Aggiornamento al 30/09/99 by C.Meletti

E' stato condotto il confronto tra le carte di pericolosità che sono state realizzate per il territorio nazionale con un approccio deterministico e con uno probabilistico. Maggiori informazioni sui due metodi si possono trovare alla seguente pagina: materiali.html.
Nel seguito, per comodità, le due carte saranno denominate DGA e PGA, dove DGA sta per Design Ground Acceleration ed è la carta realizzata con un approccio deterministico nell’ambito delle attività del GNDT, attraverso la modellazione del moto del suolo, mentre con PGA si indica la Peak Ground Acceleration ed è la carta realizzata dal GNDT con l'approccio probabilistico di Cornell.
Per prima cosa bisogna puntualizzare come le due carte rappresentino informazioni diverse: PGA è lo scuotimento provocato dalla sismicità regionale che ha la probabilità del 90% di non venir superato in 50 anni. DGA è lo scuotimento determinato dal verificarsi del terremoto massimo. Questo comporta che nel calcolo della carta di PGA tutti i terremoti contribuiscono al risultato finale, mentre la carta di DGA è calcolata solo sull'evento massimo.
La Fig. 1 riporta la matrice dei punti per i quali la carta di DGA valuta l'accelerazione attesa. La Fig. 2 riporta, invece, la matrice dei punti per i quali è stata valutata la PGA con periodo di ritorno 475 anni (che corrisponde alla probabilità di non eccedenza del 90% in 50 anni). Dalle due figure si può osservare come le due matrici abbiano un passo di campionamento differente: 0.1 gradi nella carta in PGA; 0.2 gradi nella carta in DGA. Per cercare di intervenire il meno possibile sulle stime originali ottenute dai due metodi, si è deciso di ricampionare la matrice di PGA sugli stessi nodi della griglia di DGA; questa nuova mappa è rappresentata in Fig. 3. Si è così ottenuta una nuova matrice costituita da 1011 nodi per ognuno dei quali sono disponibili i valori sia di DGA sia di PGA.

Per scaricare il file della nuova matrice (7 Kb), cliccare qui .

Sulla base della nuova matrice di punti di osservazione sono stati messi a confronto i valori delle due diverse stime per ogni singolo nodo, sia in termini di differenza che di loro rapporto.
Dopo alcuni test speditivi, si è deciso di concentrare l'attenzione sulla carta delle differenze, riportata in Fig. 4. Le differenze tra le due stime di accelerazione (DGA-PGA, espresse in g) sono state raggruppate in 5 classi di valori. Le differenze comprese tra -0.05 e +0.05, nodi della griglia colorati in giallo, rappresentano i punti in cui le due stime possono essere considerate equivalenti e pertanto non sono stati oggetto di alcuna analisi dettagliata (statisticamente rappresentano un terzo dei nodi dell’intera griglia). Tutte le altre differenze sono stati raggruppate in 2 classi per i valori negativi ed altre 2 classi per quelli positivi, secondo la scansione riportata nella legenda della figura. Le due classi estreme di questa classificazione (vale a dire le differenze maggiori di 0.15 g, in valore assoluto) rappresentano differenze molto significative per qualunque valore assoluto di accelerazione e sono state oggetto di un'analisi dettagliata.
 

Valori di DGA molto maggiori di PGA
Si tratta dei punti di colore rosso in Fig. 4: sono concentrati nell'Italia meridionale e in particolare in zone sismogenetiche a bassa pericolosità (ad esempio le ZS 56, 57 e 70) oppure sul bordo esterno di zone sismogenetiche ad elevato pericolosità (come nel caso della ZS 63). E' interessante, inoltre, notare che nelle ZS 57, 63 e 64, la differenza tra le due carte base è maggiore subito al di fuori delle zone che non all'interno delle zone stesse.
La spiegazione che ci sembra di poter proporre da queste osservazioni è che le forti differenze tra le due carte derivino dai diversi procedimenti di 'spalmatura' della sismicità che sono stati adottati nei due metodi. Infatti, nella carta di PGA la sismicità viene considerata zona per zona e il tasso di sismicità viene calcolato individualmente per ogni zona e poi attribuito uniformemente ("spalmato") a tutta la zona (tenendo conto opportunamente dello spessore dei bordi di zona). Nella carta DGA, invece, la 'spalmatura' della sismicità avviene attraverso l'assegnazione ad ogni sorgente della magnitudo massima che ricade nel raggio di 3 celle attorno al nodo in esame, vale a dire nel raggio di 0.6 gradi (si leggano maggiori dettagli alla pagina materiali.html). In questo caso può avvenire che una magnitudo elevata sia attribuita anche a celle al di fuori della zona sismogenetica in cui ricade l'epicentro del relativo terremoto e, di conseguenza, si possono generare forti accelerazioni su punti lontani della griglia per i quali la carta di PGA, invece, stima valori molto più bassi in quanto esterni alla zona sismogenetica ad alta sismicità.
 

