全國自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)評(píng)估

楊 陳 黃志斌 杜廣寶 翟璐媛

（中國北京100045中國地震臺(tái)網(wǎng)中心）

引言

2008年5月12日汶川MS8.0地震后，社會(huì)對(duì)地震速報(bào)的要求越來越高.而隨著“十五”國家臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)，全國1 000多個(gè)區(qū)域地震臺(tái)站實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，國內(nèi)地震的人工速報(bào)水平從“九五”時(shí)期的30分鐘左右提高到了10分鐘左右，但這些離社會(huì)的要求仍有著一定的差距.為了盡可能地提高地震速報(bào)速度，從2006年開始作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)速報(bào)系統(tǒng)，經(jīng)過了幾年的發(fā)展，已初具規(guī)模并具備相當(dāng)?shù)乃?，能?duì)國內(nèi)除新疆、西藏、青海等臺(tái)站密度較小之外的地區(qū)實(shí)現(xiàn)1分鐘左右自動(dòng)地震速報(bào)，并具有相當(dāng)?shù)目尚哦?；與此同時(shí)，國家地震臺(tái)網(wǎng)中心和廣東省地震局利用全國1 000多個(gè)地震臺(tái)站和美國地震學(xué)聯(lián)合研究會(huì)（IRIS）的200多個(gè)境外地震臺(tái)站，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)地區(qū)1分鐘左右，周邊地區(qū)2—5分鐘，國外其它地區(qū)3—30分鐘的自動(dòng)地震速報(bào)（與震中位置有關(guān)）.除此之外，全國部分省級(jí)臺(tái)網(wǎng)也有著自己研發(fā)的自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng).

相對(duì)于人工地震速報(bào)信息，自動(dòng)地震速報(bào)信息具有速度快的優(yōu)點(diǎn)，但由于其未經(jīng)過最終的人工確認(rèn)，在現(xiàn)階段仍存在漏報(bào)和誤報(bào)的可能性，所以現(xiàn)在自動(dòng)地震速報(bào)信息只是在地震系統(tǒng)內(nèi)部向?qū)I(yè)人員發(fā)布.為了規(guī)范自動(dòng)地震速報(bào)，中國地震局制定了《自動(dòng)地震速報(bào)技術(shù)管理規(guī)定（試行）［2009］（135）》（中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司，2009）.根據(jù)規(guī)定，全國自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)由國家地震臺(tái)網(wǎng)中心，華北、東北、西北、西南、東南區(qū)域（以下簡稱五大區(qū)域）自動(dòng)地震速報(bào)分中心和國家地震速報(bào)備份中心（廣東省地震局）組成.該管理規(guī)定對(duì)各家單位的任務(wù)、職責(zé)做了詳細(xì)說明，對(duì)系統(tǒng)管理和維護(hù)做出了明確安排，對(duì)自動(dòng)定位結(jié)果的發(fā)送做了嚴(yán)格的規(guī)定（楊陳等，2010）.

1 系統(tǒng)構(gòu)成

現(xiàn)階段我國自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)主要由國家地震臺(tái)網(wǎng)中心、國家地震速報(bào)備份中心和五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心構(gòu)成（圖1）.這些自動(dòng)地震速報(bào)信息均通過部署在國家地震臺(tái)網(wǎng)中心的自動(dòng)EQIM服務(wù)器進(jìn)行匯集和轉(zhuǎn)發(fā)，并將自動(dòng)地震速報(bào)信息以短信形式發(fā)送至地震系統(tǒng)專業(yè)人員（圖1）.

圖1 自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)整體構(gòu)成圖Fig.1 Structure of auto earthquake information release system

1.1 國家地震臺(tái)網(wǎng)中心、國家地震速報(bào)備份中心

國家地震臺(tái)網(wǎng)中心與國家地震速報(bào)備份中心自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)所使用的臺(tái)站基本類似，其中國內(nèi)及周邊地區(qū)的地震使用國內(nèi)及周邊地震臺(tái)站進(jìn)行處理（圖2），國外地震使用全球臺(tái)站進(jìn)行處理（圖3）.其中，國家地震速報(bào)備份中心自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)于2009年7月試運(yùn)行，國家臺(tái)網(wǎng)中心自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)于2009年11月試運(yùn)行.

