L’Early Warning è l’allerta “precoce” diramata immediatamente dopo la rilevazione di un evento potenzialmente pericoloso (es. terremoto) e prima che lo stesso raggiunga un determinato sito d’interesse.

L’Earthquake Early Warning (EEW) non è quindi una previsione dell’accadimento di un terremoto, giacché l’evento è già avvenuto, ma dell’intensità con la quale l’evento sismico giungerà ad un determinato sito.

Una rete sismo-accelerometrica ha la possibilità, attraverso un sistema di Earthquake Early Warning (EEW) o Early Warning Sismico (Zollo et al., 2010), di lanciare un’allerta prima dell’arrivo del moto forte del suolo associato al terremoto.

Ipotizzando una rete densa di stazioni, come quella attualmente esistente sul territorio italiano, i calcoli teorici del lead-time indicano che per eventi di M 6 e M 7, l’allerta di un sistema di EEW on-site/regionale, raggiungerebbe gli abitanti delle aree maggiormente esposte ai danni del terremoto circa 5-6 sec dopo il tempo origine dell’evento, includendo anche il ritardo richiesto dall’elaborazione e analisi automatica dei segnali sismici in tempo reale, con una zona-cieca di raggio pari a 10-20 km intorno all’epicentro.
Considerando ad esempio l’area di danneggiamento osservato in seguito al terremoto de L’Aquila, il lead-time teorico sarebbe stato tra circa 3 e 8 sec in una vasta area compresa all’interno della zona in cui sono state rilevati i maggiori danneggiamenti.
Nel caso del terremoto dell’Irpinia del 1980, l’area di danneggiamento è stata più ampia (circa 100 km di distanza dall’epicentro) e di conseguenza la regione che avrebbe potuto beneficiare di un lead-time positivo sarebbe stata più vasta, con tempi disponibili per mettersi in sicurezza, compresi tra 3 e 20 secondi.
Il tempo utile per misure precauzionali è però, probabilmente maggiore di quello indicato dai calcoli teorici, poiché raramente i livelli massimi di accelerazione/velocità del moto del suolo, potenzialmente generatori di danni, sono associati ai primi arrivi delle onde S. Inoltre, il cedimento degli elementi non strutturali o i crolli parziali/totali degli edifici non sono istantanei e contemporanei al primo arrivo delle onde S ed anche in questo caso il tempo utile potrebbe essere maggiore di quello stimato teoricamente.

I sistemi di EEW possono essere utili alla mitigazione dell’impatto dei terremoti medi e forti. La capacità di tali sistemi di fornire la localizzazione e la magnitudo del terremoto in “tempo reale”, può essere utilizzata per attivare alcune contromisure prima dell’arrivo delle onde più energetiche al sito di interesse. Anche quando le distanze dalla sorgente del terremoto e conseguentemente i tempi di allerta non consentono l’evacuazione di strutture e infrastrutture a rischio, le informazioni fornite da un sistema EEW possono essere utilizzate per attivare automaticamente misure (es. chiusura fornitura gas, distacco energia elettrica) che riducono in maniera significativa quasi istantanea la vulnerabilità e/o l’esposizione di strutture di interesse e quindi la perdita attesa. Possono essere anche utili per l’attivazione di meccanismi di rallentamento/stop di sistemi di trasporto, della produzione in aree industriali, ecc..

L’EEW è sperimentato da almeno due decenni in varie parti del mondo e anche nel nostro paese in Irpinia. Il Giappone ha avviato nel 2008 l’Early Warning Broadcast, cioè la diffusione capillare mediante mass-media del messaggio di allerta istantaneo oltre che promuovere campagne di educazione ed informazione alla popolazione. Negli Stati Uniti, l’EEW è in fase di sperimentazione in California da diversi anni, attraverso la rete sismica integrata CISN. L’USGS, il Servizio Geologico in America che ha il compito del monitoraggio sismico a scala nazionale, ha lanciato il progetto “Shake Alert”. In collaborazione con un consorzio di partner universitari, il progetto ha come obiettivo la verifica e la sperimentazione dell’Early Warning negli stati lungo la costa occidentale, minacciati dai terremoti che possono generarsi lungo la famigerata faglia di San Andreas o, più a nord, nella zona di subduzione della Cascadia. Anche, la comunità Europea ha finanziato nell’ultimo decennio due progetti in successione, SAFER e REAKT, con l’obiettivo di sviluppare e sperimentare l’Early Warning nelle principali zone sismiche dell’area Euro-Mediterranea. Nell’ambito di questi progetti è stato implementato in Italia Meridionale, ed è in funzione per scopi di ricerca, un prototipo di sistema di Early Warning Regionale (PRESTo) sviluppato al Dipartimento di Fisica dell’Università di Napoli Federico II.

