新疆地震预警系统预警处理能力分析——以拜城MS5.4地震为例①

闫新义， 李艳永

(新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)

1868年美国旧金山大地震后，Cooper提岀地震预警的设想。利用电磁波传播速度远远大于地震波传播速度的原理，抢在破坏性地震波到达之前发布地震预警信息[1-4]。日本、美国、墨西哥、欧盟等地震风险较高的国家和地区均已建设和投入预警系统[5-6]。20世纪50年代，日本将Cooper的地震预警构想用于地震灾害防御，于1998年正式在铁路系统中正式启用“UrEDAS”预警系统，并于2007年10月1日起正式向全体公众发布地震预警信息。1985年米却肯州地震造成巨大损失之后，墨西哥仪器和地震记录中心开发了一套地震预警系统[7]。1994年美国开始研究地震预警，经过技术不断更新建成了“ShakeAlert”系统，并于2017年正式在西海岸地区投入使用[8]。中国地处环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇地区，也是全球地震活动最强烈和地震灾害最严重的国家之一[9-11]。1976年唐山地震，2008年汶川地震，都给民众生命财产安全带来不可估量的损失[12]。因此，建设全国范围内的分钟级烈度速报、秒级地震预警系统，最大限度保障人民生命财产安全十分必要。结合中国人口经济、地震灾害分布等因素，将华北、南北地震带、东南沿海和新疆天山中段等4个地区定为重点地震预警区[13-15]。新疆天山中段重点地震预警区建设目标是形成完善的地震预警能力和基于乡镇实测值的烈度速报能力，强化地震参数与地震动参数速报能力，新疆地区实现分钟级烈度速报和秒级的地震预警信息服务。为研究新疆预警系统产出结果时效性与准确率，本文对新疆天山中段重点地震预警区及新疆其他区域的地震预警事件进行分析。

1 研究对象

2021年3月24日05时14分新疆阿克苏地区拜城县发生MS5.4地震，其后08时04分、21时14分相继发生2次MS3.4余震事件，3次地震事件的震中都没有落在天山中段重点地震预警区内部，因此其时效性不做特别要求，只研究预警终端产生触发结果的震级和震中。本文中结合该次地震事件以及预警终端所产出的其他地震事件对预警结果的质量进行分析研究。新疆天山中段重点地震预警区由基准站、基本站、一般站组成，全疆及新疆天山中段重点地震预警区台站分布如图(图1)。

使用该模型开发一款水光面膜配方，筛选19名消费者（排除条件同1.1），年龄为22～41周岁，其中干性肌肤和中性肌肤9名，混合性和油性肌肤10名。采用半脸随机单盲测试（盲测针对专家视觉评估人员和仪器测试人员），按1.6模型计算产品使用前后拟合水光指数提升值、拟合水光指数提升百分比，并将水光面膜产品使用组和空白组进行对照。

（180）长叶细鳞苔 Lejeunea discreta Lindenb.熊源新等（2006）；杨志平（2006）

图1 台站及研究地震事件分布图Fig.1 Distribution of stations and research earthquake events

因为新疆预警系统还处在不完善阶段，为保证能更好地服务社会，在新疆维吾尔自治区地震局内部先进行运行测试。2021年2月1日～3月24日内部产出结果如下，新疆及其周边地区共发生速报地震事件39条，包括国外地震4条，省外地震3条，其中有触发结果的地震共23条。2月2～11日、22日的地震事件，因配置方面的原因未触发，3月5日新疆阿克苏地区拜城县MS3.3地震、3月9日新疆克孜勒苏州乌恰县MS3.0地震、3月20日塔吉克斯坦MS3.0地震、西藏阿里地区改则县MS4.7地震和3月21日新疆巴音郭楞州若羌县MS3.0地震事件因在台网密度较稀疏的条件下震级过小没触发，其他事件均有触发结果。一些地震事件震中定位触发台站少或触发结果少于2条，导致其准确性不高，故被剔除。最终剩下15条地震事件作为研究对象(表1)。

表1 研究地震事件表

2 拜城 MS5.4地震预警结果分析

由于仿真是在相对理想环境情况下进行的(未考虑抢占道、行人过街等问题)，但通过改进措施，改进后的路网的整体平均延误下降9%，其中苹果园南路口下降17.1%，晋元庄路口上升84.2%、阜石路口下降14.4%，杨庄路口下降78.8%，如果考虑到对行人、抢占道路、掉头等问题，改进效果应超过仿真结果.

