基于一元線性回歸方法分析降雨對(duì)VP寬頻帶傾斜儀的影響

朱厚林 應(yīng)允翔 陶方宇 周志 劉浩 龍劍鋒

摘 ?要：針對(duì)佛子嶺地震臺(tái)VP擺受降雨干擾比較明顯，概述了佛子嶺臺(tái)形變山洞地質(zhì)概況，并選取2017年1月至2019年4月VP擺與RTP-II型氣象三要素降雨量數(shù)據(jù)，由于垂直擺傾斜儀觀測值曲線與降雨累積值曲線存在很強(qiáng)的相關(guān)性，可以利用一元線性回歸方法時(shí)降雨干擾進(jìn)行剔除。同時(shí)，對(duì)映震效果進(jìn)行探討，通過分析得出：在安徽省霍山縣內(nèi)發(fā)生的1.6級(jí)以上地震前，一元線性回歸殘差值曲線均存在幾天有下降過程。

關(guān)鍵詞：一元線性回歸 ?降雨因素 ?寬頻帶傾斜儀 ?干擾剔除

中圖分類號(hào)：P315 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2020）10（a）-0053-03

Abstract： For the Buddha ridge seismic place obvious influence of the rainfall VP， outlined the Buddha ridge stage deformation cave geological survey， and selection in January 2017 to April 2019 VP pendulum with the three elements of RTP - type II meteorological rainfall data， due to the vertical pendulum tiltmeter observed value curve and rainfall accumulation value curve is a strong correlation， can when rainfall interference with unary linear regression method to eliminate. At the same time， the effect of reflecting the earthquake was discussed， and through analysis， it was concluded that before the earthquake with magnitude of 1.6 occurred in Huoshan County， Anhui Province， the residual value curve of linear regression had a descending process for several days.

Key Words： Unitary linear regression; Rainfall factors; Wide band inclinometer; Interference to eliminate

佛子嶺臺(tái)于2013年9月4日安裝VP寬頻帶傾斜儀，又于2014年8月29日增上VS垂直擺傾斜儀。相比較而言，VP寬頻帶傾斜儀比VS垂直擺的精度更高，VP擺的精度更高，為秒采樣，VS垂直擺則為分鐘采樣，都是目前為止地傾斜應(yīng)變測量的重要手段。該文選取了佛子嶺臺(tái)2017年4月至2019年4月VP垂直擺與RTP-II型氣象三要素降雨量數(shù)據(jù)，利用一元線性回歸方法對(duì)降雨引起的干擾進(jìn)行剔除，得出降雨對(duì)VP垂直擺的影響，通過分析，提高VP擺觀測資料的可信性。

1 ?概況

佛子嶺地震臺(tái)地傾斜手段觀測工作始于1974年，1972年堪選并開挖山洞，觀測山洞洞壁巖性為變質(zhì)巖，洞深為37m，覆蓋層平均厚約20m，常年溫度約16.8℃，年溫差小于1℃，日溫差小于0.05℃，濕度90%以上，1974年3月25日投入觀測。洞室內(nèi)放置金屬水平擺儀器兩套和MSG目視水管儀一套（NS向），長度為15.81m，后略有變化。

2 ?降雨干擾

2.1 降雨干擾分析

佛子嶺地震臺(tái)位于大別山區(qū)，強(qiáng)降雨每年都有，且靠近水庫。眾所周知，降雨是擺式傾斜儀最明顯的干擾因素之一。為了更好地監(jiān)測大別山地區(qū)，為“霍山震情窗”提供優(yōu)質(zhì)可靠、精準(zhǔn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析降雨對(duì)佛子嶺臺(tái)VP干擾的情況，安徽省地震局于2016年1月1日在佛子嶺地震臺(tái)安裝了一臺(tái)RTP-II型氣象三要素儀。RTP-II型氣象三要素儀作為地震前兆觀測輔助測向可以有效地監(jiān)控地震臺(tái)周邊環(huán)境溫度、氣壓以及降水量，以便及時(shí)排除天氣因素對(duì)各項(xiàng)精密觀測儀器的干擾。

