新疆地震預警系統(tǒng)預警處理能力分析
——以拜城MS5.4地震為例①

閆新義， 李艷永

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

1868年美國舊金山大地震后，Cooper提岀地震預警的設想。利用電磁波傳播速度遠遠大于地震波傳播速度的原理，搶在破壞性地震波到達之前發(fā)布地震預警信息[1-4]。日本、美國、墨西哥、歐盟等地震風險較高的國家和地區(qū)均已建設和投入預警系統(tǒng)[5-6]。20世紀50年代，日本將Cooper的地震預警構想用于地震災害防御，于1998年正式在鐵路系統(tǒng)中正式啟用“UrEDAS”預警系統(tǒng)，并于2007年10月1日起正式向全體公眾發(fā)布地震預警信息。1985年米卻肯州地震造成巨大損失之后，墨西哥儀器和地震記錄中心開發(fā)了一套地震預警系統(tǒng)[7]。1994年美國開始研究地震預警，經過技術不斷更新建成了“ShakeAlert”系統(tǒng)，并于2017年正式在西海岸地區(qū)投入使用[8]。中國地處環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶的交匯地區(qū)，也是全球地震活動最強烈和地震災害最嚴重的國家之一[9-11]。1976年唐山地震，2008年汶川地震，都給民眾生命財產安全帶來不可估量的損失[12]。因此，建設全國范圍內的分鐘級烈度速報、秒級地震預警系統(tǒng)，最大限度保障人民生命財產安全十分必要。結合中國人口經濟、地震災害分布等因素，將華北、南北地震帶、東南沿海和新疆天山中段等4個地區(qū)定為重點地震預警區(qū)[13-15]。新疆天山中段重點地震預警區(qū)建設目標是形成完善的地震預警能力和基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)實測值的烈度速報能力，強化地震參數與地震動參數速報能力，新疆地區(qū)實現分鐘級烈度速報和秒級的地震預警信息服務。為研究新疆預警系統(tǒng)產出結果時效性與準確率，本文對新疆天山中段重點地震預警區(qū)及新疆其他區(qū)域的地震預警事件進行分析。

1 研究對象

2021年3月24日05時14分新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣發(fā)生MS5.4地震，其后08時04分、21時14分相繼發(fā)生2次MS3.4余震事件，3次地震事件的震中都沒有落在天山中段重點地震預警區(qū)內部，因此其時效性不做特別要求，只研究預警終端產生觸發(fā)結果的震級和震中。本文中結合該次地震事件以及預警終端所產出的其他地震事件對預警結果的質量進行分析研究。新疆天山中段重點地震預警區(qū)由基準站、基本站、一般站組成，全疆及新疆天山中段重點地震預警區(qū)臺站分布如圖(圖1)。

使用該模型開發(fā)一款水光面膜配方，篩選19名消費者（排除條件同1.1），年齡為22～41周歲，其中干性肌膚和中性肌膚9名，混合性和油性肌膚10名。采用半臉隨機單盲測試（盲測針對專家視覺評估人員和儀器測試人員），按1.6模型計算產品使用前后擬合水光指數提升值、擬合水光指數提升百分比，并將水光面膜產品使用組和空白組進行對照。

（180）長葉細鱗苔 Lejeunea discreta Lindenb.熊源新等（2006）；楊志平（2006）

圖1 臺站及研究地震事件分布圖Fig.1 Distribution of stations and research earthquake events

因為新疆預警系統(tǒng)還處在不完善階段，為保證能更好地服務社會，在新疆維吾爾自治區(qū)地震局內部先進行運行測試。2021年2月1日～3月24日內部產出結果如下，新疆及其周邊地區(qū)共發(fā)生速報地震事件39條，包括國外地震4條，省外地震3條，其中有觸發(fā)結果的地震共23條。2月2～11日、22日的地震事件，因配置方面的原因未觸發(fā)，3月5日新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣MS3.3地震、3月9日新疆克孜勒蘇州烏恰縣MS3.0地震、3月20日塔吉克斯坦MS3.0地震、西藏阿里地區(qū)改則縣MS4.7地震和3月21日新疆巴音郭楞州若羌縣MS3.0地震事件因在臺網密度較稀疏的條件下震級過小沒觸發(fā)，其他事件均有觸發(fā)結果。一些地震事件震中定位觸發(fā)臺站少或觸發(fā)結果少于2條，導致其準確性不高，故被剔除。最終剩下15條地震事件作為研究對象(表1)。

表1 研究地震事件表

2 拜城 MS5.4地震預警結果分析

由于仿真是在相對理想環(huán)境情況下進行的(未考慮搶占道、行人過街等問題)，但通過改進措施，改進后的路網的整體平均延誤下降9%，其中蘋果園南路口下降17.1%，晉元莊路口上升84.2%、阜石路口下降14.4%，楊莊路口下降78.8%，如果考慮到對行人、搶占道路、掉頭等問題，改進效果應超過仿真結果.