1.2 五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心

五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心為華北、東北、東南、西北、西南分中心，分別設(shè)置在河北、遼寧、福建、陜西、云南省地震局.五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心從國家臺(tái)網(wǎng)中心的流服務(wù)器接收相關(guān)臺(tái)站數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)其責(zé)任區(qū)域內(nèi)M≥3.0地震（國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，1999）的自動(dòng)地震速報(bào)，于2009年7月試運(yùn)行.其具體相關(guān)信息見表1.

表1 五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心相關(guān)信息Table 1 Information of the 5regional earthquake information auto-release centers

2 自動(dòng)地震速報(bào)結(jié)果分析

自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)試運(yùn)行以來，相對(duì)人工地震速報(bào)，盡管存在一定的誤差，但大大提高了地震參數(shù)測定的時(shí)效.我們以中國地震正式目錄①全國地震統(tǒng)一編目.2012.http：∥10.5.202.22／bianmu／index.jsp.2012-01-10查閱.自2010年1月1日—2011年12月31日4 080次地震參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)（其中國內(nèi)及周邊地區(qū)M2.5以上地震3 011次，國外M5.5以上1 069次），對(duì)國家地震臺(tái)網(wǎng)中心、國家地震速報(bào)備份中心和五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心的自動(dòng)速報(bào)結(jié)果進(jìn)行分析.其中，國家地震臺(tái)網(wǎng)中心和國家地震速報(bào)備份中心對(duì)于同一地震的自動(dòng)速報(bào)結(jié)果有多次發(fā)送的情況，而從實(shí)際運(yùn)行情況來看，后續(xù)結(jié)果的精確度并沒有比第一次結(jié)果有顯著的提高.為了便于統(tǒng)計(jì)，并兼顧自動(dòng)地震速報(bào)的時(shí)效性，本次對(duì)比中僅選取第一次發(fā)送的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.總體對(duì)比結(jié)果如表2所示.

表2 總體對(duì)比結(jié)果Table 2 Comparison of the results given by different institutions

2.1 五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心

五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心負(fù)責(zé)區(qū)域?yàn)橹袊鴩鴥?nèi)東部和中西部地區(qū)，我們以責(zé)任區(qū)內(nèi)的對(duì)比結(jié)果為基礎(chǔ)，在地圖上以震中作為基準(zhǔn)點(diǎn)，去掉部分異常數(shù)值（因特殊原因造成的誤差較大的地震），對(duì)速報(bào)用時(shí)、震中誤差和震級(jí)誤差做插值處理，得出了責(zé)任區(qū)內(nèi)的整體效果圖（圖4）.

圖4 五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心誤差插值圖（a）速報(bào)用時(shí)；（b）震中誤差；（c）震級(jí)誤差Fig.4 Interpolated error distribution of the 5regional earthquake information auto-release centers（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

從圖4可以看出，東部地區(qū)的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)基本在70—90s之間，黑龍江中部、內(nèi)蒙古中部、青海東部、四川西部、云南南部、海南等區(qū)域的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)為90—100s，黑龍江北部、內(nèi)蒙古北部、青海北部等區(qū)域的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)較長，需要100—120s.

震中誤差分布以河北、遼寧、陜西、福建、云南為中心向周邊區(qū)域逐漸增大，東部各省市的震中誤差在10km以內(nèi)；黑龍江中東部、內(nèi)蒙古西部、青海東部、四川西部等區(qū)域的震中誤差為10—20km；黑龍江東部的自動(dòng)速報(bào)震中誤差較大，為20—30km.

在震級(jí)測定方面，東部地區(qū)（注：統(tǒng)計(jì)樣本中無5級(jí)以上地震）的震級(jí)誤差在0.2級(jí)以內(nèi)；黑龍江東部和北部、內(nèi)蒙古西部、青海東部、四川西部、云南西部等區(qū)域的震級(jí)誤差為0.2—0.3級(jí)；對(duì)青海北部的地震震級(jí)測定誤差偏大，在0.3—0.5級(jí)之間.

2.2 國家地震臺(tái)網(wǎng)中心

國家地震臺(tái)網(wǎng)中心用全國1 000多個(gè)臺(tái)站和IRIS提供的全球200多個(gè)地震臺(tái)站的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行國內(nèi)和全球自動(dòng)地震速報(bào).我們將國內(nèi)地震與全球地震分開插值計(jì)算自動(dòng)速報(bào)用時(shí)、震中誤差和震級(jí)誤差（圖5、圖6）.