根據(jù)佛子嶺臺(tái)2017年1月至2019年4月RTP氣象三要素降雨累積值，探索降雨對(duì)VP垂直擺數(shù)據(jù)與降雨量之間的相關(guān)性。

2.2 一元線性回歸方法去除降雨干擾分析

就佛子嶺臺(tái)VP垂直擺傾斜儀觀測曲線而言，受降雨影響，EW向與降雨呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.5491，NS向與降雨亦呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.6160。降雨量的多少在很大程度上影響了觀測曲線的形態(tài)，覆蓋了與地震有關(guān)的前兆異常信息。如果能在觀測資料中去除因降雨產(chǎn)生的干擾，則能較好地反映地形變信息。可以利用一元線性回歸方法來分析降雨對(duì)垂直擺傾斜儀觀測值的影響，從而剔除降雨干擾。

以佛子嶺臺(tái)2017年1月至2019年4月VP垂直擺傾斜儀EW向和雨量累積值為例作一元線性回歸分析。分析結(jié)果見圖1，可以看出，去除降雨影響后，曲線形態(tài)發(fā)生了較大變化。

將2017年1月至2019年4月發(fā)生在安徽省霍山縣境內(nèi)的幾次級(jí)以上地震標(biāo)注、分析發(fā)現(xiàn)，在地震發(fā)生前，VP擺EW分量的觀測曲線均存在不同程度的下降。

2.3 水庫泄洪對(duì)VP型寬頻帶傾斜儀造成數(shù)據(jù)影響變化分析

每年的4月中旬至8月為中下旬安徽霍山汛期階段，霍山縣有三大水庫——佛子嶺水庫、磨子潭水庫、白蓮崖水庫，安徽佛子嶺地震臺(tái)位于佛子嶺水庫大壩下游300m處，每年汛期到來后，其佛子嶺水庫泄洪對(duì)VP擺的影響尤為明顯。

2.3.1 2018年5月5日佛子嶺水庫泄洪

5月5日09：3至6日06：20，NS分量、EW分量因佛子嶺水庫大流量泄洪影響，造成數(shù)據(jù)日變形態(tài)發(fā)生畸變（見圖2）。泄洪量根據(jù)時(shí)間變化，大小不等，5日10：00為73.5m3/s，10：36為606m3/s，20：12為806m3/s，6日06：20為150m3/s，數(shù)據(jù)變化幅度：NS分量為15.818ms、EW分量為26.982ms。

由圖2可見，開始泄洪引起向上數(shù)據(jù)臺(tái)階，停止泄洪引起向下數(shù)據(jù)臺(tái)階，水庫泄洪受強(qiáng)降雨影響。

2.3.2 安徽霍山Ms1.5級(jí)以上地震（2017年1月至2019年4月）數(shù)據(jù)曲線對(duì)應(yīng)分析

在安徽省霍山縣內(nèi)發(fā)生的1.5級(jí)以上地震時(shí)，佛子嶺臺(tái)VP寬頻帶傾斜儀觀測曲線均出現(xiàn)了下降的過程。具體見圖3。

3 ?結(jié)語

（1）VP寬頻帶傾斜儀受降雨干擾明顯，是覆蓋層地形、地質(zhì)條件、雨水滲入等多因素共同影響的結(jié)果。

（2）VP寬頻帶傾斜儀受降雨干擾較大，在利用觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)報(bào)時(shí)，要充分考慮降雨因素的影響，且水庫蓄水、泄洪對(duì)VP寬頻帶傾斜儀影響較大。

（3）由于佛子嶺臺(tái)VP寬頻帶傾斜儀觀測值與RTP氣象三要素降雨累積值之間存在相關(guān)性。因此，可以利用一元線性回歸方法去除降雨干擾。在安徽省霍山縣境內(nèi)的幾次ML1.5級(jí)以上地震前，VP擺的觀測曲線均存在不同程度的下降。

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