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  地震地磁观测与研究  2022, Vol. 43 Issue (1): 146-150  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2022.01.021
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引用本文  

陈家樑, 戴丽金, 张宝剑. 地震预警系统在提高中国台湾地区地震速报时效性中的作用[J]. 地震地磁观测与研究, 2022, 43(1): 146-150. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2022.01.021.
CHEN Jialiang, DAI Lijin, ZHANG Baojian. The role of early warning system in improving the timeliness of earthquake quick reporting of Taiwan, China[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2022, 43(1): 146-150. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2022.01.021.

作者简介

陈家樑(1985—),男,工程师,主要从事地震数据质量管理及相关研究工作。E-mail:578801851@qq.com

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本文收到日期:2021-03-01
地震预警系统在提高中国台湾地区地震速报时效性中的作用
陈家樑   戴丽金   张宝剑     
中国福州 350003 福建省地震局
摘要:利用地震预警系统对中国台湾地区地震进行速报,与传统地震告警软件对比后发现,预警系统能够在较短时间内得出地震三要素并告警,可为地震速报人员争取较长速报用时。总结了地震速报过程中需要注意的若干细节问题。
关键词地震速报    地震预警系统    地震告警用时    
The role of early warning system in improving the timeliness of earthquake quick reporting of Taiwan, China
CHEN Jialiang   DAI Lijin   ZHANG Baojian     
Fujian Earthquake Agency, Fuzhou 350003, China
Abstract: Compared with the traditional earthquake warning software, using the earthquake early warning system to quickly report earthquakes in Chinese Taiwan shall offer the three elements of earthquakes and give an alarm in a short time, which will strive for a long time for the manual earthquake quick report. Some detailed problems requesting attention in the process of earthquake quick report are summarized.
Key words: earthquake quick report    earthquake early warning system    time of earthquake alarm    
0 引言

地震速报不仅考验速报人员的震相知识储备及软件操作能力,还考验其心理素质及临场反应力(叶繁英等,2003)。中国台湾地区地震,特别是宜兰海域附近的深震,震级稍大时福建全省就会有较强震感,特别是距该区较近的沿海城市震感更强烈。但是,该地区深震的定位有一定难度,因为在台湾东部海域无法形成包围式的台站定位,故常需地震速报人员耗费较长时间进行地震三要素的调试(段刚等,2014)。中国台湾地区地震速报在福建地震台网速报中占比较大,且对于不同震中的地震有着严格的速报时间要求,因此,需要在有限的速报时间内,利用现有科技带来的便利,最大限度地利用速报时长。人工交互分析模块MSDP(multi-station seismic data processing)及自动地震速报系统的地震告警,均是在保证不误报、报准确的前提下才发生告警的,因此当系统产出地震三要素并告警时,距地震发生已经过了一段时间,而震中距越大,时间间隔越长。速报工作中规定的速报时长计时是从地震发生时刻开始计算的,若要在规定时间内尽可能充分地利用速报时长,就需要值班人员尽早发现地震并迅速进入速报状态,而通过预警系统来减短地震告警用时便是有效的手段之一。

1 福建地震台网地震速报情况 1.1 福建地震台网中心地震速报要求

根据中国地震台网中心的要求,结合福建自身实际情况,福建地震台网在国家M 0.5地震速报要求的基础上调低了速报震级,其中,有在15 min内完成福建省海岸线外100 km至海域国界线范围内M≥4.0地震初报的要求,这将整个中国台湾地区及周边海域都包含在了地震速报范围内。为提高中国台湾地区地震的定位精度,福建地震台网中心在充分利用福建省及周边省份台站的基础上,与该地区进行了16个台站的实时数据交换(图 1)。

图 1 福建地震台网台站及中国台湾地区实时数据交换台站分布 Fig.1 The distribution of Fujian Seismic Network stations and real-time data exchange stations in Taiwan, China
1.2 福建地震台网速报地震震中分布

福建速报地震震中绝大多数分布于台湾海峡、台湾岛及其周边海域。以2020年为例,福建地震台网共速报地震59个,其中,震中位于台湾地区及其东南部海域的地震共52个,占88%(图 2)。中国台湾地区处于环太平洋地震带上,属于地震多发区,且其南投地区发生的较大地震经常使福建沿海地区有震感,因此,台湾地区地震在福建地震台网速报地震中较重要。

图 2 2020年福建地震台网速报地震震中分布 Fig.2 The distribution map of quick report earthquakes using Fujian network
2 提升地震速报效率的若干条件

提升地震速报效率除需加强速报人员自身的业务能力以外,还可从以下几个方面着手:①良好的波形数据质量。到时震相的清晰度由震级大小、深度及传播介质等因素决定,除此之外,需尽量排除地震仪器质量、背景噪声、网络数据传输等因素所造成的波形失真,甚至是断记,因此需要系统、仪器维护人员及时进行维修。②足够的速报时长。若速报时间充分,则能降低速报人员的心理紧张感,有助于提升定位的精准度。③高密度的地震台站。台站密度越大,越有助于地震三要素的产出。④高性能计算机。MSDP实时缓存波形功能需消耗一定的内存,故需要相当内存配置的计算机。本文重点讨论第2点,地震速报有着严格的时间规定,所以只能充分利用规定时间。图 3为地震速报流程。由图 3可见,速报地震起始于JOPENS系统的地震告警(苏柱金等,2015),地震速报时速报人员除需熟练操作MSDP软件外,还应尽量减少地震告警用时。较理想的状态为地震速报人员能够在波形到达首台的第一时间确认P波类型并进行到时标注,但因人工无法长时间一直关注实时波形,所以在规定的时间内,只能尽量缩短从地震发生到值班员听到软件告警的用时。

