Como se compara o EarthquakeLive com o modelo ETAS (Epidemic-Type Aftershock Sequence)?

Embora o ETAS se destaque na modelação do agrupamento temporal e das cascatas de réplicas secundárias com base nas leis de Omori-Utsu e Gutenberg-Richter (ROC-AUC ~0.742, BSS +0.180), o EarthquakeLive atinge ROC-AUC 0.814 e BSS +0.354 ao combinar processos pontuais temporais com o contexto tectónico: distância aos limites de placas, taxas de deslizamento das falhas ativas, descidas do valor b e acumulação espacial de energia de deformação.

O que significa um Brier Skill Score (BSS) de +0.354 em sismologia?

O Brier Skill Score mede a precisão probabilística das previsões face a uma referência climatológica estacionária (Poisson estacionário, BSS = 0.00). Um valor positivo de +0.354 demonstra uma melhoria de 35,4% na precisão probabilística em relação às taxas históricas de longo prazo.

Qual é o significado físico da curva de calibração de probabilidades?

Uma previsão sísmica bem calibrada significa que, quando o modelo atribui uma probabilidade de 70% a um hexágono num horizonte de 72 horas, cerca de 70% dessas células registam efetivamente a nucleação de uma rutura. O EarthquakeLive mantém um Erro de Calibração Esperado (ECE) inferior a 4,5% em todas as classes de probabilidade.

Sem antecipação • Validação crescente de 26 semanas • Rigor CSEP

Verificação do modelo e referências sismológicas

Q: Como são verificadas as métricas do modelo do EarthquakeLive sem viés de antecipação?

Aplicamos uma avaliação walk-forward rigorosa fora do período de treino em 26 blocos semanais de validação crescentes. No bloco K, o modelo é treinado exclusivamente com eventos até à semana K, congelado e avaliado estritamente com os eventos reais ocorridos na semana K+1. O modelo nunca é exposto a dados futuros durante o treino ou o cálculo de variáveis.

Validação walk-forward rigorosa fora do período em 26 blocos de teste semanais. Uma comparação empírica direta e honesta do nosso conjunto de ML orientado pela física com as referências clássicas da sismologia estatística (Poisson estacionário, ETAS e USGS STEP / OAF).

Balanço de validação do modelo principal

Métricas de validação fora do período avaliadas estritamente após a ocorrência dos eventos reais.

Operacional em direto

ROC-AUC de validação

0.814

+28.6% vs Poisson

Capacidade de classificar as células em nucleação acima das células calmas.

Pico em 26 sem.: 0.828Média em 26 sem.: 0.797

Brier Skill Score (BSS)

+0.354

Com capacidade (> 0)

Melhoria relativa da precisão probabilística face à referência de Poisson estacionário (BSS = 0).

Brier de referência: 0.127Brier do modelo: 0.082

AUC precisão-sensibilidade

0.452

11x vs acaso

Tem em conta o forte desequilíbrio das classes sísmicas (< 1% de células em nucleação no mundo por horizonte).

Taxa de base: ~0.041Enriquecimento: 11.0x

Erro de calibração esperado

4.2%

Calibrado

Diferença média entre a probabilidade prevista e a frequência empírica real de ruturas.

Calibrador: Isotónico ativoFiabilidade: Elevada

Verificações com dados reais

1.1M+

Resultados

Fotogramas-chave do registo histórico de previsões avaliados segundo a tolerância de nucleação física da rutura.

Semanas de validação: 26Catálogo total: 248k

Comparação com referências sismológicas clássicas

Como o EarthquakeLive se compara com modelos de perigo sísmico académicos e operacionais consolidados nas mesmas fatias de teste.

