2020年自動地震速報系統結果分析

徐佳靜 張建勇 支 明 徐泰然 孫 麗

（中國北京 100045 中國地震臺網中心）

0 引言

根據“自動地震速報技術管理規定”（2013修訂版）（中國地震局監測預報司，2013）的要求，2013年4月國家地震臺網中心正式對外發布自動速報綜合結果（AU），該結果由國家地震臺網中心、國家地震速報備份中心、區域自動地震速報中心的自動速報結果組成。國家地震臺網中心（CB）部署在中國地震臺網中心，國家地震速報備份中心（GD）部署在廣東。區域自動地震速報中心系統包括東北（LN）、華北（HE）、西北（SN）、西南（YN）、東南（FJ）等5大區域，分別部署在遼寧、河北、陜西、云南、福建地震臺網中心（楊陳等，2010，2013，2014）。

為不斷提高自動地震速報系統定位結果的準確性和震級的穩定性，本研究選取了2020 年3月1日至12月31日自動地震速報系統產出的定位結果，通過與國家地震臺網中心人工速報數據進行對比，對自動地震速報定位結果進行偏差分析。

1 數據資料來源

在2020年1—12月，國家地震臺網中心共完成1 063次地震正式速報，其中，國內地震640次（圖1），速報平均用時580 s；國外地震423次，速報平均用時1 450 s。自動速報系統總計合成國內地震事件自動速報信息274次，其中，2.0—2.9級1次；3.0—3.9級155次；4.0—4.9級96次；5.0—5.9級19次；6.0級及以上3次。

圖1 2020年1—12月我國地震震中分布Fig.1 Distribution of earthquake epicenters in China from January to December 2020

為提高自動地震速報綜合結果的精度，做到既快又準，2020年2月末，國家地震臺網中心對自動地震速報系統合成策略進行優化。因此，本研究僅選取了自動地震速報系統合成策略優化后的結果（即2020年3月1日至12月31日自動速報系統產出的結果），對其進行偏差分析。

2 自動速報產出結果分析

2020年3月1日至12月31日，自動地震速報系統共產出216次國內地震事件速報結果，其平均震中位置偏差為6.7 km，平均震級偏差為0.15，平均用時119 s。各單路具體情況見表1，其中，AU表示自動地震速報系統；CB表示國家地震臺網中心；GD表示國家地震速報備份中心；FJ表示東南區域自動地震速報中心。

表1 2020年3—12月自動速報系統各單路產出結果Table 1 The output results of each automatic quick report system from March to December 2020

2.1 震中位置偏差

2020年3月1日至12月31日，自動地震速報系統產出的國內地震平均震中位置偏差為6.7 km，83%的地震震中位置偏差小于10 km，震中位置偏差大于10 km的事件共有36次。圖2為自動地震速報系統產出的震中位置偏差大于10 km的地震分布，由圖2可見，這些地震主要分布在新疆、西藏、四川、臺灣地區。經分析發現，導致自動地震速報系統產出的地震震中位置偏差大于10 km的原因如下：①參與自動速報系統合成的2套系統產出的震中位置偏差均大于10 km；②參與合成的其中1套系統產出的震中位置偏差大于10 km。由原因①導致自動地震速報系統產出的地震震中位置偏差大于10 km的地震事件有14次；由原因②引起的事件有22次，占該類地震事件總數的61%。自動地震速報系統產出的地震震中位置偏差最大的事件為2020年3月8日6時58分新疆塔什庫爾干4.0級地震，偏差38 km，其原因為該事件定位時所用臺站的最大空隙角過大，達244°，這使得此次地震震中位置偏差較大（圖3）。

圖2 震中位置偏差大于10 km的地震震中分布Fig.2 The epicenter distribution of earthquakes with an epicenter deviation greater than 10 km

圖3 2020年3月8日新疆塔什庫爾干4.0級地震震中周邊臺站分布Fig.3 Distribution of stations of the Tashkurgan M 4.0 earthquake in Xinjiang on March 8,2020

綜合考慮實際情況及圖2、3認為，自動定位震中位置偏差較大的原因如下：①臺站分布不均勻、稀疏，數量較少，如西藏部分地震（圖2藍色長方形區域）；②網緣地震，臺站空隙角過大而造成定位震中誤差較大，如新疆塔什庫爾干地區部分地震、甘肅部分地震、臺灣部分地震；③在地震發生之前很短時間內發生了1次小地震，地震波疊加導致自動拾取的震相到時存在偏差，如2020年10月8日6時41分5秒四川阿壩州理縣3.2級地震震中位置偏差24 km，在31 s之前，6時40分34秒在相同位置發生了1次1.7級地震（圖4）。

圖4 2020年10月8日四川理縣3.2級地震波形Fig.4 The seismic waveform of the magnitude 3.2 earthquake in Lixian County,Sichuan on October 8,2020