图 3 地震速报流程 Fig.3 The flow chart of earthquake quick report
3 地震预警系统对台湾地区地震的告警用时

地震预警系统利用了P波传播速度大于S波、电磁波的传播速度快于地震波的时间差,发出震后预警。而时间与距离间成正比,对于地震台网内地震而言,因震中距较小,以Pg为主的地震波会迅速到达各个台站,预警系统与自动速报系统在地震告警上的用时差不明显。但中国台湾地区地处海峡东岸,发生在台湾岛及周边海域的地震,因震中距的原因均以Pn波最先到达福建地震台网台站。地震预警系统利用其独特的算法(张红才等,2013),以及数据包均以1 s的时长打包发送,加之其先于自动速报及人工速报分析软件,接入了台湾地区地震台站进行先行定位,这相当于在福建地震台网的外围布设了“预警台站”先行定位,然后利用电磁波与地震波的速度差,对福建地震台网进行地震预警,可以说是“超级速报系统”。

3.1 震例选取

以2020年福建地震台网速报地震为数据来源,统计速报地震震中位置占比(图 4)。由图 4可见,84.6%的速报地震发生在台湾岛及台湾东部海域,因此,主要以台湾岛及台湾东部海域的速报地震为例进行分析。

图 4 2020年速报地震震中位置占比 Fig.4 The proportion map of epicenters of quick report earthquakes in the year of 2020
3.2 自动地震速报、地震预警系统告警用时对比

地震速报软件(金星等,2006)与预警系统的地震地位及定位台站数都有所不同。对于速报人员而言,只需要快速知道震源的粗略位置进而在第一时间判断P波类型并挑出最近台,而预警及自动速报的定位精度可以满足要求。表 1为福建地震台网首台触发地震事件及2套系统告警用时。其中,预警系统告警用时为手机接收到告警短信的预警时间,而真正用时还会更短。由表 1可见,自动速报告警用时平均为114.5 s,预警系统告警用时平均为26.5 s,比自动速报早88.0 s。由此可见,地震预警系统能够有效地缩短对中国台湾地区地震的检测、定位用时。

表 1 中国台湾地区及附近海域地震事件的自动地震速报及地震预警系统告警用时 Table 1 Time spent of automatic earthquake quick report and alarm time of earthquake early warning system for earthquakes in Chinese Taiwan and nearby sea areas
3.3 提高地震速报质量的注意事项

利用预警系统所争取到的速报时长来提高地震速报效率时需要注意以下问题:①利用预警系统产出的震中位置,在充分掌握福建省各地震台站布局的情况下,可以在第一时间将最近台以台间距排列置顶,然后根据震中位置及实际波形迅速选定P波类型进行到时标注;②因中国台湾地区地震相对于福建地震台网均偏向一侧,在没有该地区地震台站辅助下,为了定位准确,需使定位所用台站的张角尽量较大,以便于手动选出最北端与最南端的台站标注若干台的到时;③在台间距排列后,对于钟差明显的台站可肉眼判断其到时是否存在异常并予以排除,但微小的钟差却无法第一时间进行排除,则需在定位之后查看各台站残差才能发现,这样不仅降低定位精度还浪费速报时间,因此,需要利用JOPENS自带的延时监测功能对高于正常值范围的台站进行标注提醒,并及时联系仪器维修人员进行修复。

4 结束语

地震预警系统能明显缩短中国台湾地区地震告警用时,使地震速报人员及时掌握震情概况。但需要指出的是,在充分利用地震预警软件及其他波形质量检测软件等带来便利的同时,也需经常演练出现异常状态时的处置流程,才能确保地震速报万无一失。今后将会在地震速报中加入中国台湾地区地震台站资料,但如何有效利用这些台站提高地震速报效率,还需要速报人员不断探索。

参考文献
段刚, 张丽娜, 蔡杏辉. JOPENS常用定位方法对台湾中深源地震定位差异分析[J]. 地震工程学报, 2014, 36(4): 1087-1092. DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2014.04.1087
金星, 廖诗荣, 陈绯雯. 地震台网实时速报系统研究[J]. 福建地震, 2006, 22(3/4): 1-10.
苏柱金, 黄文辉. MSDP软件震相自动识别技术实现[J]. 地震地磁观测与研究, 2015, 36(5): 121-127.
叶繁英, 林伟, 康英. 地震速报中的心理浅析[J]. 华南地震, 2003, 23(4): 95-101.
张红才, 金星, 李军, 等. 地震预警系统研究及应用进展[J]. 地球物理学进展, 2013, 28(2): 706-719.