2020年自動地震速報系統(tǒng)結(jié)果分析

徐佳靜 張建勇 支 明 徐泰然 孫 麗

（中國北京 100045 中國地震臺網(wǎng)中心）

0 引言

根據(jù)“自動地震速報技術(shù)管理規(guī)定”（2013修訂版）（中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2013）的要求，2013年4月國家地震臺網(wǎng)中心正式對外發(fā)布自動速報綜合結(jié)果（AU），該結(jié)果由國家地震臺網(wǎng)中心、國家地震速報備份中心、區(qū)域自動地震速報中心的自動速報結(jié)果組成。國家地震臺網(wǎng)中心（CB）部署在中國地震臺網(wǎng)中心，國家地震速報備份中心（GD）部署在廣東。區(qū)域自動地震速報中心系統(tǒng)包括東北（LN）、華北（HE）、西北（SN）、西南（YN）、東南（FJ）等5大區(qū)域，分別部署在遼寧、河北、陜西、云南、福建地震臺網(wǎng)中心（楊陳等，2010，2013，2014）。

為不斷提高自動地震速報系統(tǒng)定位結(jié)果的準確性和震級的穩(wěn)定性，本研究選取了2020 年3月1日至12月31日自動地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的定位結(jié)果，通過與國家地震臺網(wǎng)中心人工速報數(shù)據(jù)進行對比，對自動地震速報定位結(jié)果進行偏差分析。

1 數(shù)據(jù)資料來源

在2020年1—12月，國家地震臺網(wǎng)中心共完成1 063次地震正式速報，其中，國內(nèi)地震640次（圖1），速報平均用時580 s；國外地震423次，速報平均用時1 450 s。自動速報系統(tǒng)總計合成國內(nèi)地震事件自動速報信息274次，其中，2.0—2.9級1次；3.0—3.9級155次；4.0—4.9級96次；5.0—5.9級19次；6.0級及以上3次。

圖1 2020年1—12月我國地震震中分布Fig.1 Distribution of earthquake epicenters in China from January to December 2020

為提高自動地震速報綜合結(jié)果的精度，做到既快又準，2020年2月末，國家地震臺網(wǎng)中心對自動地震速報系統(tǒng)合成策略進行優(yōu)化。因此，本研究僅選取了自動地震速報系統(tǒng)合成策略優(yōu)化后的結(jié)果（即2020年3月1日至12月31日自動速報系統(tǒng)產(chǎn)出的結(jié)果），對其進行偏差分析。

2 自動速報產(chǎn)出結(jié)果分析

2020年3月1日至12月31日，自動地震速報系統(tǒng)共產(chǎn)出216次國內(nèi)地震事件速報結(jié)果，其平均震中位置偏差為6.7 km，平均震級偏差為0.15，平均用時119 s。各單路具體情況見表1，其中，AU表示自動地震速報系統(tǒng)；CB表示國家地震臺網(wǎng)中心；GD表示國家地震速報備份中心；FJ表示東南區(qū)域自動地震速報中心。

表1 2020年3—12月自動速報系統(tǒng)各單路產(chǎn)出結(jié)果Table 1 The output results of each automatic quick report system from March to December 2020

2.1 震中位置偏差

2020年3月1日至12月31日，自動地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的國內(nèi)地震平均震中位置偏差為6.7 km，83%的地震震中位置偏差小于10 km，震中位置偏差大于10 km的事件共有36次。圖2為自動地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的震中位置偏差大于10 km的地震分布，由圖2可見，這些地震主要分布在新疆、西藏、四川、臺灣地區(qū)。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致自動地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的地震震中位置偏差大于10 km的原因如下：①參與自動速報系統(tǒng)合成的2套系統(tǒng)產(chǎn)出的震中位置偏差均大于10 km；②參與合成的其中1套系統(tǒng)產(chǎn)出的震中位置偏差大于10 km。由原因①導(dǎo)致自動地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的地震震中位置偏差大于10 km的地震事件有14次；由原因②引起的事件有22次，占該類地震事件總數(shù)的61%。自動地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的地震震中位置偏差最大的事件為2020年3月8日6時58分新疆塔什庫爾干4.0級地震，偏差38 km，其原因為該事件定位時所用臺站的最大空隙角過大，達244°，這使得此次地震震中位置偏差較大（圖3）。

