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(bào)系統(tǒng)試運(yùn)行結(jié)果評(píng)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(dòng)處理系統(tǒng)（JOPENS）的基礎(chǔ)上，通過(guò)融合地震預(yù)警定位算法和震級(jí)快速計(jì)算方法，開(kāi)發(fā)了一套地震超快速報(bào)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(dòng)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(bào)備份中心進(jìn)行試運(yùn)行。通過(guò)分析系統(tǒng)試運(yùn)行至2014年7月間的自動(dòng)定位結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，超快速報(bào)系統(tǒng)把地震自動(dòng)速報(bào)的用時(shí)從分鐘級(jí)提高到了秒級(jí)，且定位精度并未降低。另對(duì)系統(tǒng)的漏報(bào)和誤報(bào)情況進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。

地震超快速報(bào)；自動(dòng)速報(bào)；定位結(jié)果評(píng)估

0 引言

地震自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)是將地震發(fā)生后臺(tái)站實(shí)時(shí)傳回的地震波形，通過(guò)震相自動(dòng)識(shí)別、組合、定位，確定出地震3要素（地震的發(fā)震時(shí)刻、震源位置和震級(jí)）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。目前，國(guó)際上地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件主要使用美國(guó)USGS的Earthworm軟件[1]、德國(guó)GEOFON臺(tái)網(wǎng)的SeisComp軟件[2]、臺(tái)灣的VSN軟件[3]以及日本的REIS軟件[4]。根據(jù)臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)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(dòng)確定地震的三要素。在國(guó)內(nèi)，黃文輝等[5]開(kāi)發(fā)了JOPENS地震自動(dòng)處理系統(tǒng)，并作為國(guó)家自動(dòng)速報(bào)備份系統(tǒng)部署在廣東省地震臺(tái)網(wǎng)中心，該系統(tǒng)能在1～3 min左右自動(dòng)確定出地震的三要素[6]。金星等[7]開(kāi)發(fā)了一套區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的實(shí)時(shí)速報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)區(qū)域臺(tái)網(wǎng)內(nèi)的地震事件能夠?qū)崿F(xiàn)比較快速可靠的自動(dòng)定位。

隨著國(guó)內(nèi)臺(tái)站建設(shè)密度的增加，為進(jìn)一步減少地震三要素的自動(dòng)產(chǎn)出時(shí)間，提高自動(dòng)速報(bào)的速度，廣東省地震局在JOPENS地震自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)融合“著未著”地震預(yù)警定位算法[4]，以及地震預(yù)警震級(jí)的快速計(jì)算方法[8-12]，開(kāi)發(fā)出了一套地震超快速報(bào)系統(tǒng)。通過(guò)利用全國(guó)地震臺(tái)站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流服務(wù)，對(duì)國(guó)內(nèi)及周邊地區(qū)4級(jí)以上的地震，該系統(tǒng)能夠在幾秒至幾十秒之間，自動(dòng)產(chǎn)出地震的三要素。從2013年3月開(kāi)始，該系統(tǒng)已部署在廣東地震臺(tái)網(wǎng)的國(guó)家地震速報(bào)備份系統(tǒng)中，通過(guò)自動(dòng)速報(bào)平臺(tái)EQIM向國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心提供地震自動(dòng)超快速報(bào)服務(wù)。本文選取了至系統(tǒng)部署以來(lái)至2014年7月的超快速報(bào)系統(tǒng)的第一次和第三次的自動(dòng)定位結(jié)果，通過(guò)與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心的地震人工編目結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而評(píng)估該地震超快速報(bào)系統(tǒng)的實(shí)效性和準(zhǔn)確度。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

地震超快速報(bào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的來(lái)源臺(tái)站的分布如圖1所示，總的臺(tái)站數(shù)為1 869個(gè)。其中國(guó)內(nèi)臺(tái)站為1 367個(gè)（黑色三角形），數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和連續(xù)性較好，數(shù)據(jù)的傳輸延時(shí)基本都在2 s以內(nèi)，通過(guò)IRIS共享的國(guó)際臺(tái)站有502個(gè)（藍(lán)色三角形），數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性較差，傳輸延時(shí)從幾秒到幾分鐘都有。從臺(tái)站分布圖可以看出，臺(tái)站主要集中在我國(guó)境內(nèi)，國(guó)外的臺(tái)站相對(duì)稀少。在國(guó)內(nèi)，臺(tái)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(bào)系統(tǒng)的自動(dòng)定位結(jié)果，與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心（CENC）震級(jí)M≥3.0級(jí)的人工地震編目結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，從速報(bào)用時(shí)、精度、誤報(bào)、漏報(bào)四個(gè)方面對(duì)超快速報(bào)系統(tǒng)自動(dòng)定位的實(shí)效性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了分析。