通过对拜城主震及余震分析，震级的最终触发结果比初次触发结果更加可靠，这是因为最终触发结果参与定位的台站数量更多，得到的结果更加准确。同理，震中的最终触发结果也更加靠近国家台网速报结果，主震、余震都和国家台网速报结果相差10 km以内，震中位置的结果可靠(图2)，图中事件1、事件2、事件3分别是拜城MS5.4地震事件、08时04分拜城MS3.4地震事件、21时14分拜城MS3.4地震事件。初次触发结果报告用时在13.1～14.4 s之间，时间较长，这是由于拜城地震震中在天山中段重点地震预警区之外，台站间距较大所致。对于拜城MS5.4地震事件，发生在天山中段重点区之外，最终触发结果震级偏差 0.1级，震中偏差4.7 km，均具有较高的准确度，产生报告用时较长，为14.4 s，可以达到该区的预警要求，即形成基于县级实测值的烈度速报能力。

表2 触发结果与发布结果对比表

拜城MS5.4地震事件，与国家台网地震速报信息相比，初次触发结果的震级偏差为0.5级，震中偏差为11.2 km，报告用时为14.4 s；最终触发结果震级偏差为0.1级，震中偏差为 4.7 km。2个MS3.4余震事件初次触发结果的震级偏差分别为0.3级、0.2级，震中偏差为4.5 km、25.5 km，报告用时分别为14.2 s和13.1 s，最终触发结果震级偏差分别是0.3级、0.0级，震中偏差分别是4.5 km、10 km(表2)。08时04分的地震只有1条触发结果，故其震级、震中偏差没有变化。

文中以国家台网中心地震速报结果为标准，来验证预警结果准确率和时效性。对于准确率，本文中以研究初次触发结果、最终触发结果的震级以及最终触发结果的震中为主。当台站初动时间偏差>2.5 s，会被JEEW检测并触发，但不参与定位，当台站初动时间偏差<2.0 s，会被系统检测触发并参与定位。时效性研究其初次触发结果生成报告所用时间，为了保证时效性，所有台站均采用实时数据传输的方式。

图2 拜城地震震级(a)、震中(b)结果偏差对比柱状图Fig.2 Comparison histogram of output results’ deviation of magnitude(a)and epicenter(b) for the earthquake in BaiCheng

3 分区域预警能力分析

在研究拜城MS5.4地震事件基础上，对其他触发地震事件进行研究。新疆预警系统以新疆天山中段为重点区，非重点区之外的其他区域总体沿用过去台站。随着预警工程台站架设的完善，新疆天山中段重点地震预警区的平均台间距在15 km左右，全疆平均台间距40 km左右(1)新疆维吾尔自治区地震局.国家地震烈度速报与预警工程新疆子项目实施方案设计和实施预算报告，2018年12月.，因此将新疆天山中段重点地震预警区和其他区域区分研究。通过对比分析，发生在天山中段的3个地震事件初次触发结果震级偏差最大0.5级，最小为0.1级，平均偏差0.3级，震中位置偏差4.1～18.2 km，平均偏差9.6 km，初次触发结果的报告用时最快为2.0 s、最慢为4.7 s；最终触发结果震级偏差最大0.5级，最小为0.2级，平均偏差0.4级，震中位置偏差2.7～7.7 km，平均偏差5.5 km(图3)。触发结果与国家台网速报结果相比，震级相差略大，震中基本吻合，报告用时2.0～4.7 s。

