烈度速報子系統在2021年云南漾濞MS6.4地震中的應用

許亞吉 龐衛東

摘要：介紹了烈度速報子系統的產品產出流程、云南地區臺站接入情況、儀器烈度算法，并以云南漾濞MS6.4地震為例，從烈度速報子系統的輸入數據、產出情況、儀器烈度與宏觀調查烈度的對比介紹該系統的應用情況。該系統產出的震中附近儀器烈度與宏觀調查烈度在空間走向上基本吻合，二者在Ⅵ～Ⅷ度區儀器烈度與宏觀調查有一定程度的對應，但各烈度區涉及的分布范圍有所不同，儀器烈度能較為客觀地反映震區災害情況。

關鍵詞：漾濞MS6.4地震;烈度速報子系統;儀器烈度

中圖分類號：P315.6?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2021）03-0407-07

0 引言

地震烈度是衡量地震對地表和工程建筑結構的影響和破壞程度的重要參數，通常由地震工作者在震后數天通過分析處理實地調查資料得到。儀器地震烈度是指利用儀器記錄到的地震動觀測數據，通過峰值加速度、峰值速度等地震動參數與地震烈度之間的統計關系估算出臺站附近的破壞情況，在震后數分鐘或數十分鐘便可得到，其快速、直觀的特點有助于抗震救災工作的及時展開。

目前國內外使用較多的儀器地震烈度算法有：美國Shakemap方法綜合利用加速度峰值、速度峰值計算儀器烈度（Wald et al，1999）;日本氣象廳（JMA）利用儀器記錄到的三分向記錄，經傅立葉變換、濾波等方法處理后，合成有效峰值加速度進而計算儀器烈度（Shabestari，Yamazaki，2001;Karim，Yamazaki，2002;解全才等，2020）。袁一凡（1998）提出地震烈度模糊評定方法，綜合利用峰值加速度、傅立葉譜卓越頻率、相對持時（地震動三要素）和相應頻率點對應的反應譜值確定強震臺的儀器烈度。崔建文等（2008）利用隨機有限斷層法合成觀測點的地震動，然后采用模糊評定方法計算各觀測點的儀器烈度。王玉石等（2008）利用譜烈度與地震烈度的相關性來計算強震動記錄對應的儀器烈度。金星等（2013）參考日本氣象廳儀器烈度的算法，充分考慮我國的房屋建筑類型和建筑材料的差異、主要建筑的自振周期，設計了純幅值的帶通濾波器，用該濾波器對三分量的加速度記錄濾波后合成有效峰值加速度。李亮等（2018）在研究了美國地質調查局和日本氣象廳的儀器烈度算法的基礎上，對地震動數據記錄進行濾波處理，之后將三分量的加速度和速度進行合成后的峰值代入經驗公式求出儀器烈度值。我國先后頒布實施《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2008）、《地震儀器烈度表》（DB35/T 1308—2012）、《儀器地震烈度計算規程》（試行）（2015）、《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2020）對地震動記錄的選取、處理、記錄轉換、數字濾波、記錄合成、計算合成峰值加速度和峰值速度及儀器烈度的方法做了明確規定。部分地區結合自身實際，又出臺了各自的地方標準，例如福建地區就有自己的地震儀器烈度表。

日本、美國、中國臺灣等國家和地區均建設了地震烈度速報系統或城市地震烈度速報臺網。隨著國家地震烈度速報與預警工程云南子項目的推進，云南省地震局于2020年7月部署由福建省地震局技術團隊研發的預警項目定制軟件——烈度速報子系統。試運行1年，該系統對責任區內M≥3.0地震均有響應，產出了儀器烈度圖、峰值加速度等值線圖、峰值速度等值線圖等一系列烈度速報產品。本文從烈度速報產品的產出流程、臺站接入情況、儀器烈度算法對該系統進行介紹，并以2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震為例，從烈度速報子系統的輸入數據、產出情況、儀器烈度與宏觀調查烈度的對比等方面介紹其實際應用情況。

1 地震烈度速報子系統

1.1 烈度速報產品產出流程

烈度速報子系統通過核心處理模塊從數據流服務器接收實時波形數據，在接收到來自EQIM平臺的地震三要素信息后進行觸發計算，得到各觀測臺站儀器烈度數據。儀器烈度繪圖服務接收核心處理程序的計算結果后，調用GMT進行繪圖，生成儀器烈度分布圖、峰值加速度等值線圖、峰值速度等值線圖、加速度反應譜等值圖等數據產品，并通過消息中間件等對外服務。同時烈度速報客戶端接收計算結果，在客戶端進行展示。烈度速報產品產出流程如圖1所示。