圖5 國家地震臺(tái)網(wǎng)中心國內(nèi)地震誤差插值圖（a）速報(bào)用時(shí)；（b）震中誤差；（c）震級(jí)誤差Fig.5 Interpolated error distribution for earthquakes in China by China Earthquake Networks Center（CENC）（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

對(duì)于國內(nèi)地震，由圖5可以看出，東部地區(qū)用時(shí)基本為30—90s；黑龍江東部和北部、新疆東北部和南部、內(nèi)蒙古北部、青海南部、西藏東部等地地震自動(dòng)測定用時(shí)為90—180s；西藏西部的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)較長，為180—300s之間，這與該地區(qū)的地震臺(tái)站分布稀少有密切關(guān)系.

國內(nèi)大部分地區(qū)的震中誤差在15km以內(nèi)；黑龍江東部和北部、內(nèi)蒙古東部、新疆南部、青海南部、西藏大部分地區(qū)的震中誤差為15—30km；西藏西部地震震中誤差偏大，為30—50km，這與該地區(qū)地震臺(tái)站分布稀少密切相關(guān).

除西藏等地外，其它地區(qū)震級(jí)誤差在0.3級(jí)以內(nèi)；西藏、海南等區(qū)域的震級(jí)誤差為0.4—0.6級(jí).

圖6 國家地震臺(tái)網(wǎng)中心全球地震誤差插值圖（a）速報(bào)用時(shí)；（b）震中誤差；（c）震級(jí)誤差Fig.6 Interpolated error distribution for earthquakes around the world located by CENC（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

對(duì)于全球地震，由圖6可以看出，對(duì)于自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)，與臺(tái)站分布相關(guān)較大.對(duì)北半球地區(qū)的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)較少，一般在90—800s之間；對(duì)南太平洋地區(qū)、南美洲和非洲南部的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)為800—1 000s.

北半球地區(qū)的地震震中誤差小于南半球地區(qū)；亞洲大部分地區(qū)的震中誤差在50km以內(nèi)；環(huán)太平洋地震帶、地中海地區(qū)的震中誤差在50—100km；南半球大部分地區(qū)的震中誤差在50—200km之間.

震級(jí)整體平均誤差為0.66級(jí)，從圖6上看0.1—0.5級(jí)和0.5—1.0級(jí)幾乎各占一半，這與全球地震自動(dòng)定位時(shí)所計(jì)算的震級(jí)為MWP有關(guān).

2.3 國家地震速報(bào)備份中心

國家地震速報(bào)備份中心接入臺(tái)站和自動(dòng)速報(bào)范圍與國家臺(tái)網(wǎng)中心基本相同，我們同樣將國內(nèi)地震與全球地震分開插值計(jì)算自動(dòng)速報(bào)用時(shí)、震中誤差和震級(jí)誤差（圖7、圖8）.

對(duì)于國內(nèi)地震，由圖7可以看出，對(duì)于東部大部分地區(qū)，自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)基本為100—200s；黑龍江東部和北部、新疆、甘肅西北部、青海西部、西藏等地自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)為200—350s.

國內(nèi)大部分地區(qū)震中誤差基本在30km以內(nèi)；黑龍江東南部、西藏西部等區(qū)域的震中誤差偏大，在30—50km之間.

圖7 國家地震速報(bào)備份中心國內(nèi)地震誤差插值圖（a）速報(bào)用時(shí)；（b）震中誤差；（c）震級(jí)誤差Fig.7 Interpolated error distribution for earthquakes in China located by the National Earthquake Backup Center（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

震級(jí)誤差較前兩套系統(tǒng)大，這與該系統(tǒng)計(jì)算的震級(jí)為mB和MW有關(guān)（五大區(qū)域和臺(tái)網(wǎng)中心國內(nèi)地震計(jì)算的震級(jí)均為ML），也與統(tǒng)計(jì)樣本大部分為5級(jí)以下地震有一定關(guān)系.國內(nèi)地震一般在0.6—0.8級(jí)之間；四川北部、新疆北部等地的誤差較小，在0.6級(jí)以內(nèi)；黑龍江、吉林東部、青海、西藏等區(qū)域的震級(jí)誤差較大，在0.8—1.0級(jí)之間.

