黃文輝，沈玉松，呂作勇，康英

（廣東省地震局，廣州510070）

地震超快速報系統(tǒng)試運行結(jié)果評估

黃文輝，沈玉松，呂作勇，康英

（廣東省地震局，廣州510070）

在地震自動處理系統(tǒng)（JOPENS）的基礎(chǔ)上，通過融合地震預(yù)警定位算法和震級快速計算方法，開發(fā)了一套地震超快速報系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠在地震發(fā)生后幾秒至幾十秒內(nèi)自動確定地震的三要素。系統(tǒng)從2013年3月部署在廣東省地震速報備份中心進行試運行。通過分析系統(tǒng)試運行至2014年7月間的自動定位結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，超快速報系統(tǒng)把地震自動速報的用時從分鐘級提高到了秒級，且定位精度并未降低。另對系統(tǒng)的漏報和誤報情況進行了進一步的分析。

地震超快速報；自動速報；定位結(jié)果評估

0 引言

地震自動速報系統(tǒng)是將地震發(fā)生后臺站實時傳回的地震波形，通過震相自動識別、組合、定位，確定出地震3要素（地震的發(fā)震時刻、震源位置和震級）的實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。目前，國際上地震監(jiān)測臺網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件主要使用美國USGS的Earthworm軟件[1]、德國GEOFON臺網(wǎng)的SeisComp軟件[2]、臺灣的VSN軟件[3]以及日本的REIS軟件[4]。根據(jù)臺網(wǎng)的臺站密度、分布的不同，這些系統(tǒng)都能在幾十秒至幾分鐘之內(nèi)自動確定地震的三要素。在國內(nèi)，黃文輝等[5]開發(fā)了JOPENS地震自動處理系統(tǒng)，并作為國家自動速報備份系統(tǒng)部署在廣東省地震臺網(wǎng)中心，該系統(tǒng)能在1～3 min左右自動確定出地震的三要素[6]。金星等[7]開發(fā)了一套區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)的實時速報系統(tǒng)，該系統(tǒng)對區(qū)域臺網(wǎng)內(nèi)的地震事件能夠?qū)崿F(xiàn)比較快速可靠的自動定位。

隨著國內(nèi)臺站建設(shè)密度的增加，為進一步減少地震三要素的自動產(chǎn)出時間，提高自動速報的速度，廣東省地震局在JOPENS地震自動速報系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過融合“著未著”地震預(yù)警定位算法[4]，以及地震預(yù)警震級的快速計算方法[8-12]，開發(fā)出了一套地震超快速報系統(tǒng)。通過利用全國地震臺站的實時數(shù)據(jù)流服務(wù)，對國內(nèi)及周邊地區(qū)4級以上的地震，該系統(tǒng)能夠在幾秒至幾十秒之間，自動產(chǎn)出地震的三要素。從2013年3月開始，該系統(tǒng)已部署在廣東地震臺網(wǎng)的國家地震速報備份系統(tǒng)中，通過自動速報平臺EQIM向國家地震臺網(wǎng)中心提供地震自動超快速報服務(wù)。本文選取了至系統(tǒng)部署以來至2014年7月的超快速報系統(tǒng)的第一次和第三次的自動定位結(jié)果，通過與中國地震臺網(wǎng)中心的地震人工編目結(jié)果進行對比，從而評估該地震超快速報系統(tǒng)的實效性和準(zhǔn)確度。

1 數(shù)據(jù)來源

地震超快速報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的來源臺站的分布如圖1所示，總的臺站數(shù)為1 869個。其中國內(nèi)臺站為1 367個（黑色三角形），數(shù)據(jù)的實時和連續(xù)性較好，數(shù)據(jù)的傳輸延時基本都在2 s以內(nèi)，通過IRIS共享的國際臺站有502個（藍色三角形），數(shù)據(jù)的實時性較差，傳輸延時從幾秒到幾分鐘都有。從臺站分布圖可以看出，臺站主要集中在我國境內(nèi)，國外的臺站相對稀少。在國內(nèi)，臺站的密度也有所不同，東部密而西部疏。我們把2013年3月～2014年7月地震超快速報系統(tǒng)的自動定位結(jié)果，與中國地震臺網(wǎng)中心（CENC）震級M≥3.0級的人工地震編目結(jié)果進行了對比，從速報用時、精度、誤報、漏報四個方面對超快速報系統(tǒng)自動定位的實效性和準(zhǔn)確性進行了分析。

2 結(jié)果對比分析

圖1 超快速報系統(tǒng)臺站分布圖Fig.1 The station distributionmap of the very fast report system

