’ambito della convenzione 2015 con il Dipartimento della Protezione Civile, e in accordo con questo, si è fatto carico di realizzare un nuovo modello di pericolosità sismica del territorio nazionale che possa aggiornare l’attuale modello di riferimento (MPS04-S1) rilasciato tra il 2004 e il 2006.
Scopo di questa iniziativa è realizzare un modello che sfrutti tutti gli avanzamenti realizzati negli ultimi anni relativamente ai dati disponibili, agli approcci e ai codici di calcolo. Per ottenere un modello di consenso, è necessario coinvolgere la comunità scientifica e con essa condividere le scelte operative, le modalità di trattamento dei dati, la valutazione dei risultati. Nel corso di questo percorso non sarà svolta nuova ricerca, ma si dovranno utilizzare gli avanzamenti già raggiunti dalla comunità, possibilmente già passati al vaglio del peer review.
Il programma si concluderà alla fine del 2016 e sarà coordinato dai due responsabili del CPS.
Il CPS ha organizzato l’attività attraverso una serie di tavoli di lavoro, uno per ogni filone tematico, ai quali i ricercatori interessati potranno sottomettere modelli, idee, dati, ecc. Le proposte dovranno essere relative all’intero territorio nazionale e non potranno essere prese in considerazione quelle relative a porzioni limitate se non in casi molto particolari (per esempio, aree vulcaniche).
Tutte le attività svolte dai tavoli di lavoro, sia in senso positivo, sia che in senso negativo (per esempio, quelle opzioni che potranno essere eventualmente scartate nel corso dei lavori), dovranno essere documentate e rese pubbliche.
Questo è l’elenco dei tavoli di lavoro, che saranno meglio descritti nel seguito:
1. Coordinamento del programma MPS16;
2. Dati di input;
3. Modelli di sismicità;
4. Modelli di attenuazione;
5. Implementazione del calcolo e restituzione dei risultati;
6. Validazione del modello di pericolosità sismica.
I ricercatori e i gruppi di ricerca interessati a partecipare al programma dovranno inviare la propria richiesta di adesione via email all’indirizzo cps@ingv.it entro il 24 aprile 2015, con la descrizione dell’attività proposta contenuta in una/due pagine, unitamente all’elenco delle persone interessate. Saranno poi contattati dai coordinatori del CPS che valuteranno se le proposte rientrano nell’ambito delle linee guida qui esposte.
Le attività e le interazioni tra i ricercatori avverranno principalmente per via telematica, con alcune riunioni plenarie o dei tavoli di lavoro per le quali il CPS contribuirà alle spese di trasferta.
Vengono ora elencate le attività principali previste per il raggiungimento dell’obiettivo finale e che coincideranno con i tavoli di lavoro congiunti.
Tutti i tavoli dovranno rilasciare:
• un documento che riassuma lo stato dell’arte, in Italia e nel mondo, nonché il programma dettagliato dei lavori entro luglio 2015;
• un documento che riassuma il raggiungimento degli obiettivi a dicembre 2015;
• un documento finale con dei prodotti utilizzabili nella costruzione del modello (anche in termini di formato dei dati) entro giugno 2016.
Il CPS, in coordinamento con il DPC, potrà chiedere ai tavoli di lavoro ulteriori documenti ed elaborazioni in corso d’opera.
I tavoli di lavoro che concluderanno la propria attività prima del giugno 2016 termineranno con la consegna del prodotto finale la propria esistenza.

1. Coordinamento del progetto MPS16
Questo tavolo di lavoro rappresenta il coordinamento dell’intero progetto e sarà composto, oltre che dal personale afferente al CPS, da ricercatori con esperienza provata nel settore della pericolosità sismica. Al tavolo potranno essere invitati a partecipare ad alcune riunioni rappresentanti del Dipartimento della Protezione Civile e del mondo dell’ingegneria sismica (per esempio attraverso il consorzio Reluis e Eucentre), al fine di individuare i requisiti che il modello dovrà rispettare o il tipo di output, anche in funzione di possibili applicazioni del modello stesso, quali stime del rischio sismico o modifiche dell’azione sismica della normativa delle costruzioni.
Scopo del tavolo sarà quello di costruire l’intera impalcatura del modello finale, guidando nel dettaglio l’attività degli altri tavoli di lavoro, suggerendo attività e miglioramenti alle stesse, valutando anche l’approccio da utilizzare per la stima e propagazione delle incertezze epistemiche (per esempio, albero logico con combinazione tra tutte le opzioni oppure un modello cosiddetto “ensemble”), nonché le strategie per “pesare” i diversi modelli o elementi di input (giudizio esperto o valutazione a valle sulla base delle prestazioni). Tra le opzioni che il gruppo di coordinamento dovrà valutare c’è anche la possibilità di introdurre nel calcolo un catalogo che contenga le repliche, vale a dire non declusterato.
Le scelte di questo tavolo di lavoro dovranno essere motivate anche con simulazioni, test, applicazioni reali che mostrino l’incidenza di una scelta rispetto ad un’altra.

