福建地震預(yù)警發(fā)展簡(jiǎn)述

（福建省地震局監(jiān)測(cè)中心 福建 福州 350003）

摘 要：地震預(yù)警技術(shù)是減輕地震災(zāi)害、降低地震次生災(zāi)害的有效手段。福建省地震局研發(fā)地震預(yù)警系統(tǒng)，并在福建區(qū)域示范運(yùn)行，文中闡述了地震預(yù)警技術(shù)的原理，在福建的發(fā)展過程、應(yīng)用效果并對(duì)其進(jìn)一步的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：福建地震預(yù)警；預(yù)警系統(tǒng)；前景

引言

地震預(yù)警技術(shù)是能夠減輕地震災(zāi)害的有效手段之一。目前世界上多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，已經(jīng)研發(fā)了不同目標(biāo)的地震預(yù)警系統(tǒng)，有的已經(jīng)面向特殊行業(yè)、單個(gè)城市居民、或者面向全體公眾發(fā)布地震預(yù)警，有的仍處于測(cè)試運(yùn)行階段。本文主要介紹福建地震預(yù)警的發(fā)展過程。

地震預(yù)警最早由美國(guó)的Cooper博士提出[1]，其核心是在破壞性地震波到達(dá)之前進(jìn)行，為目標(biāo)區(qū)提供數(shù)秒到數(shù)十秒的預(yù)警時(shí)間，以此來減輕地震帶來的各種直接和間接的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

福建省地震局基于地震預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究成果，以實(shí)時(shí)傳輸觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)為基礎(chǔ)，研發(fā)可在線運(yùn)行的地震預(yù)警系統(tǒng)，并在多個(gè)區(qū)域示范運(yùn)行。本文對(duì)福建省地震預(yù)警的基礎(chǔ)條件、軟件發(fā)展過程及應(yīng)用效果、未來應(yīng)用目標(biāo)等進(jìn)行簡(jiǎn)述[2-4]。

1、福建省地震預(yù)警基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和數(shù)字化監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)是地震預(yù)警技術(shù)的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)傳輸已經(jīng)具備光速能力。國(guó)家“十五”重大項(xiàng)目，中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目完成后，福建省數(shù)字測(cè)震臺(tái)41個(gè)。“十一五”期間，新建44個(gè)，并在部分原有測(cè)震臺(tái)的臺(tái)基上添加強(qiáng)震儀器，臺(tái)站數(shù)據(jù)傳輸平均網(wǎng)絡(luò)延時(shí)1.4-2.6秒。通過加建臺(tái)站，臺(tái)站的平均間距從54km降到了約31km。數(shù)字臺(tái)網(wǎng)的發(fā)展促進(jìn)了實(shí)時(shí)地震學(xué)的發(fā)展，基于實(shí)時(shí)地震學(xué)的地震預(yù)警技術(shù)至此具備了研發(fā)基礎(chǔ)。

2、地震預(yù)警軟件系統(tǒng)研發(fā)

福建地震預(yù)警軟件系統(tǒng)的研發(fā)有3分水嶺，早期原型系統(tǒng)研發(fā)；中期在線試驗(yàn)系統(tǒng)研發(fā)及支撐平臺(tái)建設(shè)；后期系統(tǒng)實(shí)用化轉(zhuǎn)化及應(yīng)用：

2.1、原型系統(tǒng)研發(fā)

依托地震行業(yè)科研專項(xiàng)《地震預(yù)警技術(shù)研究及系統(tǒng)建設(shè)》項(xiàng)目，于2008年初開始地震預(yù)警系統(tǒng)的原型系統(tǒng)的研發(fā)。截止2009年12月，初步實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收和匯集模塊的功能，地震實(shí)時(shí)處理、震相判別、地震事件判別、地震定位、震級(jí)估計(jì)、烈度預(yù)測(cè)、發(fā)布判別等核心子模塊的功能設(shè)計(jì)和編碼，初步實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警顯示模塊的設(shè)計(jì)和編碼，初步實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊間的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等。

2.2、在線試驗(yàn)系統(tǒng)研發(fā)及支撐平臺(tái)建設(shè)

2009年，科技部批準(zhǔn)實(shí)施國(guó)家科技支撐<<地震預(yù)警與烈度速報(bào)系統(tǒng)的研究與示范應(yīng)用>>項(xiàng)目。福建省地震局承擔(dān)項(xiàng)目課題二《地震預(yù)警與烈度速報(bào)軟件研發(fā)與系統(tǒng)集成》，負(fù)責(zé)研發(fā)可在線運(yùn)行的地震預(yù)警系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)流共享及臺(tái)站監(jiān)控平臺(tái)、地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)和模擬在線環(huán)境的測(cè)試平臺(tái)等等多套軟件和支撐平臺(tái)，并進(jìn)行綜合集成。

依托該科技支撐項(xiàng)目，以實(shí)時(shí)傳輸觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)為基礎(chǔ)，研發(fā)可在線運(yùn)行的地震預(yù)警系統(tǒng)以及為地震預(yù)警系統(tǒng)提供服務(wù)支持的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流共享與臺(tái)站運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)、地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)和模擬在線運(yùn)行環(huán)境的軟件測(cè)試平臺(tái)，形成能在線運(yùn)行的綜合性系統(tǒng)軟件。

在原有原型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，解決了復(fù)雜的多網(wǎng)連接問題；解決了不同傳輸模式、不同傳輸協(xié)議下的數(shù)據(jù)共享和訪問問題；解決海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理問題。提高了系統(tǒng)的處理速度和穩(wěn)定性能。