超快速報系統(tǒng)于2013年3月正式部署在廣東省地震臺網(wǎng)中心，至2014年7月共檢測到事件5 747個。在中國及其周邊地區(qū)（緯度17°～55°，經(jīng)度72°～138°），其中震級M≥3.0級的超快速報事件有856個，而同時期的M≥3.0級的統(tǒng)一編目事件有1578個，其分布如圖2所示。統(tǒng)一編目事件中，能夠與超快速報事件相匹配的事件有570個。通過圖2和3的對比，我們可以明顯發(fā)現(xiàn)，臺站稀疏地區(qū)的地震能夠匹配上的較少。統(tǒng)一編目匹配事件中，其與第一次超快速報和第三次超快速報的震級誤差分布如圖4所示，其中紅色為第一次超快速報的誤差分布，平均震級誤差為0.4級，藍色為第三次超快速報的誤差分布，平均震級誤差為0.3級。統(tǒng)一編目匹配事件中，第一次超快速報和第三次超快速報的速報用時分布如圖5所示，其中紅色為第一次超快速報的速報用時，平均速報時間為38 s，藍色為第三次超快速報的速報用時，平均速報時間為48 s。統(tǒng)一編目匹配事件中，第一次超快速報和第三次超快速報的水平位置誤差分布如圖6所示，其中紅色為第一次超快速報的水平位置誤差，平均水平位置誤差為27 km，藍色為第三次超快速報的水平位置誤差，平均水平位置誤差為12 km。

圖2 統(tǒng)一編目M≥3.0級事件分布Fig.2 The distribution of eventswith M≥3.0 in unified catalog

圖3 與統(tǒng)一編目事件匹配的M≥3.0的超快速報事件分布Fig.3 The distribution of very fast report eventswith M≥3.0matchingwith unified catalog

未能匹配的1 008個漏報的編目事件中，M大于等于4級的事件有431個，其中12個為5級以上地震，最大5.7，其分布如圖7所示，其中紅色圓圈代表99個漏報的國內(nèi)編目地震事件，這些事件除了一個東北地區(qū)4.9的深震，8個受之前地震尾波影響未觸發(fā)外，其余90個事件漏報的主要原因為臺站稀少且分布不均。

圖4 匹配事件的震級誤差分布Fig.4 Magnitude error distribution ofmatching events

圖5 匹配事件的超快速報時間分布Fig.5 The very fast report time distribution ofmatching events

圖6 匹配事件的水平誤差分布Fig.6 Horizontal error distribution ofmatched events

圖7 漏報事件分布（M≥4.0）Fig.7 The distribution ofmissing eventswith M≥4.0

在超快速報系統(tǒng)速報的856個M≥3.0級的事件中，發(fā)送到EQIM上的事件有442個，能夠跟編目事件目錄相匹配的事件有434個，未能匹配的事件有8個，其中4.1級地震1個，3.4級以下7個。這8個未能匹配的誤報事件的分布如圖8所示。從圖中可以看出，8個誤報事件的震級都比較小，且有4個事件只是由于初報時的位置偏差較大引起的，2個誤報事件是由于位于臺灣地區(qū)，且震級較小，很可能是該事件未入全國編目報告引起的，只有兩個分別位于東西部網(wǎng)緣的誤報事件，且最大震級為3.2。

3 結(jié)語

通過對地震超快速報系統(tǒng)的運行結(jié)果分析可以看出，超快速報的速度和精確度跟臺站的分布密切相關(guān)，超快速報系統(tǒng)第一次速報的平均耗時為38 s，平均水平位置誤差27 km，震級誤差為0.4級；第三次速報的平均耗時為48 s，平均水平位置誤差12 km，震級誤差為0.3級。在臺站分布相對密集和均勻的中國中東部地區(qū)，速報的平均耗時和精度都要優(yōu)于全國超快速報系統(tǒng)的平均水平。

漏報的99個事件（M≥4.0）主要分布在臺站稀少的西部地區(qū)和網(wǎng)緣。超快速報系統(tǒng)漏報地震事件的主要原因有以下3個方面：①事件震級相對較小且分布在臺站稀疏的地區(qū)（如西北部地區(qū)）；②事件分布在網(wǎng)緣；③同一地區(qū)短時間震群事件中的余震較多。