對(duì)于全球地震，由圖8可以看出，在北半球地區(qū)，尤其是中國周邊地區(qū)的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)在160—400s之間；環(huán)太平洋地震帶地區(qū)的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)在400—800s之間；南太平洋地區(qū)、南美洲、非洲南部的自動(dòng)地震速報(bào)用時(shí)更長，為800—1 000s.

震中誤差大部分在100km以內(nèi)，太平洋和南半球等臺(tái)站比較稀疏的地區(qū)在50—100km之間.

震級(jí)誤差一般在0.1—1.0級(jí)之間，在環(huán)西太平洋地震帶和地中海地區(qū)的震級(jí)誤差基本在0.5—1.0級(jí)之間.

3 漏報(bào)和誤報(bào)分析

圖8 國家地震速報(bào)備份中心全球地震誤差插值圖（a）速報(bào)用時(shí)；（b）震中誤差；（c）震級(jí)誤差Fig.8 Interpolated error distribution for global earthquakes reported by the National Earthquake Backup Center（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

由于臺(tái)站分布等因素，現(xiàn)階段的自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)對(duì)于不同的區(qū)域有著不同的震級(jí)下限，又因?yàn)樽詣?dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)主要作用是為正式地震速報(bào)提供參考.鑒于此，根據(jù)現(xiàn)階段中國地震速報(bào)的實(shí)際情況和能力，本文對(duì)于漏報(bào)和誤報(bào)的分析以正式地震速報(bào)為標(biāo)準(zhǔn)，即國內(nèi)M3.0以上，國外M6.0以上.

3.1 漏報(bào)分析

對(duì)中國地震正式目錄進(jìn)行處理，只保留國內(nèi)M3.0以上和國外M6.0以上的目錄，將該目錄與自動(dòng)地震速報(bào)目錄進(jìn)行匹配，缺少自動(dòng)地震速報(bào)的目錄即為漏報(bào).由于五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心的覆蓋范圍僅為國內(nèi)東部地區(qū)，本文中對(duì)比時(shí)僅選取東經(jīng)100°以東的國內(nèi)地震（包括臺(tái)灣地區(qū)）.總體漏報(bào)地震情況見表3，漏報(bào)地震分布圖見圖9.

由表3和圖9可以看出，對(duì)于國內(nèi)及周邊地震，3套系統(tǒng)對(duì)于東部臺(tái)站較密的網(wǎng)內(nèi)地震漏報(bào)較少，而對(duì)于西部和周邊臺(tái)站較稀疏的地區(qū)則存有不同程度的漏報(bào).其中，國家地震臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)于臺(tái)灣和周邊地區(qū)漏報(bào)較多，漏報(bào)M5.0以上的地震也主要集中在臺(tái)灣地區(qū)；國家地震速報(bào)備份中心對(duì)于M3.0—M3.9地震漏報(bào)較多，但沒有漏報(bào)M5.0以上地震，且對(duì)臺(tái)灣地區(qū)沒有漏報(bào)；五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心的漏報(bào)主要集中在中國臺(tái)灣地區(qū)和中俄交界地區(qū)的深源地震，這與其主要處理網(wǎng)內(nèi)地震和對(duì)深源地震處理能力不足有關(guān).對(duì)于國外地震，國家地震速報(bào)備份中心的漏報(bào)地震較國家地震臺(tái)網(wǎng)中心少.而與此同時(shí)，其誤報(bào)地震也相應(yīng)地較多（見下節(jié)分析）.漏報(bào)原因主要是由于臺(tái)站分布不合理和大地震的余震所致，也有少數(shù)情況是由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流中斷和系統(tǒng)死機(jī)造成.