图3 研究地震事件平均震级(a)、平均震中偏差结果(b)对比柱状图Fig.3 Comparison histogram of output results’ deviation of magnitude(a) and epicenter(b)on average for research earthquake events

非重点区的其他区域地震事件与国家台网速报结果相比，初次触发结果震级偏差最大 0.7级，最小为0.0级，平均偏差0.3级，其中震级偏差最大0.7级的地震事件为2月13日的塔吉克斯坦MS6.2地震，其他地震震级偏差均小于0.4级，震中位置偏差2.1～25.5 km，平均偏差9.6 km，初次触发结果的报告用时最快为6.0 s、最慢为17.0 s；最终触发结果震级偏差最大0.4级，最小为0.0级，平均偏差0.1级，震中位置偏差2.2～19.4 km，平均偏差8.6 km。其中发生在网内的地震事件震中位置与国家台网速报结果相比有更好的一致性，网缘地震事件震中位置与国家速报结果相比一致性较差，如2月12日的塔吉克斯坦MS4.3地震事件初次触发结果震中位置结果与国家台网相比相差208 km，这是由于塔吉克斯坦地震属于偏网地震，初次触发结果所触发的台站只有3个台站，所以偏差很大，最终将该事件列入偶然事件，在计算震中偏差时不参与计算。

新疆预警系统的要求是在天山中段重点地震预警区在监测到MS6.5、MS7.0、MS8.0地震事件时，首台监测到地震P波5.0～10.0 s后开始发出地震预警信息。所研究事件平均产生报告用时2.0～4.7 s，可以达到预警时效能力。震中位置初次触发结果平均偏差9.6 km，最终触发结果平均偏差5.5 km，震中准确度较高，但震级偏差较大，这与所研究事件震级不大以及研究事件样本数量少有关。对于非重点区的其他区域能够达到烈度速报能力即可，所研究事件震中位置的初次触发结果平均偏差9.6 km，最终触发结果平均偏差8.6 km，震级初次触发结果平均偏差0.3级，最终触发结果平均偏差0.1级，均有较高的准确度，生成报告时间较长，6.0～17.0 s，可以达到该研究区的预警要求。

4 结论与讨论

目前所开展的预警工程，就是为形成完善的地震预警能力和基于乡镇实测值的烈度速报能力，强化地震参数与地震动参数速报能力，新疆地区实现分钟级烈度速报和秒级的地震预警信息服务。以拜城MS5.4地震事件为例，与国家台网速报结果相比，其最终触发结果震级偏差为0.1级，震中偏差为4.7 km，结果可靠，但报告用时较长，初次触发结果的报告用时为14.4 s。天山中段重点地震预警区，最终触发结果震级偏差最大0.5级，最小为0.2级，平均偏差0.4级，震中位置偏差2.7～7.7 km，平均偏差5.5 km，震级相差略大，震中基本吻合，初次触发结果的报告用时2.0～4.7 s；其他区域地震事件最终触发结果震级偏差最大0.4级，最小为0.0级，平均偏差0.1级，震中位置偏差2.2～19.4 km，平均偏差8.6 km，震级、震中都基本吻合，报告用时最快为6.0 s、最慢为17.0 s，产生报告用时较长。

综合来看，新疆行政区内预警系统的产出结果，基于天山中段重点地震预警区一般站数量的优势，台间距平均达到15 km左右，促使了天山中段重点地震预警区产出报告用时短，震中可靠，但震级略有偏差，可以达到一定区域的有效预警；非天山中段的其他区域台间距平均在40 km左右，产出报告用时较长，对于网内地震事件，可以采纳其震级、震中数据，不足之处是预警产出对震中及附近区域不够及时，但也形成了基于县级实测值的烈度速报能力。而网缘的地震事件，其震级、震中需人工做进一步确认。