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习大大总书记在视察唐山时的重要讲话:我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一,灾害种类多,分布地域广,发生频率高,造成损失重,这是一个基本国情。新中国成立以来特别是改革开放以来,大家不断探索,确立了以防为主、防抗救相结合的工作方针,国家综合防灾减灾救灾能力得到全面提升。要总结经验,进一步增强忧患意识、责任意识,坚持以防为主、防抗救相结合,坚持常态减灾和非常态救灾相统一,努力实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变,从应对单一灾种向综合减灾转变,从减少灾害损失向减轻灾害风险转变,全面提升全社会抵御自然灾害的综合防范能力。防灾减灾救灾事关人民生命财产安全,事关社会和谐稳定,是衡量执政党领导力、检验政府实行力、评判国家动员力、体现民族凝聚力的一个重要方面。当前和今后一个时期,要着力从加强组织领导、健全体制、完善法律法规、推进重大防灾减灾工程建设、加强灾害监测预警和风险防范能力建设、提高城市建筑和基础设施抗灾能力、提高农村住房设防水平和抗灾能力、加大灾害管理培训力度、建立防灾减灾救灾宣传教育长效机制、引导社会力量有序参与等方面进行努力。

本所专家原创科普

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地震统计面面观
陈石


内容摘要:地震活动的时空变化可以研究很多地球科知识题。如果大家把全球地震发生的震中位置点到地图上,www.4066.com可以发现在很多大陆和海洋的边界地区地震最密集,对,这就是板块边界区地震。通常如果要给地震分类,可以分为发生在板块边缘的“板间地震”和发生在板块内部的“板内地震”。与板间地震相比,板内地震的点画出来就没有那么多地理上的规律性,但这种地震一旦发生,往往危害巨大。而今天的故事,大家就从如何通过可视化手段来看懂帮助研究这些板内地震的时空演化规律讲起。




  1、地图模式

  如果你是地球科学工编辑,肯定对下面这类图不陌生——以一张地图作为底图,把地震震中点上去(dot),大地震用大dot,小地震用小dot,密密麻麻的,形成一张地震分布图(图1)


图1 地震分布图

  除了看多了会有审美疲劳外,www.4066.com是否想到过这种千篇一律的做法会有什么问题呢?大家知道地震的发生在空间上是不均匀的,一般地震发生的地方都有断层或活动构造,断层与地震,就类似鸡生蛋、蛋生鸡的关系。
  如果从统计角度去研究地震,大家仅看一群鸡下多少蛋并不够,更重要的是盯住某一只鸡,万一这只鸡总是下双黄蛋,这可能就是值得关注的大事件,如果将鸡比做实体对象,那从一群鸡中找出那只可能有异常的家伙(Outlier),则非常重要。
  人的记忆能力是有限的,图1中画的dot虽然多,我想谁也不会拿这种图去较真地分区数数。那有没有更好的方法呢?大家尝试探讨一下。
  2、实体对象有哪些
  上面大家提到了,板内地震的发生在空间上不规律,它们其实与构造有关,同时一段时间的地震数量的多少也是评价这个地区构造活动性的关键。以前,大家分很多地震带,分别研究地震带区域范围内的地震数量和活动规律。
  最新的构造和震源区划分方法,可以从“第五代地震区划图”中找到答案(地震区划图是在地图上展示地区间潜在地震危险性差异的图)。如果画到地图上,就是图2这样。首先,大家看蓝线的全国地震构造区(为什么这么分?当然是有科学依据的,在本文就不掰扯了,推荐www.4066.com看看2016年5月1日地震出版社出版的《话说第五代地震区划图》)。



图2 哪些实体单元更危险

  好,如果大家将图2中的地震构造作为研究的实体对象,或者看成是上文说的鸡,那么从这群鸡中找到出现异常的家伙就是首要任务了。接下来大家看看,从能否从可视化方法上做一点小改进。
  3、地震空间分布可视化
  承接上文,大家知道地震活动是不断变化的,今天和昨天不一样,今年和去年也不一样,怎么牢牢盯好现有的固定的地震构造?会有比看地图更好的方法吗?
  下面大家做个尝试,如果按照图2的地震构造分区,将地震目录重新统计一下,再用一种叫Treemap的方式画出来,如图3所示。