圖2 震中位置偏差大于10 km的地震震中分布Fig.2 The epicenter distribution of earthquakes with an epicenter deviation greater than 10 km

圖3 2020年3月8日新疆塔什庫爾干4.0級地震震中周邊臺站分布Fig.3 Distribution of stations of the Tashkurgan M 4.0 earthquake in Xinjiang on March 8,2020

綜合考慮實際情況及圖2、3認為，自動定位震中位置偏差較大的原因如下：①臺站分布不均勻、稀疏，數(shù)量較少，如西藏部分地震（圖2藍色長方形區(qū)域）；②網(wǎng)緣地震，臺站空隙角過大而造成定位震中誤差較大，如新疆塔什庫爾干地區(qū)部分地震、甘肅部分地震、臺灣部分地震；③在地震發(fā)生之前很短時間內(nèi)發(fā)生了1次小地震，地震波疊加導(dǎo)致自動拾取的震相到時存在偏差，如2020年10月8日6時41分5秒四川阿壩州理縣3.2級地震震中位置偏差24 km，在31 s之前，6時40分34秒在相同位置發(fā)生了1次1.7級地震（圖4）。

圖4 2020年10月8日四川理縣3.2級地震波形Fig.4 The seismic waveform of the magnitude 3.2 earthquake in Lixian County,Sichuan on October 8,2020

2.2 震級偏差

在2020年3月1日至12月31日，自動地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的國內(nèi)地震平均震級偏差0.15，其中，94%的地震震級偏差小于0.3，震級偏差大于0.3的地震事件有13次。圖5為自動地震速報震級偏差大于0.3的地震震中分布。自動速報震級比正式速報震級大而造成震級偏差大的地震事件有10次，其中，震級[2.0,3.0）的地震事件有6次，震級[3.0,4.0）的地震事件有4次。自動速報震級比正式速報震級小而造成震級偏差大的地震事件有3次，均為臺灣地區(qū)4.0級以上地震。

圖5 震級偏差大于0.3的地震震中分布Fig.5 The epicenter distribution of earthquakes with a magnitude deviation greater than 0.3

結(jié)合實際情況和震級偏差分布（圖5）認為，自動定位震級偏差較大的原因為：①不同系統(tǒng)測量震級的方法不同，震級轉(zhuǎn)換公式間存在系統(tǒng)偏差；②網(wǎng)外地震，臺站分布稀疏且數(shù)量較少，如臺灣地區(qū)部分地震；③系統(tǒng)測定的震級下限為3.0級，對于震級小于3.0的地震系統(tǒng)難以從波形中自動量取與振幅相對應(yīng)的周期，量取周期偏大，因而造成計算的震級偏大（張會苑等，2019），如2020年5月22日廣東東源2.8級地震，自動速報地震震級 3.2級；④近臺面波發(fā)育的部分非天然地震事件，系統(tǒng)自動測定的震級偏大，這使得自動速報地震震級偏差較大，如2020年5月8日陜西府谷2.6級塌陷地震，人工正式速報震級2.6級，自動速報震級3.1級。

2.3 漏報、誤報地震分析

現(xiàn)行地震自動速報系統(tǒng)發(fā)布標準為：青海、新疆、內(nèi)蒙古、西藏、臺灣地區(qū)4級及以上地震，國內(nèi)其他地區(qū)3級及以上地震。2020年3月1日至12月31日，自動速報系統(tǒng)共漏報49次國內(nèi)地震事件（圖6），即正式速報結(jié)果達到自動速報系統(tǒng)發(fā)布標準，而自動速報系統(tǒng)未發(fā)布的國內(nèi)地震事件，其中，漏報震級[3.0,4.0）地震事件20次，漏報震級[4.0,5.0）地震事件29次。