表3 漏報(bào)地震情況Table 3 Statistics of missing earthquakes

圖9 國內(nèi)漏報(bào)地震分布圖Fig.9 Missing earthquakes in China

3.2 誤報(bào)分析

對(duì)自動(dòng)地震速報(bào)目錄進(jìn)行處理，只保留國內(nèi)M3.0以上和國外M6.0以上的目錄.將該目錄與中國地震正式目錄進(jìn)行匹配，多出的自動(dòng)地震速報(bào)目錄即為誤報(bào).經(jīng)過對(duì)比分析，五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心無誤報(bào)（但在對(duì)比范圍外有1次因2009年9月30日蘇門答臘M7.6地震引起誤報(bào)四川省峨眉山M3.0地震）；國家地震臺(tái)網(wǎng)中心誤報(bào)3次，分別是2011年1月19日巴基斯坦M7.1地震引起誤報(bào)新疆阿克陶M4.9級(jí)地震，2011年3月11日日本東北海域M6.0地震引起誤報(bào)吉林延邊M3.3地震，2011年7月25日日本東北海域M6.3地震引起誤報(bào)吉林延邊M3.9地震；國家地震速報(bào)備份中心誤報(bào)較多，其中國內(nèi)54次（5級(jí)以上1次），國外15次（7級(jí)以上2次）.

由此可見，五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心的1次誤報(bào)和國家地震臺(tái)網(wǎng)中心的3次誤報(bào)均為將國外大地震的尾波誤報(bào)為國內(nèi)地震；而國家備份系統(tǒng)誤報(bào)較多，其中既包含大震尾波觸發(fā)、臺(tái)站組合匹配錯(cuò)誤等原因，更主要的原因是軟件系統(tǒng)在臺(tái)站分布不合理、組合匹配較差和沒有近臺(tái)等情況時(shí)條件約束不夠所致.漏報(bào)和誤報(bào)的根本原因在于地震自動(dòng)處理算法的不完善，而實(shí)際上，在我們還不能對(duì)所有不同的地震的處理都找到一個(gè)完美解決方案時(shí)，對(duì)地震發(fā)布的條件越苛刻，誤報(bào)就越少，然而可能造成的漏報(bào)就會(huì)越多.

4 討論與結(jié)論

對(duì)于國內(nèi)地震來講，五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心對(duì)東部大部分地區(qū)的速報(bào)用時(shí)在90s以內(nèi)，震中誤差在10km以內(nèi)，震級(jí)誤差在0.2級(jí)以內(nèi)；國家地震臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)國內(nèi)大部分地區(qū)的速報(bào)用時(shí)在120s以內(nèi)（西部臺(tái)站稀疏地區(qū)用時(shí)較長），震中誤差在15km以內(nèi)，震級(jí)誤差在0.3級(jí)及以內(nèi)；國家地震速報(bào)備份中心對(duì)國內(nèi)大部分地區(qū)速報(bào)用時(shí)在200s以內(nèi)（西部臺(tái)站稀疏地區(qū)用時(shí)較長），震中誤差在30km以內(nèi)，震級(jí)誤差在0.6級(jí)以內(nèi).五大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心精度較高，但覆蓋范圍較?。▋H網(wǎng)內(nèi)地震），且對(duì)深源地震缺乏處理能力；國家地震臺(tái)網(wǎng)中心和國家地震速報(bào)備份中心各有優(yōu)缺點(diǎn).三者在一定程度上能相互補(bǔ)充和驗(yàn)證自動(dòng)地震速報(bào)的準(zhǔn)確性，減少誤報(bào)和漏報(bào)的發(fā)生.

對(duì)于國外地震來講，國家地震臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)全球大部分地區(qū)速報(bào)用時(shí)在800s以內(nèi)，震中誤差在30km以內(nèi)；國家地震速報(bào)備份中心對(duì)全球大部分地區(qū)速報(bào)用時(shí)在800s以內(nèi)，震中誤差在50km以內(nèi).前者漏報(bào)較多而誤報(bào)較少，后者誤報(bào)較多漏報(bào)較少，兩者在一定程度上能起到相互補(bǔ)充和驗(yàn)證的作用，從而減少誤報(bào)和漏報(bào)的發(fā)生.

總體來說，3套自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)整體上對(duì)于首都圈地區(qū)M≥3.0，國內(nèi)其它地區(qū)M≥4.0（部分臺(tái)站稀疏的西部地區(qū)M≥5.0），國外M≥7.0的地震基本可以達(dá)到全面覆蓋的程度，可以作為正式地震速報(bào)的參考，對(duì)于建立“自動(dòng)報(bào)—正式報(bào)”的兩級(jí)地震速報(bào)制度能提供有力的技術(shù)支撐.

感謝華北、東北、西北、西南和東南區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)分中心和國家地震速報(bào)備份中心對(duì)本文的幫助和支持.

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