2 結(jié)果對(duì)比分析

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

超快速報(bào)系統(tǒng)于2013年3月正式部署在廣東省地震臺(tái)網(wǎng)中心，至2014年7月共檢測(cè)到事件5 747個(gè)。在中國(guó)及其周邊地區(qū)（緯度17°～55°，經(jīng)度72°～138°），其中震級(jí)M≥3.0級(jí)的超快速報(bào)事件有856個(gè)，而同時(shí)期的M≥3.0級(jí)的統(tǒng)一編目事件有1578個(gè)，其分布如圖2所示。統(tǒng)一編目事件中，能夠與超快速報(bào)事件相匹配的事件有570個(gè)。通過(guò)圖2和3的對(duì)比，我們可以明顯發(fā)現(xiàn)，臺(tái)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(bào)和第三次超快速報(bào)的震級(jí)誤差分布如圖4所示，其中紅色為第一次超快速報(bào)的誤差分布，平均震級(jí)誤差為0.4級(jí)，藍(lán)色為第三次超快速報(bào)的誤差分布，平均震級(jí)誤差為0.3級(jí)。統(tǒng)一編目匹配事件中，第一次超快速報(bào)和第三次超快速報(bào)的速報(bào)用時(shí)分布如圖5所示，其中紅色為第一次超快速報(bào)的速報(bào)用時(shí)，平均速報(bào)時(shí)間為38 s，藍(lán)色為第三次超快速報(bào)的速報(bào)用時(shí)，平均速報(bào)時(shí)間為48 s。統(tǒng)一編目匹配事件中，第一次超快速報(bào)和第三次超快速報(bào)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(bào)的水平位置誤差，平均水平位置誤差為27 km，藍(lán)色為第三次超快速報(bào)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(jí)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(bào)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(gè)漏報(bào)的編目事件中，M大于等于4級(jí)的事件有431個(gè)，其中12個(gè)為5級(jí)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(gè)漏報(bào)的國(guó)內(nèi)編目地震事件，這些事件除了一個(gè)東北地區(qū)4.9的深震，8個(gè)受之前地震尾波影響未觸發(fā)外，其余90個(gè)事件漏報(bào)的主要原因?yàn)榕_(tái)站稀少且分布不均。

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

圖5 匹配事件的超快速報(bào)時(shí)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(bào)事件分布（M≥4.0）Fig.7 The distribution ofmissing eventswith M≥4.0

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

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)地震超快速報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果分析可以看出，超快速報(bào)的速度和精確度跟臺(tái)站的分布密切相關(guān)，超快速報(bào)系統(tǒng)第一次速報(bào)的平均耗時(shí)為38 s，平均水平位置誤差27 km，震級(jí)誤差為0.4級(jí)；第三次速報(bào)的平均耗時(shí)為48 s，平均水平位置誤差12 km，震級(jí)誤差為0.3級(jí)。在臺(tái)站分布相對(duì)密集和均勻的中國(guó)中東部地區(qū)，速報(bào)的平均耗時(shí)和精度都要優(yōu)于全國(guó)超快速報(bào)系統(tǒng)的平均水平。

漏報(bào)的99個(gè)事件（M≥4.0）主要分布在臺(tái)站稀少的西部地區(qū)和網(wǎng)緣。超快速報(bào)系統(tǒng)漏報(bào)地震事件的主要原因有以下3個(gè)方面：①事件震級(jí)相對(duì)較小且分布在臺(tái)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(shí)間震群事件中的余震較多。

超快速報(bào)系統(tǒng)誤報(bào)的地震事件個(gè)數(shù)為8（M≥3.0）個(gè)，誤報(bào)的主要原因可以歸納為以下幾點(diǎn)：①震級(jí)未匹配的是第一報(bào)結(jié)果深度太大（＞100 km），導(dǎo)致震級(jí)偏大。第二報(bào)后基本能給出合理的深度和震級(jí)。②第一報(bào)結(jié)果深度不合理（＞100 km）導(dǎo)致震中和發(fā)震時(shí)刻和震級(jí)與編目結(jié)果差別大，從而使系統(tǒng)形成了一個(gè)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(shí)際的速報(bào)中是不會(huì)出現(xiàn)的。③誤報(bào)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(tái)站只有4個(gè)，且后面連續(xù)幾報(bào)的結(jié)果差別很大；1～2次觸發(fā)的：觸發(fā)臺(tái)站有6～8個(gè)，其兩次結(jié)果差別也大，因此在實(shí)際速報(bào)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)這樣的誤報(bào)。④誤報(bào)的事件的震級(jí)都在4.0級(jí)以下。⑤誤報(bào)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(cè)[M]，2006.

[6]沈玉松，康英，黃文輝，等.國(guó)家地震速報(bào)備份系統(tǒng)定位結(jié)果評(píng)估[J].中國(guó)地震，2011，27（2）：155-164.

[7]金星，廖詩(shī)榮，陳緋雯.區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)速報(bào)系統(tǒng)研究[J].地震地磁觀測(cè)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(jí)計(jì)算方法研究綜[J].地球物理學(xué)進(jìn)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(bào)系統(tǒng)試運(yùn)行結(jié)果評(píng)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(zhuān)項(xiàng)（201308008）資助

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

E-mail：huanghwh@163.com.