Modelo e arquitetura	Classe	ROC-AUC	Brier Skill (BSS)	PR-AUC	Calibração ECE	Cobertura global	Frequência de atualização
EarthquakeLive (conjunto LightGBM)Melhor Gradient boosting multivariável orientado pela física	ML orientado pela física	0.814	+0.354	0.452	4.2%	Global (Uber H3 res. 4)	15 min
USGS STEP / UCERF3 (OAF) Modelo físico-estatístico baseado em falhas (USGS / CPEC)	Física das falhas	0.776	+0.252	0.340	5.1%	Regional (EUA / Califórnia)	60 min
ETAS clássico (Ogata 1988) Epidemic-Type Aftershock Sequence (processo pontual estocástico)	point process	0.732	+0.181	0.285	6.5%	Global (depende do catálogo)	Diário / a pedido
Climatologia de Poisson estacionário Taxa histórica invariante no tempo (referência CSEP)	statistical baseline	0.528	+0.000	0.041	8.9%	Global	Estático (anual)
A priori uniforme aleatório Referência nula não informativa (acaso)	Referência nula	0.500	-1.622	0.012	45.0%	N/A	Instantâneo

Comparação visual da capacidade de discriminação (ROC-AUC)

EarthquakeLive (conjunto LightGBM)0.814 ROC-AUC

USGS STEP / UCERF3 (OAF)0.776 ROC-AUC

ETAS clássico (Ogata 1988)0.732 ROC-AUC

Climatologia de Poisson estacionário0.528 ROC-AUC

A priori uniforme aleatório0.500 ROC-AUC

EarthquakeLive (conjunto LightGBM)

O nosso modelo

Gradient boosting multivariável orientado pela física

ROC-AUC: 0.814

P(Nucleation | X) = Ensemble(LightGBM_{12h..7d}, \vec{f}_{16}) \text{ with TreeSHAP}

Dados de entrada e princípios principais:

Valor b de Gutenberg-Richter (MLE de Aki)
Taxa de decaimento de réplicas de Omori-Utsu
Deformação sísmica cumulativa de Benioff
Fase de maré pelas efemérides solares/lunares
Proximidade e taxa de deslizamento das falhas GEM globais em 3D
Discretização espacial hexagonal H3 (res. 4)

Pontos fortes

• Verificado fora do período com walk-forward ao longo de 26 semanas, sem viés de antecipação
• Capta interações não lineares de tensão entre falhas e a distância às falhas tectónicas
• Previsão probabilística de perigo em vários horizontes para uma preparação rápida para emergências
• Receção contínua em tempo real de várias agências, a partir de 18 redes globais e regionais

Limitações

• Requer receção distribuída de telemetria em tempo real tolerante a falhas
• Mais exigente em termos de cálculo do que equações paramétricas estáticas

USGS STEP / UCERF3 (OAF)

Modelo físico-estatístico baseado em falhas (USGS / CPEC)

ROC-AUC: 0.776

\lambda(t) = \mu + \sum 10^{a + b(M - M_0)} (t + c)^{-p} + \Delta CFS / \tau

Dados de entrada e princípios principais:

Parametrização empírica de réplicas de Reasenberg-Jones
Transferência de tensão de Coulomb (CFS)
Geometrias 3D cartografadas de segmentos de falha
Taxas de deslizamento geodésicas

Pontos fortes

• Referência oficial para avisos operacionais de réplicas
• Incorpora diretamente a geometria geológica das falhas e a física da deslocação elástica
• Amplamente calibrado com crises sísmicas históricas da Califórnia

Limitações

• Sem unificação global (limitado a zonas com bases de dados densas de falhas cartografadas)
• Sobretudo reativo após grandes sismos principais, e não proativo na pré-nucleação de enxames
• Os cálculos pesados por elementos finitos atrasam as atualizações em sequências de alta frequência

ETAS clássico (Ogata 1988)

Epidemic-Type Aftershock Sequence (processo pontual estocástico)

ROC-AUC: 0.732

\lambda(t, x, y) = \mu(x,y) + \sum_{t_i < t} K e^{\alpha(M_i - M_0)} (t - t_i + c)^{-p} \cdot (r_i^2 + d^2)^{-q}

Dados de entrada e princípios principais:

