地震預(yù)警系統(tǒng)在福建“十五”、“十一五”臺網(wǎng)下應(yīng)用

摘 要：本文利用“十五”、“十一五”福建地震臺網(wǎng)的EVT數(shù)據(jù)，對福建地震預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行對比試驗，結(jié)果表明，在早期臺網(wǎng)條件下，預(yù)警系統(tǒng)具備一定的時效，在臺間距更小的臺網(wǎng)條件下，地震預(yù)警系統(tǒng)處理效果更好。

關(guān)鍵字：地震預(yù)警；地震臺網(wǎng)；臺間距

地震預(yù)警是在真實的地震發(fā)生后，利用地震監(jiān)測臺網(wǎng)實時獲取地震波形，利用地震P波傳播速度大于破壞性S 波和面波，以及電磁波傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地震波波速的原理，在盡可能短的時間內(nèi)使用先前獲得少量地震信息，估算地震基本參數(shù)（震源位置、發(fā)震時間、地震震級）、估計預(yù)警目標(biāo)區(qū)地震動和破壞程度以及破壞性地震波到達(dá)時間，進(jìn)而搶在破壞性地震波到達(dá)預(yù)警目標(biāo)區(qū)之前，對可能破壞區(qū)域發(fā)出地震警報，以便啟動地震應(yīng)急控制系統(tǒng)、以消除各種直接或者間接的災(zāi)害威脅。

目前，國際上已經(jīng)建設(shè)了多套地震預(yù)警系統(tǒng)，如墨西哥、日本、美國， 我國臺灣、土耳其、羅馬尼亞、意大利、希臘、葡萄牙等。其中墨西哥SAS系統(tǒng)和日本緊急地震速報預(yù)警系統(tǒng)分別于1993年8月和2007年10月開始面向公眾發(fā)布地震預(yù)警信息，已對多個地震發(fā)出了警報，取得減災(zāi)實效，部分系統(tǒng)仍處于測試階段。 [1-3]。

福建省地震局歷時3年，研發(fā)出一套地震預(yù)警系統(tǒng)。并在福建與首都圈示范運行。本文針對地震預(yù)警系統(tǒng)在不同臺網(wǎng)條件下的應(yīng)用做測試對比研究。

1 福建“十五”、“十一五”臺網(wǎng)狀況及數(shù)據(jù)

福建“十五”測震臺網(wǎng)，由41個測震臺站組成，采用SDH傳輸協(xié)議，平均網(wǎng)絡(luò)延時2.1s?！笆晃濉睖y震臺網(wǎng)由85個測震臺組成。新建設(shè)的44個臺站的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議改用MSTP，平均網(wǎng)絡(luò)延時1.4s。通過加建測震臺站，臺站的平均間距從54km降到了31km。東部沿海密集區(qū)域則為20km左右。臺站分布情況如圖1。

收集到福建省2003年2月-2012年11月間發(fā)生于福建省區(qū)域內(nèi)及周邊地區(qū)的107個ML3.0級以上歷史地震事件，“十五臺網(wǎng)91個” ，“十一五”16個，震中分布如圖2。

2 在線運行情況分析

地震預(yù)警離線測試結(jié)果顯示“十五”臺網(wǎng)91個地震，發(fā)布81個，發(fā)布率89.01%；“十一五”臺網(wǎng)16個地震，發(fā)布14個，發(fā)布率87.50%。共漏報12個。

“十五"臺網(wǎng)下共發(fā)布81個，定位結(jié)果平均誤差為14.07±14.73km；其中有共80個40km以內(nèi)，占98.8%；最大偏差為101.1km；”十一五"臺網(wǎng)下共發(fā)布14個，定位結(jié)果平均誤差為3.57±8.20km；100%位于40km以內(nèi)；最大偏差為31.7km。分布如圖3。

“十五"臺網(wǎng)預(yù)警震級與編目震級結(jié)果對比，平均偏差為0.3±0.59個震級單位，其中有29個事件的震級誤差介于±0.50個震級單位之間，占發(fā)布測試震例的35.80%，74個事件的震級誤差介于±1.0個震級單位之間；2個偏差較大；”十一五"臺網(wǎng)震級平均偏差為0.23±0.58個震級單位；其中有6個事件的震級誤差介于±0.50個震級單位之間，占發(fā)布測試震例的42.87%；11個事件的震級誤差介于±1.0個震級單位之間。分布如圖4：