通過對拜城主震及余震分析，震級的最終觸發(fā)結果比初次觸發(fā)結果更加可靠，這是因為最終觸發(fā)結果參與定位的臺站數量更多，得到的結果更加準確。同理，震中的最終觸發(fā)結果也更加靠近國家臺網速報結果，主震、余震都和國家臺網速報結果相差10 km以內，震中位置的結果可靠(圖2)，圖中事件1、事件2、事件3分別是拜城MS5.4地震事件、08時04分拜城MS3.4地震事件、21時14分拜城MS3.4地震事件。初次觸發(fā)結果報告用時在13.1～14.4 s之間，時間較長，這是由于拜城地震震中在天山中段重點地震預警區(qū)之外，臺站間距較大所致。對于拜城MS5.4地震事件，發(fā)生在天山中段重點區(qū)之外，最終觸發(fā)結果震級偏差 0.1級，震中偏差4.7 km，均具有較高的準確度，產生報告用時較長，為14.4 s，可以達到該區(qū)的預警要求，即形成基于縣級實測值的烈度速報能力。

表2 觸發(fā)結果與發(fā)布結果對比表

拜城MS5.4地震事件，與國家臺網地震速報信息相比，初次觸發(fā)結果的震級偏差為0.5級，震中偏差為11.2 km，報告用時為14.4 s；最終觸發(fā)結果震級偏差為0.1級，震中偏差為 4.7 km。2個MS3.4余震事件初次觸發(fā)結果的震級偏差分別為0.3級、0.2級，震中偏差為4.5 km、25.5 km，報告用時分別為14.2 s和13.1 s，最終觸發(fā)結果震級偏差分別是0.3級、0.0級，震中偏差分別是4.5 km、10 km(表2)。08時04分的地震只有1條觸發(fā)結果，故其震級、震中偏差沒有變化。

文中以國家臺網中心地震速報結果為標準，來驗證預警結果準確率和時效性。對于準確率，本文中以研究初次觸發(fā)結果、最終觸發(fā)結果的震級以及最終觸發(fā)結果的震中為主。當臺站初動時間偏差>2.5 s，會被JEEW檢測并觸發(fā)，但不參與定位，當臺站初動時間偏差<2.0 s，會被系統(tǒng)檢測觸發(fā)并參與定位。時效性研究其初次觸發(fā)結果生成報告所用時間，為了保證時效性，所有臺站均采用實時數據傳輸的方式。

圖2 拜城地震震級(a)、震中(b)結果偏差對比柱狀圖Fig.2 Comparison histogram of output results’ deviation of magnitude(a)and epicenter(b) for the earthquake in BaiCheng

3 分區(qū)域預警能力分析

在研究拜城MS5.4地震事件基礎上，對其他觸發(fā)地震事件進行研究。新疆預警系統(tǒng)以新疆天山中段為重點區(qū)，非重點區(qū)之外的其他區(qū)域總體沿用過去臺站。隨著預警工程臺站架設的完善，新疆天山中段重點地震預警區(qū)的平均臺間距在15 km左右，全疆平均臺間距40 km左右(1)新疆維吾爾自治區(qū)地震局.國家地震烈度速報與預警工程新疆子項目實施方案設計和實施預算報告，2018年12月.，因此將新疆天山中段重點地震預警區(qū)和其他區(qū)域區(qū)分研究。通過對比分析，發(fā)生在天山中段的3個地震事件初次觸發(fā)結果震級偏差最大0.5級，最小為0.1級，平均偏差0.3級，震中位置偏差4.1～18.2 km，平均偏差9.6 km，初次觸發(fā)結果的報告用時最快為2.0 s、最慢為4.7 s；最終觸發(fā)結果震級偏差最大0.5級，最小為0.2級，平均偏差0.4級，震中位置偏差2.7～7.7 km，平均偏差5.5 km(圖3)。觸發(fā)結果與國家臺網速報結果相比，震級相差略大，震中基本吻合，報告用時2.0～4.7 s。