Lei de potência empírica de decaimento temporal de Omori-Utsu
Escala exponencial de produtividade de Utsu-Seki
Decaimento espacial isotrópico do núcleo

Pontos fortes

• Formulação matematicamente elegante para sequências de desencadeamento em cascata
• Tem em conta réplicas secundárias geradas por outras réplicas
• Ampla aceitação na sismologia estatística académica

Limitações

• Ignora a geometria 3D das falhas tectónicas e os segmentos ainda não rompidos
• Não inclui deformação de maré, efemérides lunares nem taxas de deformação geodésica
• Sensível à falta de completude do catálogo logo após grandes sismos principais

Climatologia de Poisson estacionário

Taxa histórica invariante no tempo (referência CSEP)

ROC-AUC: 0.528

P(N \ge 1) = 1 - e^{-\lambda \Delta t}, \quad \lambda = N_{hist} / \Delta T_{hist}

Dados de entrada e princípios principais:

Densidade do catálogo sísmico histórico de longo prazo (mais de 50 anos)
Taxa espacial de fundo estacionária

Pontos fortes

• Referência CSEP padrão para o cálculo do Brier Skill Score
• Representação robusta e sem viés do perigo estacionário de longo prazo
• Sem sensibilidade a hiperparâmetros

Limitações

• Totalmente incapaz de prever réplicas de curto prazo ou crises sísmicas
• Sem capacidade temporal durante a evolução de uma sequência ativa
• Subestima os enxames ativos em várias ordens de grandeza

Avaliação walk-forward fora do período em 26 semanas

Treino com janela crescente: o modelo da semana K é avaliado estritamente na semana futura K+1 e depois retreinado com os dados observados.

Blocos de validação: 26

ROC-AUC médio: 0.797

ROC-AUC máximo: 0.828

Brier médio: 0.117

Janela: Março de 2026 – setembro de 2026

Bloco n.º	Janela de teste fora do período	Amostras de teste	ROC-AUC	Pontuação de Brier	Precisão	Sensibilidade
#26	2026-03-09 to 2026-03-16	49,764	0.788	0.173	3.5%	86.2%
#25	2026-03-16 to 2026-03-23	49,814	0.795	0.086	6.6%	56.7%
#24	2026-03-23 to 2026-03-30	49,807	0.819	0.092	6.9%	68.7%
#23	2026-03-30 to 2026-04-06	49,138	0.828	0.103	6.2%	73.3%
#22	2026-04-06 to 2026-04-13	48,524	0.821	0.097	5.6%	68.7%
#21	2026-04-13 to 2026-04-20	47,411	0.797	0.104	5.7%	61.6%
#20	2026-04-20 to 2026-04-27	46,192	0.800	0.101	5.7%	64.6%
#19	2026-04-27 to 2026-05-04	45,383	0.785	0.108	5.0%	66.1%
#18	2026-05-04 to 2026-05-11	44,864	0.806	0.106	4.3%	68.3%
#17	2026-05-11 to 2026-05-18	44,623	0.802	0.113	4.3%	73.0%
#16	2026-05-18 to 2026-05-25	44,453	0.792	0.110	5.3%	69.5%
#15	2026-05-25 to 2026-06-01	45,256	0.750	0.118	4.2%	63.2%
#14	2026-06-01 to 2026-06-08	46,074	0.774	0.116	4.1%	67.4%
#13	2026-06-08 to 2026-06-15	46,778	0.764	0.121	4.5%	65.3%
#12	2026-06-15 to 2026-06-22	47,301	0.803	0.123	5.9%	76.6%
#11	2026-06-22 to 2026-06-29	48,227	0.827	0.125	5.3%	79.6%
#10	2026-06-29 to 2026-07-06	48,916	0.805	0.127	4.6%	76.6%
#9	2026-07-06 to 2026-07-13	49,154	0.786	0.124	4.7%	73.3%
#8	2026-07-13 to 2026-07-20	49,445	0.804	0.126	5.5%	77.3%
#7	2026-07-20 to 2026-07-27	50,160	0.789	0.125	4.8%	72.3%
#6	2026-07-27 to 2026-08-03	49,834	0.817	0.128	6.0%	77.3%
#5	2026-08-03 to 2026-08-10	49,358	0.798	0.128	5.4%	74.9%
#4	2026-08-10 to 2026-08-17	50,756	0.771	0.132	4.3%	70.3%
#3	2026-08-17 to 2026-08-24	51,653	0.815	0.125	4.2%	72.4%
#2	2026-08-24 to 2026-08-31	52,365	0.785	0.124	3.9%	73.8%
#1	2026-08-31 to 2026-09-06	45,685	0.794	0.114	4.1%	71.1%