“十五"臺網(wǎng)地震預(yù)警發(fā)布信息距首臺觸發(fā)平均需時為8.94±3.12s，其中68個事件的預(yù)警首報在首臺觸發(fā)后10s（包括10s）之內(nèi)發(fā)布，占全部測試事件的83.95%，78個位于首臺觸發(fā)后15秒以內(nèi)，占發(fā)布震例的96.30%，最大用時21.2秒；”十一五"臺網(wǎng)發(fā)布平均需時為6.75±4.20s，其中12個事件的預(yù)警首報在首臺觸發(fā)后10s（包括10s）之內(nèi)發(fā)布，占全部測試事件的85.71%，13個位于首臺觸發(fā)后15秒以內(nèi)，占發(fā)布震例的92.86%，最大用時16.4秒。分布如圖5。

3 異常結(jié)果分析

2007年12月10日6時12分48秒浙江慶元縣ML3.2級地震，震中東經(jīng)119.08北緯27.58，地震預(yù)警定位結(jié)果與地震目錄偏差101.1km，該地震事件波形圖如圖6.

誤差偏大的原因是NAP臺在震前有一個脈沖式似標(biāo)定波形，導(dǎo)致震相提前15秒到達(dá)，該震相參與定位，導(dǎo)致定位震中靠近NAP臺。該問題通過對標(biāo)定波形的特定標(biāo)識進(jìn)行設(shè)置和判別后，即可不再發(fā)生。

此次地震預(yù)警試驗，漏報12個。漏報地震分布圖如圖12。其中網(wǎng)緣6個，網(wǎng)內(nèi)6個。漏報原因有三種：一是波形質(zhì)量差，導(dǎo)致震相識別困難或者錯誤，漏報6個；二是雙震，由于后一地震P波被覆蓋，導(dǎo)致漏報2個；三是不滿足發(fā)布條件，由于震級估算偏低，不滿足預(yù)警設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，漏報4個。

4 總結(jié)

選擇107個歷史地震事件進(jìn)行試驗，地震預(yù)警軟件的測試結(jié)果表明，地震預(yù)警軟件地震定位結(jié)果與編目結(jié)果間的差異較小，能夠滿足地震預(yù)警的實際需要，但是“十一五”臺網(wǎng)下的定位效果和震級估算效果明顯好于“十五”臺網(wǎng)?！笆濉迸_網(wǎng)能夠在首臺觸發(fā)后8-15秒發(fā)出第一次警報，“十一五”臺網(wǎng)條件下地震預(yù)警系統(tǒng)在首臺觸發(fā)后5-10秒發(fā)出第一次警報；說明在臺間距更小的“十一五”臺網(wǎng)條件下，地震預(yù)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和時效性能夠得到更好的保證。

地震預(yù)警系統(tǒng)估算震級結(jié)果具備一定的精度，基本滿足地震預(yù)警的需求，因為統(tǒng)計震級參數(shù)選取的事件存在局限性，導(dǎo)致小震級的離散性相對偏高，因此地震預(yù)警震級估算公式需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善；軟件處理速度基本能夠充分滿足地震預(yù)警系統(tǒng)的時效性要求。對于雙震這類非人為干擾事件，地震預(yù)警系統(tǒng)還需要做更多的研究和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Hongcai Zhang， Xing Jin， Yongxiang Wei，et al. An Earthquake Early Warning System in Fujian， China[J]. Bulletin of the Seismological Society of America， 2016 Vol. 106， No. 2， pp. 755–765.

[2]張紅才， 金星， 李軍， 等. 地震預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展， 2013， 28（2）： 706-719.

[3]馬強. 地震預(yù)警技術(shù)研究及應(yīng)用[D]. 博士學(xué)位論文. 哈爾濱：中國地震局工程力學(xué)研究所， 2008.

作者簡介

于培青（1982-），男，漢族，工程師，主要從事地震監(jiān)測、地震預(yù)警及烈度速報等方面科研工作。endprint