圖3 研究地震事件平均震級(a)、平均震中偏差結果(b)對比柱狀圖Fig.3 Comparison histogram of output results’ deviation of magnitude(a) and epicenter(b)on average for research earthquake events

非重點區(qū)的其他區(qū)域地震事件與國家臺網速報結果相比，初次觸發(fā)結果震級偏差最大 0.7級，最小為0.0級，平均偏差0.3級，其中震級偏差最大0.7級的地震事件為2月13日的塔吉克斯坦MS6.2地震，其他地震震級偏差均小于0.4級，震中位置偏差2.1～25.5 km，平均偏差9.6 km，初次觸發(fā)結果的報告用時最快為6.0 s、最慢為17.0 s；最終觸發(fā)結果震級偏差最大0.4級，最小為0.0級，平均偏差0.1級，震中位置偏差2.2～19.4 km，平均偏差8.6 km。其中發(fā)生在網內的地震事件震中位置與國家臺網速報結果相比有更好的一致性，網緣地震事件震中位置與國家速報結果相比一致性較差，如2月12日的塔吉克斯坦MS4.3地震事件初次觸發(fā)結果震中位置結果與國家臺網相比相差208 km，這是由于塔吉克斯坦地震屬于偏網地震，初次觸發(fā)結果所觸發(fā)的臺站只有3個臺站，所以偏差很大，最終將該事件列入偶然事件，在計算震中偏差時不參與計算。

新疆預警系統(tǒng)的要求是在天山中段重點地震預警區(qū)在監(jiān)測到MS6.5、MS7.0、MS8.0地震事件時，首臺監(jiān)測到地震P波5.0～10.0 s后開始發(fā)出地震預警信息。所研究事件平均產生報告用時2.0～4.7 s，可以達到預警時效能力。震中位置初次觸發(fā)結果平均偏差9.6 km，最終觸發(fā)結果平均偏差5.5 km，震中準確度較高，但震級偏差較大，這與所研究事件震級不大以及研究事件樣本數量少有關。對于非重點區(qū)的其他區(qū)域能夠達到烈度速報能力即可，所研究事件震中位置的初次觸發(fā)結果平均偏差9.6 km，最終觸發(fā)結果平均偏差8.6 km，震級初次觸發(fā)結果平均偏差0.3級，最終觸發(fā)結果平均偏差0.1級，均有較高的準確度，生成報告時間較長，6.0～17.0 s，可以達到該研究區(qū)的預警要求。

4 結論與討論

目前所開展的預警工程，就是為形成完善的地震預警能力和基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)實測值的烈度速報能力，強化地震參數與地震動參數速報能力，新疆地區(qū)實現分鐘級烈度速報和秒級的地震預警信息服務。以拜城MS5.4地震事件為例，與國家臺網速報結果相比，其最終觸發(fā)結果震級偏差為0.1級，震中偏差為4.7 km，結果可靠，但報告用時較長，初次觸發(fā)結果的報告用時為14.4 s。天山中段重點地震預警區(qū)，最終觸發(fā)結果震級偏差最大0.5級，最小為0.2級，平均偏差0.4級，震中位置偏差2.7～7.7 km，平均偏差5.5 km，震級相差略大，震中基本吻合，初次觸發(fā)結果的報告用時2.0～4.7 s；其他區(qū)域地震事件最終觸發(fā)結果震級偏差最大0.4級，最小為0.0級，平均偏差0.1級，震中位置偏差2.2～19.4 km，平均偏差8.6 km，震級、震中都基本吻合，報告用時最快為6.0 s、最慢為17.0 s，產生報告用時較長。

綜合來看，新疆行政區(qū)內預警系統(tǒng)的產出結果，基于天山中段重點地震預警區(qū)一般站數量的優(yōu)勢，臺間距平均達到15 km左右，促使了天山中段重點地震預警區(qū)產出報告用時短，震中可靠，但震級略有偏差，可以達到一定區(qū)域的有效預警；非天山中段的其他區(qū)域臺間距平均在40 km左右，產出報告用時較長，對于網內地震事件，可以采納其震級、震中數據，不足之處是預警產出對震中及附近區(qū)域不夠及時，但也形成了基于縣級實測值的烈度速報能力。而網緣的地震事件，其震級、震中需人工做進一步確認。