2. Dati di input
Questo tavolo di lavoro sarà responsabile di reperire, valutare, implementare tutti i dati sismologici che diventano elementi di input per la stima della pericolosità sismica. In particolare tra gli obiettivi di questo tavolo vi è la messa a punto di una versione aggiornata del catalogo storico dei terremoti, del modello sismotettonico da utilizzare per definire le aree sorgente, e del database delle sorgenti sismogenetiche individuali. Inoltre questi dati dovranno essere corredati di una serie di elaborazioni utili per le fasi successive del progetto.
Il gruppo di lavoro CPTI ha rilasciato nel novembre 2014 a solo uso interno del CPS una versione aggiornata a tutto il 2013 del catalogo, che include tutti i nuovi studi prodotti dopo il rilascio di CPTI04 e mai incorporati prima d’oggi nel database macrosismico. I nuovi studi sono stati parametrizzati (localizzazione e magnitudo) con le stesse modalità adottata in CPTI11, senza procedere ad una nuova calibrazione degli algoritmi adottati (Boxer e metodo di Bakun & Wentworth).
La versione che dovrà essere utilizzata dal CPS dovrà pertanto sviluppare le seguenti attività:
• calibrazione degli algoritmi per la parametrizzazione degli eventi;
• parametrizzazione di tutti gli eventi in catalogo, secondo le modalità già utilizzate per la versione CPTI11 (selezione dei parametri migliori tra quelli disponibili, basati su dati macrosismici o su dati strumentali);
• individuazione dell’algoritmo “migliore” per un eventuale declustering del catalogo (previo esecuzione di test tra i diversi approcci disponibili in letteratura);
• stima degli intervalli di completezza del catalogo per aree geografiche con approccio statistico o di un modello misto che combini sia l’approccio storico sia quello statistico;
• individuazione della magnitudo minima per la quale il catalogo può essere considerato completo da utilizzare nella stima della pericolosità sismica;
• definizione o rivalutazione di relazioni di conversione tra i diversi tipi di magnitudo, in particolare da Ml a Mw, cercando di migliorare quanto attualmente in uso per la sismicità attuale.
Il modello di zone sorgente denominato ZS9 derivava da un modello sismotettonico del Mediterraneo centrale basato sulla letteratura disponibile a suo tempo (in particolare Meletti et al., 2000). Per definire un nuovo modello di zone, o aree sorgente, si rende necessario procedere ad una revisione del modello sismotettonico ed eventualmente al suo aggiornamento che sfrutti tutto il bagaglio di conoscenze accumulato negli ultimi 15 anni.
Il database delle sorgenti sismogenetiche individuali (DISS, Basili et al., 2008) è stato aggiornato periodicamente da parte del gruppo di lavoro dell’INGV. L’ultima versione rilasciata pubblicamente è quella compilata nell’ambito del progetto EU SHARE, con copertura a scala europea. Ulteriori avanzamenti sono stati realizzati da parte degli autori (soprattutto per quanto riguarda l’Italia) e si può pensare di avere una nuova release nell’ambito delle attività di questo progetto. Il tavolo di lavoro dovrà quindi assicurare il rilascio del modello aggiornato delle sorgenti individuali che possa servire per l’elaborazione di un modello di sismicità con il quale stimare la pericolosità sismica, sia da parte dello stesso gruppo di lavoro, sia eventualmente da parte di altri ricercatori che vorranno utilizzarlo con altri approcci.
A questo scopo le informazioni che dovranno essere rilasciate per ogni singola sorgente dovranno comprendere almeno:
• geometria della sorgente con eventuale variazione dell’angolo di dip;
• massima magnitudo;
• valutazione dello slip rate, il più possibile giustificato da dati osservati, anche secondo valori variabili lungo la struttura.