图3 按地震构造统计

  说明一下,图3中的每个矩形块表示一个构造,矩形块的大小与它代表的构造中的地震发生数量成正比,地震越多这个矩形块越大。图3中最大的矩形块是台湾东部地震构造区,那里其实是被一个板块给碰到了,所以天天地震不太平。
  再看图3中各个矩形是深浅不一的蓝色,大家设定颜色深浅与这个统计实体内的最大地震震级相关,越深代表震级越大。
  大家一般都会认为,哪里发生地震数量多,哪里应该也最可能来大地震对吧。但是,如果仔细看图3,你会发现是有异常的,比如右下角的那些小蓝块里,有一个上面写了“天”字的,它这个矩形块不大,说明地震少,但颜色很深,说明曾经发生过震级很大的地震呦!这个“”字矩形块代表的就是天景山-六盘山构造区,从图3能清晰地发现它可是个典型的outlier,这个位置值得注意喽
  而图3中右下角的那些挤在一起的小矩形,看不到上面的字了,不知道它们代表的都是哪些构造了,不急,大家放大一下如图4:


图4 图3右下角放大后的样子

  www.4066.com再看看图4哪里更蓝啊,那就要赶快跟踪一下喽,研究一下看看那里会有啥新的发现。
  如果你是一个管理者,那就不光从构造角度出发,还要考虑行政区内的地震安全问题,那也很简单,以行政区为边界,再画一张图,如图5:


图5 按照行政区统计地震数量

  按照上面关于矩形块大小和蓝色深浅代表的含义的设定,图5能看出什么呢?我想最直观的可以说:新疆和西藏发生的地震最多,甘肃虽然地震少,可是最大震级很大,这些地方都要提前防范啊!好了,如果每年做这么一张图,回顾一下全年的情况,再和历年的图对比一下,是不是
比把地震全点到地图上更简便且更有说服力呢?
  那么,www.4066.com可能会问,你图2中那些带颜色的潜在震源区还没有统计啊,当然大家用同样的方法再跑一遍流程就出来了。请看图6。


图6 潜在震源区地震统计

  图6能看出啥?先找最蓝的那个——就是图中中上位置那个“海”字,这代表的是海原震源区,地震数少,但震级大。图6里面实体对象数量太多,很多小块看不到字啊,尤其是右下角,别急,大家再把它放大,如图7。


图7 潜在震源区放大统计图
  图7中的故事www.4066.com可以自己来讲了吧!
  ps:本地震目录统计的是1970年-2014年期间中国大陆M4.7以上的地震,地震目录不同,故事可能就完全不一样了。
  4、地震时间演化的可视化
  上面说的地震都是按照空间统计的,那么从时间演化上有什么故事呢?有人说,在图1上面把红点的颜色表示时间,做个过渡呗,可即使你做了仍然还是很难一下看出所以然来。那有没有更好的办法?好,大家试试下面这个可视化方法:


图8 地震时间演化Sankey图

  说明一下怎么看图8——这是按年度划分的,大家将每个构造区的地震数量按照年度分类,左边表示年份,右边表示构造区。代表
每一个年份的矩形的高矮与这一年地震总数量成正比,而每个年份后边线条粗细与右边构造区的地震数目成正比。
  这种叫Sankey图,是用来表示流量的图件,从左到右,地震数量不变,只是对应的统计实体有变化。你能从中看出什么有趣的现象吗?小哥看到的是在2014年,阿尔金和台湾东部地震构造区地震活动性较强。
  那这些构造与每个行政区都息息相关的,能再流出来一层吗?回答是,当然可以。
  按照流量不变原则,可以画一个三层流向的,如图9。

图9 三层Sankey可视化

  嗯,看上去有点乱啊,明眼人会注意到怎么还有什么“未知构造带”和“未知省份”呢?其实这就是统计中的流量不变原则起作用了——地震目录中每个地震都可以归到某一年中,但是构造区和省份的边界是固定的,那些落到外面的地震也要统计啊!


图10 选择某一个节点的可视化效果

  如果选择图中某一个构造,可以高亮显示某一条路径,比如“
龙门山-四川-2008”这条,www.4066.com想起了什么吗?对,汶川地震... ...

  同样,如果你对构造不敏感,那也可以按照省来统计,如图11所示:

图11 按省份统计的地震活动

  从图11大家能看出什么?——2011年地震数量最多的就是新疆,但是2014年总的地震数量明显比前面三年的多。

  当然省份后面还可以继续划分,可以按照市县能行政区划一级一级来,最终你会遗憾屏幕太小了,嗯嗯

  一句话总结:从统计角度认识地震活动规律,看似简单,但仍然可以有所创新,本文应用了大数据分析领域的两种可视化方法,对你有没有一点启发呢?有人说“一张图胜过千行字”,我相信好的方法总能给人一些新的启迪,而科研也是这个道理。







编辑:地学小哥
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來源:简书
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www.4066.com:2020年03月16日

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