超快速報系統(tǒng)誤報的地震事件個數(shù)為8（M≥3.0）個，誤報的主要原因可以歸納為以下幾點：①震級未匹配的是第一報結(jié)果深度太大（＞100 km），導(dǎo)致震級偏大。第二報后基本能給出合理的深度和震級。②第一報結(jié)果深度不合理（＞100 km）導(dǎo)致震中和發(fā)震時刻和震級與編目結(jié)果差別大，從而使系統(tǒng)形成了一個新的事件目錄，但這種目錄通常只有一次結(jié)果，所以在最終實際的速報中是不會出現(xiàn)的。③誤報的事件基本都是只有1～4次觸發(fā)結(jié)果，其中，有1～4次觸發(fā)的：大多觸發(fā)臺站只有4個，且后面連續(xù)幾報的結(jié)果差別很大；1～2次觸發(fā)的：觸發(fā)臺站有6～8個，其兩次結(jié)果差別也大，因此在實際速報時不會出現(xiàn)這樣的誤報。④誤報的事件的震級都在4.0級以下。⑤誤報事件主要都分布在網(wǎng)緣和網(wǎng)外。

[1]Johnson C.E.，Bittenbinder A.，Bogaert B.，et al. Earthworm：A flexible approach to seismic network processing[J].IRISNews letter，1995，14（2）：1-4.

[2]Hanka W，Heinloo A，Jaeckel K H.Networked seismographs：GEOFON realtime data distribution[J].ORFEUS，Newsletter，2000（2）：12.

[3]Wu Y.M.，Teng T.L.A virtual sub-network approach to earthquake early warning[J].Bull.Seism.Soc.Am.，2002，92（5）：2 008-2 018.

[4]Hiromitsu N.，Shigeki H.，Wu C.J.，et al.Evaluation of the real-time earthquake information system in Japan[J]. Geophys Res.Lett.，2009，36：L00B01，doi：10.1029 /2008GL036470.

[5]黃文輝，康英，吳永權(quán)，等.JOPENS系統(tǒng)用戶手冊[M]，2006.

[6]沈玉松，康英，黃文輝，等.國家地震速報備份系統(tǒng)定位結(jié)果評估[J].中國地震，2011，27（2）：155-164.

[7]金星，廖詩榮，陳緋雯.區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)實時速報系統(tǒng)研究[J].地震地磁觀測與研究，2007，28（1）：65-72.

[8]Wu Y.M.，Li Z.Magnitude estimation using the first three seconds P-wave amplitude in earthquake early warning[J]. Geophys Res Lett，2006，33：L16312，doi：10.1029/ 2006GL026871.

[9]Wu Y.M.,Kanamori H.,Richard M.A.,et al.Determination of earthquake early warning parameters,and,for southern California[J].Geophys.J.Int.,2007,170：711-717.

[10]Zollo A.，LancieriM.，Nielsen S.Earthquakemagnitude estimation from peak amplitudes of very early seismic signals on strong motion records[J].Geophys.Res.Lett.，2006，33：L23312，dio：10.1029/2006GL027795.

[11]Murphy S.，Nielsen S.Estimating earthquakemagnitude with early arrivals：A test using dynamic and kinematic models[J].Bull.Seism.Soc.Am.，2009，99（1）：1-23.

[12]張紅才，金星，李軍，等.地震預(yù)警震級計算方法研究綜[J].地球物理學(xué)進展，2012，27（2）：464-474.

Evaluating the Results of the Earthquake Very Fast Report System

HUANGWenhui，SHEN Yusong，LYU Zuoyong，KANG Ying

（Earthquake Administration ofGuangdong Province，Guangzhou 510070，China）

On the basis of the seismic automatic processing system（JOPENS），a set of earthquake very fast report system was developed by fusion of the earthquake early warning location algorithm and the fastmagnitude calculatingmethod.The system can automatically determine the three parameter of earthquake in a few seconds to tens of seconds after the occurrence of earthquake.The system was deployed in the backup center of Guangdong province earthquake quick report since March 2013.Through analysis of the automatic location results from trying to run to July 2014，the author found that the report time of the very fast report system was improved for theminute level to the second level.However,the location accuracy was not reduced.Besides，the paper did further analysis of the reasons of themissing and false report.

Earthquake very fast report；Automatic report；Location result evaluation

P315.75

A

1001-8662（2016）04-0001-07

10.13512/j.hndz.2016.04.001

黃文輝，沈玉松，呂作勇，等.地震超快速報系統(tǒng)試運行結(jié)果評估[J].華南地震，2016，36（4）：1-7.[HUANGWenhui，SHEN Yusong，LYU Zuoyong，et al.Evaluating the Results of the Earthquake Very Fast Report System[J].South china journal of seismology，2016，36（4）：1-7.]

2015-10-06

地震行業(yè)科研專項（201308008）資助

黃文輝（1973-），男，高級工程師，主要從事地震臺網(wǎng)處理系統(tǒng)的研制。

E-mail：huanghwh@163.com.