3. Modelli di sismicità
Questo tavolo di lavoro è responsabile della messa a punto dei diversi modelli di sismicità basati su diversi approcci alla definizione delle sorgenti sismiche e relativi tassi di sismicità. Ogni modello sarà definito indipendentemente dagli altri, ma il coordinamento di questo tavolo dovrà assicurare, oltre al livello qualitativo dell’elaborazione dei diversi modelli, anche il corretto bilanciamento tra gli stessi, per esempio in termini di momento sismico complessivo. Questo tavolo sarà organizzato per sottotavoli, uno per ogni tipo di approccio. Per uno stesso tipo di approccio potranno essere proposti anche diversi modelli, in base a quanto emergerà dalle proposte della comunità scientifica. Il CPS, attraverso il tavolo di lavoro, assicurerà che sarà presentato almeno un modello per ogni sottotavolo.

3a. Modelli di sismicità basati su aree sorgente
Questo sottotavolo di lavoro dovrà produrre uno o più modelli di sismicità basati su zone sismogenetiche. I modelli di zone sismogenetiche sostituiranno la zonazione utilizzata per il modello di riferimento e per SHARE (ZS9), per esempio utilizzando il prototipo realizzato dal CPS nel 2014 (ZS14). I modelli dovranno considerare i nuovi dati disponibili in letteratura, geologici e sismologici, valutare opportunamente le dimensioni delle zone rispetto ad una corretta stima dei tassi di sismicità secondo la completezza del catalogo sia storica che statistica.
Le informazioni rilasciate per ogni zona dovranno contenere anche:
• la stima della profondità media dello strato sismogenetico;
• meccanismo prevalente di rottura (anche nei termini proposti dal progetto SHARE);
• massima magnitudo in ogni zona;
• indicazione del contesto geodinamico, sulla base del quale associare il modello di attenuazione;
• stima dei tassi di sismicità secondo diverse modalità (tassi individuali, tassi GR, uso di diversi intervalli di completezza, ecc.) da combinare eventualmente in un approccio di tipo ad albero logico.

3b. Modelli di sismicità basati su sorgenti sismogenetiche
Questo sottotavolo di lavoro dovrà mettere a punto uno o più modelli di sismicità basati sui dati aggiornati disponibili in letteratura. Oltre alla nuova versione di DISS (che sarà rilasciato a breve) dovranno essere valutati i dati disponibili in altri database ed eventualmente discutere i motivi per i quali saranno o meno utilizzati.
I modelli rilasciati da questo tavolo di lavoro dovranno essere completamente autonomi da altri modelli, nel senso che dovranno comprendere tutta la sismicità al di sopra della soglia minima di magnitudo che sarà necessaria per la mappa di pericolosità. Ad esempio, i modelli dovranno tenere conto anche della sismicità che non può venire associata alle sorgenti individuali.
Le informazioni che dovranno essere rilasciate per ogni singola sorgente dovranno comprendere:
• geometria della sorgente con eventuale variazione dell’angolo di dip;
• massima magnitudo;
• valutazione dello slip rate, il più possibile giustificato da dati osservati, anche secondo valori variabili lungo la struttura;
• stima dei tassi di sismicità secondo una distribuzione cosiddetta GR Pareto troncata.

3c. Modelli di sismicità basati su “gridded seismicity”
Questo sottotavolo di lavoro dovrà produrre dei modelli di sismicità basati su griglie di punti. Rientrano in questo settore i modelli classici di “smoothed seismicity” e modelli basati su elaborazione di dati geodetici e geologici.
In ambito SHARE, INGV ha sviluppato un modello a elementi finiti che non è stato poi implementato nel calcolo finale della pericolosità sismica. Il CPS intende recuperare quella attività, aggiornarla con i dati rilasciati nel frattempo (per esempio la nuova versione di DISS, dati GPS e SAR) e valutarne la possibile implementazione nel modello di pericolosità.
Per quanto riguarda il modello a sismicità diffusa, sarà rivisto l’approccio seguito in SHARE, rivalutate alcune scelte operative e utilizzati tutti i dati aggiornati per l’area italiana ai fini della definizione della sismicità di ogni cella, valutando accuratamente: i) il raggio di ricerca (circolare o ellittico guidato dalla geometri delle faglie), ii) il valore di ‘b’ della distribuzione GR (eventualmente anche con valori diversi da combinare con albero logico), iii) la massima magnitudo, e iv) lo stile di rottura.