2.2 震級偏差

在2020年3月1日至12月31日，自動地震速報系統產出的國內地震平均震級偏差0.15，其中，94%的地震震級偏差小于0.3，震級偏差大于0.3的地震事件有13次。圖5為自動地震速報震級偏差大于0.3的地震震中分布。自動速報震級比正式速報震級大而造成震級偏差大的地震事件有10次，其中，震級[2.0,3.0）的地震事件有6次，震級[3.0,4.0）的地震事件有4次。自動速報震級比正式速報震級小而造成震級偏差大的地震事件有3次，均為臺灣地區4.0級以上地震。

圖5 震級偏差大于0.3的地震震中分布Fig.5 The epicenter distribution of earthquakes with a magnitude deviation greater than 0.3

結合實際情況和震級偏差分布（圖5）認為，自動定位震級偏差較大的原因為：①不同系統測量震級的方法不同，震級轉換公式間存在系統偏差；②網外地震，臺站分布稀疏且數量較少，如臺灣地區部分地震；③系統測定的震級下限為3.0級，對于震級小于3.0的地震系統難以從波形中自動量取與振幅相對應的周期，量取周期偏大，因而造成計算的震級偏大（張會苑等，2019），如2020年5月22日廣東東源2.8級地震，自動速報地震震級 3.2級；④近臺面波發育的部分非天然地震事件，系統自動測定的震級偏大，這使得自動速報地震震級偏差較大，如2020年5月8日陜西府谷2.6級塌陷地震，人工正式速報震級2.6級，自動速報震級3.1級。

2.3 漏報、誤報地震分析

現行地震自動速報系統發布標準為：青海、新疆、內蒙古、西藏、臺灣地區4級及以上地震，國內其他地區3級及以上地震。2020年3月1日至12月31日，自動速報系統共漏報49次國內地震事件（圖6），即正式速報結果達到自動速報系統發布標準，而自動速報系統未發布的國內地震事件，其中，漏報震級[3.0,4.0）地震事件20次，漏報震級[4.0,5.0）地震事件29次。

圖6 漏報地震震中分布Fig.6 The distribution of underreported earthquakes

經分析發現，導致自動速報綜合系統漏報的原因如下：①各套系統均未產出或只有其中1套系統產出地震參數；②自動速報綜合系統合成地震參數，但由于合成的地震震級或地名未達到所在區域的發布標準。原因①導致自動速報綜合系統漏報16次地震，其中，有8次地震所有自動速報系統均未產出參數，8次地震只有1套自動速報系統正常產出參數。原因②導致自動速報綜合系統漏報33次地震，其中，32次地震自動速報綜合系統合成的震級未達到區域發布標準，有1次地震自動速報綜合系統合成的地點顯示國外地震，但未達到國外地震發布標準。

結合實際情況進一步分析地震漏報的原因：①臺站分布不均勻且缺少近臺，如西藏地震；②網緣地震，最大空隙角較大，如2020年7月21日云南瀾滄3.0級地震；③前1個較大震級地震的尾波使系統無法拾取到漏報地震震相，如2020年4月1日20時20分四川石渠5.6級地震，8 min后，4月1日20時32分石渠3.0級地震被漏報；④在漏報地震前較短時間內存在另1個地震，系統自動拾取前1個地震震相到時時，把漏報的地震事件波形誤認為前1個地震事件波形的持續，系統不能識別該漏報地震的到時，如漏報的2020年 4月14日12時11分54秒新疆沙雅4.5級地震，在81 s前，12時10分33秒發生了沙雅4.4級 地震。

統計發現，2020 年3月1日至12 月31日自動速報系統未發生誤報地震，這與自動速報系統在拾取到時時要求信噪比高，或與使用震相到時關聯地震時要求的臺站數量較多和臺站分布較好有關。這些高要求在很大程度上也導致了漏報的發生，這也與自動地震速報“寧棄不誤”的發布原則（楊陳等，2014）相統一。在臺站分布合理、地震信號信噪比較高的情況下，系統不存在漏報現象。

3 結論與討論

本文選取了2020 年3月1日至12 月31日自動地震速報系統產出的216次地震的定位結果，與國家地震臺網中心人工速報的結果進行統計分析，得出以下主要結論。

（1）自動速報系統共產出216次國內地震事件的速報結果，其平均震中位置偏差 6.7 km，平均震級偏差0.15，平均用時119 s。

（2）自動速報地震震中位置偏差較大主要由臺站分布不均勻、缺少近臺、臺站空隙角過大、系統自動拾取的震相誤差較大等所致；自動速報地震震級偏差較大主要因為在震級轉換方面算法不合理等。

（3）自動速報綜合系統共漏報49次國內地震事件，未發生誤報地震。漏報地震與自動速報系統在地震定位時初至到時信噪比較低、臺站分布不均勻、地震的孤立性等有關。

綜合以上分析結果認為，全國自動地震速報產出結果與國家地震臺網中心人工速報的結果間存在一定偏差。除了通過合理地增加區域臺站數量、優化各單路臺網布局等方式減少漏報外，也需不斷完善自動速報系統在震相識別、震級轉換等方面的算法，以進一步提高全國各單路自動地震速報水平。

感謝中國地震臺網中心梁建宏老師對本文的指導。