總投資超過19億的“十三五”國家地震烈度速報與預(yù)警工程項(xiàng)目建設(shè)周期為五年（2018-2023）。為了盡快形成地震預(yù)警服務(wù)能力，項(xiàng)目選取四川、云南、京津冀作為“先行先試”區(qū)域，定于2021年7月下旬啟動試運(yùn)行。為了確保試運(yùn)行工作的順利啟動，需要提前對各地震預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)際在線運(yùn)行情況進(jìn)行細(xì)致分析、對上線軟件系統(tǒng)開展全面深入測試，以提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。作者作為測試專家組常務(wù)副組長，除了負(fù)責(zé)制定系統(tǒng)測試方案，還需要對相關(guān)軟件的運(yùn)行情況開展深入分析。本文的結(jié)果正在對深研院地震預(yù)警系統(tǒng)（JEEW）運(yùn)行情況的全面分析之一。

集中分析了四川省地震局部署的JEEW系統(tǒng)在2019-2020年四川長寧M6.0級地震序列中的實(shí)時處理情況。在進(jìn)行具體數(shù)據(jù)分析時，根據(jù)臺站觀測系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)展（圖1），分為兩個時間階段對系統(tǒng)運(yùn)行情況和實(shí)時處理結(jié)果進(jìn)行了評估，重點(diǎn)關(guān)注臺網(wǎng)整體布局、設(shè)備數(shù)據(jù)延時、地震定位偏差、發(fā)震時刻偏差、預(yù)警震級偏差、首報用時等內(nèi)容。其中，第一階段為2019年6月17日長寧M6.0級主震發(fā)生至2019年10月底（該區(qū)域內(nèi)MEMS烈度儀臺站還未布設(shè)，大部分寬頻帶與短周期地震臺站數(shù)據(jù)采集器未升級至支持新的低延時數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議），第二階段從2019年11月初至2021年3月（700多個MEMS烈度儀臺站全部布設(shè)完成并引入至JEEW系統(tǒng)，部分寬頻帶和短周期地震臺站升級完成）。

圖1（A）四川地震臺網(wǎng)布設(shè)情況（截止2021年3月31日）；（B）第一階段長寧地震周邊臺站分布。

對于寬頻帶、短周期和MEMS烈度儀臺站，數(shù)據(jù)延時中值偏差分別為2.9±1.61 s、0.87±1.54 s和0.5±0.42 s（圖2）。造成前兩者標(biāo)準(zhǔn)偏差較大的原因主要是由于一些未升級高延時地震臺站引起，這部分臺站仍然采用舊的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（數(shù)據(jù)包長為512 bytes）。

圖2 四川地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)延時分布（歸一化結(jié)果）

在地震預(yù)警處理性能方面，主要針對M3.0+地震的處理結(jié)果進(jìn)行分析。其中，第一階段發(fā)生62次M3.0+地震，55次得到成功處理，7次漏報；第二階段發(fā)生39次M3.0+地震，成功處理38次，1次漏報。大部分的漏報主要是由于地震連續(xù)發(fā)生引起，漏報的地震被前序地震波形淹沒。對于震中偏差、深度偏差、發(fā)震時刻偏差和震級偏差，兩個階段差別不大，第一階段和第二階段的結(jié)果分別為1.5±6.0 km、0.0±3.6 km、0.4±0.7 s、-0.1±0.46和2.3±3.0 km、-3.0±3.6km、0.3±0.4s、-0.2±0.32（圖3）。但是，在引入MEMS烈度儀臺站后，第二階段的第一報用時得到了大大的提升，從第一階段的10.5±3.0 s提升至6.3±3.5 s，達(dá)到了工程項(xiàng)目對于第一報用時的要求。

在震級偏差方面，雖然整體偏差不大，但是對于較大地震（M>4.0）存在明顯的震級低估問題（圖4）。究其原因，主要由以下幾個方面引起：⑴ 寬頻帶和短周期地震臺站數(shù)據(jù)限幅；⑵ 短周期地震臺站由于缺失長周期記錄部分，導(dǎo)致存在震級飽和問題；⑶ 所用預(yù)警震級估算公式直接利用國外公式，未進(jìn)行本地化處理；⑷ 估算預(yù)警震級時，直接利用觸發(fā)臺站計(jì)算得到的當(dāng)前震級取平均，未考慮P波窗長的影響，使得利用遠(yuǎn)臺較小的P波幅值計(jì)算得到的震級明顯偏小。

圖3 地震預(yù)警處理結(jié)果

（A）震中偏差；（B）深度偏差；（C）發(fā)震時刻偏差；（D）震級偏差；（E）第一報用時

圖4 不同類別地震臺站第一報震級偏差分布

針對四川長寧地震序列預(yù)警處理性能分析得到的結(jié)果，有效驗(yàn)證了當(dāng)前部署系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，特別是在地震定位和首報用時兩個方面，為工程項(xiàng)目的順利上線示范運(yùn)行提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，同時中國地震局領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)管理部門可以詳細(xì)把握項(xiàng)目的具體運(yùn)行情況。

研究成果發(fā)表于“Frontiers in Earth Science”。研究受“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFC1504001）”、科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（DQJB20R14、DQJB20B17）和北京市自然科學(xué)基金（8202051）聯(lián)合資助。

【相關(guān)文獻(xiàn)列表】

[1] Chaoyong Peng, Peng Jiang, Qiang Ma, Peng Wu, Jingrong Su, Yu Zheng, Jiansi Yang. Performance evaluation of an earthquake early warning system in the 2019-2020 M6.0 Changning, Sichuan, China, seismic sequence. Frontiers in Earth Science, 2021, 9, 699941.

[2] Chaoyong Peng, Qiang Ma, Peng Jiang Wenhui Huang, Dake Yang, Hanshu Peng, Liang Chen, Jiansi Yang. Performance of a hybrid demonstration earthquake early warning system in the Sichuan-Yunnan border region. Seismological Research Letters, 2020, 91(2A), 835-846.

[3] Chaoyong Peng, Peng Jiang, Quansheng Chen, Qiang Ma, Jiansi Yang. Performance evaluation of a dense MEMS-based seismic sensor array deployed in the Sichuan-Yunnan border region for earthquake early warning. Micromachines, 2019, 10(11), 735.

【作者簡介】

彭朝勇，博士，研究員，碩士生導(dǎo)師?，F(xiàn)主要圍繞實(shí)時地震學(xué)，以連續(xù)實(shí)時波形數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ)，開展地震預(yù)警、烈度速報、測震流動觀測技術(shù)、災(zāi)害評估等方面的研究。先后主持國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題與專項(xiàng)、北京市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目二十余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，出版專著3本，申請軟件著作權(quán)20余項(xiàng)。“無人機(jī)災(zāi)情快速獲取系統(tǒng)研制與應(yīng)用”獲中國地震局防震減災(zāi)科技成果二等獎，入選中國地震局青年人才計(jì)劃，中國地震局“實(shí)時地震學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”核心成員、中國地震局“寬頻帶地震觀測技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”成員。目前已從事軟件研發(fā)工作近二十年，參與研制多款地震數(shù)據(jù)采集器、一體化地震儀、一體化強(qiáng)震儀、地震烈度儀等產(chǎn)品。