4. Modelli di attenuazione
Questo tavolo di lavoro potrà lavorare indipendentemente dagli altri. E’ infatti intenzione condivisa quella di combinare tutti i modelli di sismicità con tutti le relazioni di attenuazione che saranno selezionate. Come in SHARE, saranno analizzati i diversi modelli disponibili per l’area europea, valutati i modelli cosiddetti NGA2 West, sviluppati per il modello di USGS, al fine di giungere ad una selezione di relazioni utilizzabili per l’aggiornamento del modello nazionale, compatibili anche con i vari contesti geodinamici presenti in Italia. Il tavolo di lavoro dovrà anche valutare i singoli modelli sulla base del confronto con le registrazioni accelerometriche contenute nei database italiano ed europeo per indicare un parametro di performance da utilizzare nella scelta di pesi iniziali con cui pesare i singoli modelli.

5. Implementazione del calcolo e produzione delle uscite
Tutti i dati prodotti dai vari tavoli di lavoro e la struttura dell’intero modello richiede la trascrizione all’interno del codice di calcolo. Il codice OpenQuake richiede che i dati siano scritti in linguaggio XML, secondo la sintassi definita. Questo tavolo di lavoro dovrà assicurare la corretta implementazione dei dati di input, considerando le eventuali limitazioni imposte dal codice e dal linguaggio. Dovrà innanzitutto fornire agli altri tavoli di lavoro le indicazioni sui formati richiesti, sulle possibilità di implementazione del codice, interagire con il gruppo di lavoro GEM che sviluppa OpenQuake per eventuale assistenza sui problemi che dovessero emergere, testare gli input prodotti dai tavoli di lavoro.
Inoltre il tavolo di lavoro dovrà mettere a punto le strategie per l’esecuzione del calcolo e la sua ottimizzazione rispetto alle prestazioni del centro di calcolo.
Infine sarà compito di questo tavolo di lavoro anche rispettare le specifiche sul formato dei dati, dei servizi cartografici e dei relativi metadati, nonché sugli eventuali software che potrebbero essere messi a disposizione del DPC, secondo quanto previsto dall’allegato 1 della Convenzione B1 del 2015. Tali specifiche sono necessarie, oltre che per garantire l’interoperabilità con i sistemi informativi in uso presso il DPC, anche in fase di rilascio dei prodotti finali, In particolare dovranno essere rispettate le specifiche relative al rilascio di dati cartografici, attraverso eventuali servizi web, e comunque secondo gli standard definiti per i formati di geodatabase e dati geografici, per i formati di file di testo e tabellari, per la rappresentazione grafica dei dati.
Dovrà essere anche garantito il rispetto delle politiche degli Open Data, secondo la versione corrente delle Linee Guida nazionali per la valorizzazione del patrimonio informativo pubblico (per esempio si veda: http://www.agid.gov.it/sites/default/files/linee_guida/patrimoniopubblicolg2014_v0.7finale.pdf) emanate dall’Agenzia per l’Italia Digitale.

6. Validazione del modello di hazard
Il tavolo di lavoro sulla validazione utilizzerà gli avanzamenti fatti nel corso degli ultimi progetti INGV-DPC S2 2007-2009, 2012-2013 e 2014. Sul tema si terrà anche un convegno internazionale organizzato da Eucentre a Pavia dal 4 al 6 febbraio 2015, al quale il CPS parteciperà. Se ancora non esiste una modalità di validazione della pericolosità sismica condivisa e ampiamente accettata, l’Italia sta dando un contributo importante a questo tema e può farne un punto di forza del modello aggiornato nazionale. Da questo tavolo si aspettano importanti informazioni per la valutazione delle “performance” dei singoli modelli di sismicità, anche al fine di correggere i pesi che saranno assegnati inizialmente agli stessi.
Per giungere alla validazione dovranno essere utilizzati e confrontati diversi approcci, nel caso proporre un approccio più avanzato.

Per richieste di chiarimento o di approfondimento, scrivere una mail a: cps@ingv.it