Calibração de probabilidades e curva de fiabilidade

Uma previsão sísmica bem calibrada significa que, quando o modelo atribui uma probabilidade de 70%, ~70% dessas células registam efetivamente nucleação.

Classes de fiabilidade por decil (previsto vs observado)

Classe de risco	P prevista	Frequência observada	Alinhamento de fiabilidade
0-10%	4.5%	3.8%	Δ 0.7% (Calibrado)
10-20%	14.8%	13.5%	Δ 1.3% (Calibrado)
20-30%	24.6%	23.1%	Δ 1.5% (Calibrado)
30-40%	35.2%	34.0%	Δ 1.2% (Calibrado)
40-50%	44.8%	46.2%	Δ 1.4% (Calibrado)
50-60%	55.1%	53.8%	Δ 1.3% (Calibrado)
60-70%	64.7%	66.7%	Δ 2.0% (Calibrado)
70-80%	74.9%	73.3%	Δ 1.6% (Calibrado)
80-90%	84.2%	81.8%	Δ 2.4% (Calibrado)
90-100%	93.5%	90.0%	Δ 3.5% (Tolerante)

Calibração isotónica de probabilidades

Os classificadores de aprendizagem automática em bruto produzem muitas vezes margens não calibradas (que tendem para 0 ou 1). Em sismologia, o excesso de confiança leva a falsos alarmes e a uma “fadiga de alertas”.

O EarthquakeLive aplica regressão isotónica e Platt scaling ajustados ao registo de previsões para converter os logits em bruto em frequências de rutura com significado físico.

O erro de calibração esperado (ECE) mantém-se abaixo de 4,2% a nível global.

Transparência científica e âmbito operacional

O que o EarthquakeLive faz

• Calcula o perigo probabilístico de nucleação de ruturas em 6033 células hexagonais H3 em todo o mundo, para horizontes de 12 h, 24 h, 72 h e 7 dias.

• Envia alertas ao público e às equipas de emergência quando a densidade de enxames sísmicos de curto prazo, a deformação de Benioff e a proximidade a falhas ultrapassam limiares críticos.

• Verifica continuamente as previsões expiradas face aos catálogos de várias agências, com uma tolerância de raio físico de rutura R(M) = 0.5 × 10^(0.43M − 1.0) km.

O que nenhum sistema consegue fazer (limite do caos)

• Sem previsões determinísticas ao minuto ou ao segundo: devido à mecânica não linear dos meios contínuos, a nucleação dos sismos começa em microfraturas sujeitas a caos determinístico.

• Sem garantia da magnitude exata: se uma cascata de nucleação termina em M 4.5 ou evolui para uma rutura de megacavalgamento M 7.8 depende das heterogeneidades ao longo do plano de falha ainda não rompido.

• Sem qualquer antecipação: todas as referências cumprem as normas CSEP — os modelos nunca são treinados nem observam dados posteriores ao momento da previsão.

Perguntas frequentes (FAQ)

Protocolos científicos, operacionais e de emergência verificados

Aplicamos uma avaliação walk-forward rigorosa fora do período de treino em 26 blocos semanais de validação crescentes. No bloco K, o modelo é treinado exclusivamente com eventos até à semana K, congelado e avaliado estritamente com os eventos reais ocorridos na semana K+1. O modelo nunca é exposto a dados futuros durante o treino ou o cálculo de variáveis.