Valori di PGA molto maggiori di DGA
I punti della griglia per i quali i valori di PGA sono molto più elevati di quelli di DGA (punti di colore blu in Fig. 4) sono (nella maggioranza dei casi) delimitati dai bordi delle zone sismogenetiche. Questo è un chiaro indizio della 'spalmatura' dei tassi di sismicità sulla ZS nell'approccio di Cornell. Le differenze sono, perciò, da imputare al fatto che, mentre nell'approccio di Cornell tutta la sismicità contribuisce alla stima di pericolosità, l'approccio deterministico non tiene conto né dei terremoti inferiori né della frequenza del terremoto massimo. La distribuzione spaziale dei punti blu interessa l'Italia centro-settentrionale e un settore limitato della Sicilia.
Un esempio canonico è dato dalla ZS 04 (Friuli). Essa è caratterizzata da una massima magnitudo osservata medio-alta (6.4) dalla quale è stata stimata una magnitudo massima possibile di 6.7. I tassi di sismicità di tutte le magnitudo considerate sono, inoltre, piuttosto elevati. La somma dei contributi di tutte le classi di magnitudo porta, pertanto, a superare il valore di DGA calcolato solo considerando la massima magnitudo riportata dal catalogo. Come conseguenza, all'interno di questa ZS si registra la differenza massima tra le due carte (DGA-PGA = -0.318 g).
Casi simili di tassi vivaci di sismicità, però con magnitudo massima osservata media, competono anche alle ZS 03 (in parte), 15, 19, 21, 28, 35, 40, 45 con conseguenti differenze piuttosto sensibili fra le due carte.
Patologie simili (tassi di sismicità vivaci senza elevate magnitudo massime) che però non portano a differenze molto forti fra i risultati di PGA e DGA sono rappresentate dalle ZS 39, 43, 44, 53, 67, 75, 76. In queste zone le massime magnitudo attribuite dai due diversi metodi sono sensibilmente differenti e portano ad una compensazione delle differenze. A titolo di esempio si fa notare come nella ZS 53 la massima magnitudo usata per la costruzione della carta di PGA sia 5.8, mentre per la carta di DGA è stato usato un valore di 7.3 (terremoto del 1915) importato in questa ZS dalla vicina ZS del Fucino. In alcune di queste zone, in particolare, si può osservare come le due diverse tendenze (alta DGA, provocata da una forte magnitudo in ZS limitrofa, ed alta PGA, causata da tassi di sismicità elevati) si mescolino in maniera tale che all'interno di una stessa ZS si passi da valori maggiori di DGA (laddove si è più vicini al forte terremoto) a valori più o meno simili, fino a valori decisamente maggiori di PGA. Questo fenomeno è molto evidente nella ZS 53 e in misura minore nella ZS 67.
Un'ultima situazione particolare, con conseguenti differenze sensibili fra le due carte, riguarda le zone sismogenetiche 36, 37 e 38. Sono queste 3 zone di dimensioni ridotte e confinanti tra loro. In questo caso gli alti valori presenti nella carta di PGA derivano da un effetto di 'cumulo' tra le 3 zone. Ciò significa in altre parole che la pericolosità di queste ZS risente contemporaneamente dei contributi di sismicità di tutte e tre le zone. Va a questo riguardo ricordato che nella carta di PGA questi stessi punti risultano tra quelli con i valori più elevati di tutta Italia.
 

Conclusioni
Alcune considerazioni rimangono ben fissate dal confronto fatto. Le differenze tra le due stime di pericolosità sono ricondotte in gran parte alle differenze insite nei due metodi di calcolo, sia in termini di approccio, sia in termini di scelte che stanno alla base dei metodi. I molti gradi di libertà esistenti in tutti i metodi di stima della pericolosità sismica non consentono di dire quale fornisca le stime più attendibili.
Alcune proposte, però, di modifica ad alcune procedure dell'approccio deterministico sono a nostro parere adottabili e in tempi brevi potrebbero portare a ripetere questo tipo di confronto. Ci riferiamo in particolare alle tecniche di lisciamento delle magnitudo degli eventi contenuti in catalogo. Rispetto alla metodologia standard (introdotta per considerare gli errori di localizzazione del catalogo), si potrebbe operare, per esempio, imponendo che la lisciatura non debordi dalla zona sismogenetica, oppure assegnando d'ufficio a tutte le sorgenti di una stessa zona sismogenetica il valore massimo di magnitudo registrata in quella zona. Oppure ancora assegnando ad ogni zona della magnitudo massime a giudizio 'esperto'. Oppure infine operando con la stessa finestra di lisciamento, ma nel caso in cui la finestra esca da una zona, la magnitudo non possa essere comunque essere maggiore della massima magnitudo della zona in cui deborda.
 

Figure

Fig.1 - Carta delle accelerazioni di progetto (DGA) attese nei singoli nodi della griglia, secondo l'approccio deterministico	Fig.2 - Carta della PGA attesa in 475 anni nei singoli nodi della griglia, secondo la stima condotta con l'approccio di Cornell	Fig.3 - Carta della PGA attesa in 475 anni secondo la stima del metodo di Cornell riportata sugli stessi nodi della griglia della carta DGA (vedi Fig.1)	Fig.4 - Carta delle differenze tra DGA (fig.1) e PGA (fig.3)