[論文レビュー] Retrospective Evaluation of the Five-Year and Ten-Year CSEP-Italy Earthquake Forecasts

Maximilian J. Werner, J. D. Zechar+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2010

earthquake and tectonic studies参考文献 10被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、CSEP-Italy実験において、5年および10年間の期間にわたり、2つのイタリア地震目録（CPTI08およびCSI 1.1）を用いて、12件の時不変確率的地震予報を後向きに評価した。その結果、4件の予報が大きなマグニチュード（ML >7）を適切に予測できず、主にb値の誤算またはマグニチュード分布の過剰な急速減衰に起因しており、モデルのキャリブレーションの欠陥と、前向き評価の前段階としての後向きテストの価値が浮き彫りになった。

ABSTRACT

On 1 August 2009, the global Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability (CSEP) launched a prospective and comparative earthquake predictability experiment in Italy. The goal of the CSEP-Italy experiment is to test earthquake occurrence hypotheses that have been formalized as probabilistic earthquake forecasts over temporal scales that range from days to years. In the first round of forecast submissions, members of the CSEP-Italy Working Group presented eighteen five-year and ten-year earthquake forecasts to the European CSEP Testing Center at ETH Zurich. We considered the twelve time-independent earthquake forecasts among this set and evaluated them with respect to past seismicity data from two Italian earthquake catalogs. In this article, we present the results of tests that measure the consistency of the forecasts with the past observations. Besides being an evaluation of the submitted time-independent forecasts, this exercise provided insight into a number of important issues in predictability experiments with regard to the specification of the forecasts, the performance of the tests, and the trade-off between the robustness of results and experiment duration. We conclude with suggestions for the future design of earthquake predictability experiments.

研究の動機と目的

• イタリアの歴史的地震活動と時不変確率的地震予報の一貫性を評価すること。
• 前向き評価の前段階として、後向きテストを通じて予報モデルにおける技術的または概念的欠陥を特定すること。
• 後向きテストの結果に基づくフィードバックを提供することで、予報の品質を向上させること。
• 評価手法の頑健性と、実験期間の長さと結果の信頼性のトレードオフを評価すること。
• 予報仕様と評価における主な課題を特定することで、将来の地震予測可能性実験の設計を支援すること。

提案手法

• CSEP-Italy実験に提出された12件の時不変予報を、2つのイタリア地震目録（CPTI08およびCSI 1.1）を用いて後向きに評価した。
• 観測地震活動との一貫性を評価するため、M検定および尤度比検定を適用した。
• ETHチューリッヒのCSEP-Italyテストフレームワークを用い、1901–2007年および1950–2007年を対象期間として予報を評価した。
• 特に大規模な地震（ML >7）に注目し、予報のマグニチュード分布と観測地震活動を比較した。
• 誤ったb値やマグニチュード確率分布の過剰な急速減衰といった、モデル固有の誤りを特定した。
• 尤度比と濃度図を用いて、地震活動の系統的過小予測または過大予測を検出・定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時不変確率的地震予報は、イタリアにおいて5年および10年間の期間にわたり、観測地震活動をどの程度適切に予測できるか？
• RQ2 どの予報が大規模地震（ML >7）を適切に予測できず、その失敗の背後にある要因は何か？
• RQ3 後向きテストは、予報提出物における技術的誤りや誤ったモデル仮定をどの程度明らかにできるか？
• RQ4 異なる地震目録（CPTI08対比CSI 1.1）は、同一の予報の評価結果にどのような影響を及えるか？
• RQ5 後向き評価は、前向きテストの前段階として、予報の信頼性を向上させる意味のある品質管理ステップとして機能できるか？

主な発見

• 1901–2007年期間において、Akinci-et-al.Hazgridx、Nanjo-et-al.RI、Chan-et-al.HzaTI、Meletti-et-al.MPS04の4件の予報がM検定に失敗しており、大規模地震の予測が不十分であることを示している。
• Akinci-et-al.HazgridxおよびNanjo-et-al.RIの失敗の主な原因は、Gutenberg-Richter分布におけるb値の過剰な高見積りであり、これが大規模地震の過小予測を引き起こしている。
• Chan-et-al.HzaTIの非パラメトリックマグニチュード分布は、過剰に急速に減衰しており、大規模地震の確率が過小評価されている。
• Meletti-et-al.MPS04は、特定の特徴的マグニチュードで確率が高くなりすぎているが、その間のイベントには極めて低い確率を割り当てており、適合度が著しく低い。
• 1901–2007年期間での失敗にもかかわらず、同じ予報は1950–2007年期間では合格しており、1950年以前のデータ品質と不確実性が結果に影響している可能性が示唆された。
• 後向き評価はモデルの欠陥を的確に同定し、フィードバック後、6件の見直し予報と2件の新規提出がなされた。これは、予報品質の向上に寄与するという、後向き評価の価値を示している。