使用2003-2012年福建地區(qū)ML3.0級(jí)以上的107個(gè)震例，測(cè)試結(jié)果表明：地震預(yù)警定位結(jié)果與人工目錄結(jié)果偏差為12.5±14.35km，40km以內(nèi)占98.95%；震級(jí)偏差為0.59±0.29，1級(jí)以內(nèi)占91.58%；發(fā)布第一報(bào)信息距離第一個(gè)臺(tái)站觸發(fā)時(shí)間為8.62±3.35s，15秒以內(nèi)占94.74%。

該系統(tǒng)基本上能夠在近震源首臺(tái)P波觸發(fā)后5-10s內(nèi)發(fā)送地震預(yù)警首報(bào)，并能夠隨著時(shí)間推移和信息增多進(jìn)行漸進(jìn)式修正和發(fā)送；震中偏差及震級(jí)偏差基本滿足要求。地震預(yù)警系統(tǒng)從最初的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警產(chǎn)出，到能夠在線試運(yùn)行，滿足量化考核標(biāo)準(zhǔn)，地震預(yù)警系統(tǒng)得到極大改進(jìn)，形成了中期在線試驗(yàn)系統(tǒng)。

2.3、系統(tǒng)實(shí)用化轉(zhuǎn)化及應(yīng)用

2014年科技部批準(zhǔn)了科技支撐項(xiàng)目《地震預(yù)警技術(shù)實(shí)用化與示范應(yīng)用》，福建省地震局承擔(dān)課題二《地震預(yù)警數(shù)據(jù)數(shù)理技術(shù)的集成融合研究》。負(fù)責(zé)研發(fā)一套基于多網(wǎng)融合的地震預(yù)警數(shù)據(jù)匯集及綜合數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。

此次研發(fā)任務(wù)，在數(shù)據(jù)源中增加簡(jiǎn)易烈度計(jì)（使用MEMS傳感器）數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)易烈度計(jì)臺(tái)網(wǎng)密集，波形質(zhì)量相對(duì)較差，傳輸數(shù)據(jù)量巨大。據(jù)此情況，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行了優(yōu)化，盡可能的減輕波形質(zhì)量的影響，減輕數(shù)據(jù)處理負(fù)荷。同時(shí)充分發(fā)揮和挖掘相關(guān)硬件的計(jì)算能力，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比。

系統(tǒng)在線運(yùn)行測(cè)試期間（2012年9月至2015年5月），福建省內(nèi)共發(fā)生ML≥3.0級(jí)地震16次。其中地震預(yù)警系統(tǒng)處理發(fā)布14個(gè)地震，漏報(bào)2個(gè)地震。第一報(bào)地震預(yù)警信息的平均震中偏差為4.6±4.0km，平均震級(jí)偏差為-0.7±0.8級(jí)，平均用時(shí)6.4±1.0s；終報(bào)地震預(yù)警信息的平均震中偏差為1.5±2.2km；平均震級(jí)偏差-0.8±0.6級(jí)，平均用時(shí)12.2±1.9s。地震預(yù)警系統(tǒng)對(duì)兩次漏報(bào)地震均進(jìn)行了處理，并產(chǎn)出了相應(yīng)的預(yù)警信息，但由于預(yù)警信息的可靠度未達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值，系統(tǒng)未對(duì)外予以發(fā)布。

3、福建地震預(yù)警展望

地震預(yù)警是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及到法律法規(guī)、臺(tái)站建設(shè)、軟件研發(fā)、信息發(fā)布與接收、科普宣傳與演練、應(yīng)急機(jī)制等等問題。地震預(yù)警的實(shí)用化，需要逐步的解決上述問題。

《福建省地震預(yù)警管理辦法》已自2015年8月1日起實(shí)施，福建省地震局正在建立一系列配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。未來將建設(shè)適應(yīng)自動(dòng)化、智能化、可視化地震預(yù)警發(fā)布體制機(jī)制，建立糾錯(cuò)機(jī)制等。

目前福建省正在加緊建設(shè)省、市、縣三級(jí)發(fā)布節(jié)點(diǎn)和多家新聞媒體發(fā)布節(jié)點(diǎn)。未來將實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警信息自動(dòng)發(fā)布到全省區(qū)縣各個(gè)信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)和新聞機(jī)構(gòu)，同時(shí)為相關(guān)政府機(jī)構(gòu)提供基于移動(dòng)只能終端的地震預(yù)警和烈度速報(bào)信息快速推送服務(wù)。

福建地震預(yù)警的實(shí)用化推廣應(yīng)用正在逐步實(shí)施，將逐步推進(jìn)面向政府機(jī)構(gòu)、社會(huì)公眾和重點(diǎn)生命線工程提供地震預(yù)警服務(wù)。預(yù)計(jì)2017年將面向公眾發(fā)布地震預(yù)警信息。

參考文獻(xiàn)

[1] Cooper. Letter to editor， San Francisco Daily Evening Bulletin， 1868， Nov.3， 1968.

[2] Hongcai Zhang， Xing Jin， Yongxiang Wei，et al. An Earthquake Early Warning System in Fujian， China[J]. Bulletin of the Seismological Society of America， 2016 Vol. 106， No. 2， pp. 755–765.

[3] 張紅才， 金星， 李軍， 等. 地震預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展， 2013， 28（2）： 706-719.

[4] 馬強(qiáng). 地震預(yù)警技術(shù)研究及應(yīng)用[D]. 博士學(xué)位論文. 哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所， 2008.

作者簡(jiǎn)介：于培青（1982-），男，漢族，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)、地震預(yù)警及烈度速報(bào)等方面科研工作.