圖6 漏報地震震中分布Fig.6 The distribution of underreported earthquakes

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致自動速報綜合系統(tǒng)漏報的原因如下：①各套系統(tǒng)均未產(chǎn)出或只有其中1套系統(tǒng)產(chǎn)出地震參數(shù)；②自動速報綜合系統(tǒng)合成地震參數(shù)，但由于合成的地震震級或地名未達到所在區(qū)域的發(fā)布標準。原因①導(dǎo)致自動速報綜合系統(tǒng)漏報16次地震，其中，有8次地震所有自動速報系統(tǒng)均未產(chǎn)出參數(shù)，8次地震只有1套自動速報系統(tǒng)正常產(chǎn)出參數(shù)。原因②導(dǎo)致自動速報綜合系統(tǒng)漏報33次地震，其中，32次地震自動速報綜合系統(tǒng)合成的震級未達到區(qū)域發(fā)布標準，有1次地震自動速報綜合系統(tǒng)合成的地點顯示國外地震，但未達到國外地震發(fā)布標準。

結(jié)合實際情況進一步分析地震漏報的原因：①臺站分布不均勻且缺少近臺，如西藏地震；②網(wǎng)緣地震，最大空隙角較大，如2020年7月21日云南瀾滄3.0級地震；③前1個較大震級地震的尾波使系統(tǒng)無法拾取到漏報地震震相，如2020年4月1日20時20分四川石渠5.6級地震，8 min后，4月1日20時32分石渠3.0級地震被漏報；④在漏報地震前較短時間內(nèi)存在另1個地震，系統(tǒng)自動拾取前1個地震震相到時時，把漏報的地震事件波形誤認為前1個地震事件波形的持續(xù)，系統(tǒng)不能識別該漏報地震的到時，如漏報的2020年 4月14日12時11分54秒新疆沙雅4.5級地震，在81 s前，12時10分33秒發(fā)生了沙雅4.4級 地震。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，2020 年3月1日至12 月31日自動速報系統(tǒng)未發(fā)生誤報地震，這與自動速報系統(tǒng)在拾取到時時要求信噪比高，或與使用震相到時關(guān)聯(lián)地震時要求的臺站數(shù)量較多和臺站分布較好有關(guān)。這些高要求在很大程度上也導(dǎo)致了漏報的發(fā)生，這也與自動地震速報“寧棄不誤”的發(fā)布原則（楊陳等，2014）相統(tǒng)一。在臺站分布合理、地震信號信噪比較高的情況下，系統(tǒng)不存在漏報現(xiàn)象。

3 結(jié)論與討論

本文選取了2020 年3月1日至12 月31日自動地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的216次地震的定位結(jié)果，與國家地震臺網(wǎng)中心人工速報的結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得出以下主要結(jié)論。

（1）自動速報系統(tǒng)共產(chǎn)出216次國內(nèi)地震事件的速報結(jié)果，其平均震中位置偏差 6.7 km，平均震級偏差0.15，平均用時119 s。

（2）自動速報地震震中位置偏差較大主要由臺站分布不均勻、缺少近臺、臺站空隙角過大、系統(tǒng)自動拾取的震相誤差較大等所致；自動速報地震震級偏差較大主要因為在震級轉(zhuǎn)換方面算法不合理等。

（3）自動速報綜合系統(tǒng)共漏報49次國內(nèi)地震事件，未發(fā)生誤報地震。漏報地震與自動速報系統(tǒng)在地震定位時初至到時信噪比較低、臺站分布不均勻、地震的孤立性等有關(guān)。

綜合以上分析結(jié)果認為，全國自動地震速報產(chǎn)出結(jié)果與國家地震臺網(wǎng)中心人工速報的結(jié)果間存在一定偏差。除了通過合理地增加區(qū)域臺站數(shù)量、優(yōu)化各單路臺網(wǎng)布局等方式減少漏報外，也需不斷完善自動速報系統(tǒng)在震相識別、震級轉(zhuǎn)換等方面的算法，以進一步提高全國各單路自動地震速報水平。

感謝中國地震臺網(wǎng)中心梁建宏老師對本文的指導(dǎo)。