Diagramma di flusso di PRESToPlus (modified da Zollo et al., 2010)

L'EEW on-site (es. Caruso et al. 2017 ; Zollo et al., 2014), ovvero in loco, non include algoritmi molto robusti per il rilevamento di eventi in tempo reale e in genere può comportare un riconoscimento errato degli arrivi delle onde P e S, causando elevati falsi allarmi. Inoltre, nel caso di infrastrutture civili con numerosi utenti come le scuole (Picozzi et al., 2015), dove è più utile l'impiego di un EEW on-site, è probabile che il numero di falsi rilevamenti dovuti al rumore antropico diventi enorme. Le soluzioni a questo problema sono state tuttavia attentamente analizzate ed è possibile operare un filtraggio dei segnali ad alta frequenza e scegliere parametri di soglia altamente selettivi, che portano a rendere l'EEW on-site efficace solo per eventi di elevata magnitudo. E' bene precisare come, l'uso degli accelerometri comporta normalmente un numero ridotto di falsi picking in quanto i segnali antropici vengono mascherati dal rumore strumentale ad alta frequenza di questi sensori. Questi risultati suggeriscono che un approccio EEW a singola stazione può risultare estremamente problematico da mettere in pratica, perché richiederebbe una messa a punto specifica e molto complessa dei parametri di picking per evitare l'identificazione di falsi eventi. Tuttavia, quando la dichiarazione degli eventi è richiesto ad almeno tre stazioni e entro una finestra temporale ridotta, ad esempio di 0,5 s, il rilevamento dei falsi eventi diminuisce in maniera significativa nell'arco della giornata, riducendosi in media a 1 o 2 eventi per giorno . Inoltre, il verificarsi di falsi eventi può essere totalmente evitato quando è richiesta la coincidenza dei picking entro 0.5 s in quattro o cinque stazioni.

In paesi come l'Italia, dove la distanza tra sorgenti sismiche e i siti target (da proteggere) è, nella maggior parte dei casi di solo poche decine di chilometri, l'EEWS on-site come quello che sarà installato nel centro storico di Catania potrebbe rappresentare una strategia valida per integrare una rete regionale di EEW

Riferimenti Bibliografici

Caruso A., Colombelli S., Elia L., Picozzi M.  and Zollo A., An on-site alert level early warning system for Italy, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 10.1002/2016JB013403, 2017

Colombelli S., Caruso A., Zollo A., Festa G., and Kanamori H, A P wave-based, on-site method for earthquakeearly warning, Geophysical Research Letters, 10.1002/2014GL063002, 2014

Picozzi M., Martino C., Emolo A. and  Zollo A., Earthquake Early Warning System for Schools: A Feasibility Study in Southern Italy, Seismological Research Letters Volume 86, Number 2A, 10.1785/0220140194, 2015

Tusa G., Musumeci, C., Patane, D., Estimation of Earthquake Early Warning Parameters for Eastern Sicily, Bulletin of the Seismological Society of America, 10.1785/0120160247, 2017

Zollo A., Amoroso O., Lancieri M., Wu Y.M., and Kanamori H., A threshold-based earthquake early warning using dense accelerometer networks, Geophys. J. Int. 183, 963–974, 2010

Zollo A., Colombelli S., Elia L., Emolo A., Festa G., Iannaccone G., Martino C. and Gasparini P., An integrated regional and on-site earthquake early warning system for southern Italy: Concepts, methodologies and     performances, in Early Warning for Geological DisastersScientific Methods and Current Practices, edited by F. Wenzel and J. Zschau, pp. 117–137, Springer, Berlin, 2014.