1.2 臺站接入情況

目前烈度速報子系統接入的云南地區臺站為測震臺站和預警一般站，其中測震臺站68個、一般站1 230個，臺站平均臺間距約為15 m，臺站分布如圖2所示。臺站觀測數據通過公用網絡，實時將數據傳回中心。測震臺站配備寬頻帶和甚寬頻帶地震儀，記錄數據為地震動速度，采樣率為100 sps，使用GPS進行授時。一般站設備為泰德TMA-33、瑞琪VH-GL-LDY01、港震GL-P2B、臺灣Palert Advance四種烈度儀，主要技術參數見表1，其傳感器為微機械加速度傳感器（MEMS加速度傳感器），記錄數據為地震動加速度，采樣率為100 sps，使用NTP服務（網絡時間協議）進行授時。MEMS加速度傳感器是微電子技術與微機械工程結合發展的一種慣性器件，與傳統加速度計相比體積更小、成本更低，利于大面積布設。在云南地震局預警項目攻堅團隊和云南鐵塔公司的共同努力下，云南地區一般站運行狀態良好，臺站運行率保持在97%以上，數據傳輸延時在2 s以內的臺站達到96%以上。

1.3 儀器烈度計算方法

使用臺站實測記錄，在進行基線校正、記錄轉換、數字濾波后，計算合成峰值加速度和合成 峰值速度，根據儀器烈度計算的國家標準（或地方標準）得到單個測點的儀器烈度值。利用震中附近臺站資料擬合烈度衰減關系，臺站的選擇遵循以下條件：M<5.5地震選取震中距在100 km內臺站，5.5≤M<6.5地震選取震中距150 km內臺站，M≥6.5地震選取震中距200 km內臺站。利用得到的衰減關系插值結合臺站實際烈度得出儀器烈度分布圖（金星等，2010，2013;張紅才，王士成，2008）。臺站對最近的插值網格的權重影響較大，對于臺站較稀疏的地區，以衰減關系為主;對于臺站較密集地區（平均臺間距在12 km以內），使用各測點的儀器烈度已基本可以得到烈度分布情況（王士成等，2017;徐欽等，2019）。單個測點的儀器烈度值在作為輸入數據計算震中附近烈度時，需對臺站的可信度做篩選，對可信度較低的臺站采取權重為零處理。篩選條件為：①利用臺站波形記錄的信噪比和功率譜密度（PSD）對異常臺站進行篩查，剔除信噪比低、功率譜密度曲線異常臺站;②根據震中附近烈度衰減關系，用實際計算值與理論計算值做比較，剔除烈度偏差超過2度的臺站。

2 烈度速報子系統在漾濞MS6.4震中的檢驗

2.1 產出情況

2021年5月21日21時48分云南漾濞發生MS6.4地震，22：00：48系統產出第一張烈度分布圖（圖3a），隨后陸續產出震中附近儀器烈度分布圖（3b）、峰值加速度等值線圖（圖4a）、峰值速度等值線圖（圖4b）、加速度反應譜等值圖（圖5）、2度以上鄉鎮烈度報告、2度以上縣市烈度報告。震后16 min產出所有烈度速報產品。

烈度速報子系統在接收到來自EQIM平臺的地震信息后，選用位于（23.67°～28.17°N、97.37°～102.17°E）范圍內的臺站數據進行處理，通過上述的篩選方法最終選取476個臺站的數據作為輸入數據集。選取震中距在150 km范圍內的臺站擬合烈度衰減關系，根據得到的衰減關系插值并結合臺站實際計算結果得出儀器烈度分布圖。對于此次地震，由于系統中沒有較為詳細的發震斷層信息和震源過程信息，故選用基于點源模型的衰減關系進行插值計算，參照EPRI（2003）推薦的方法將衰減關系式中的震中距轉換為等價斷層距（張紅才，王士成，2016）。地震動峰值（PGA、PGV）等值線圖通過擬合地震動衰減關系進行插值結果與臺站實測值得到。目前擬合地震動衰減關系時，臺站場地均選擇為Ⅰ類場地。后續隨著軟件本地化——臺站場地效應工作的持續開展，場地條件將按照臺站實際場地選擇。

此次地震最高儀器烈度為Ⅷ度，主要涉及漾濞縣蒼山西鎮、太平鄉2個鄉（鎮）。儀器烈度Ⅶ度區主要涉及漾濞縣漾江鎮、瓦廠鄉、平坡鎮、龍潭鄉、富恒鄉、順濞鎮，永平縣北斗彝族鄉，巍山縣紫金鄉以及大理市太邑鄉9個鄉（鎮）。儀器烈度Ⅵ度區主要涉及漾濞縣、洱源縣、永平縣、彌渡縣、巍山縣、賓川縣、大理市、云龍縣、保山隆陽區、昌寧縣的42個鄉（鎮）。

2.2 儀器烈度與宏觀調查烈度對比

圖6為云南省地震局現場工作隊通過宏觀調查繪制的漾濞MS6.4地震烈度分布圖。地震烈度Ⅷ度區主要涉及漾濞縣蒼山西鎮、漾江鎮、太平鄉3個鄉鎮。地震烈度Ⅶ度區主要涉及漾濞縣蒼山西鎮、漾江鎮、富恒鄉、太平鄉、順濞鎮、平坡鎮，云龍縣團結鄉，洱源縣西山鄉、煉鐵鄉，巍山縣紫金鄉和大理市太邑鄉等11個鄉（鎮）。Ⅵ度區主要涉及漾濞縣、洱源縣、云龍縣、永平縣、巍山縣、大理市的42個鄉（鎮）和2個街道辦事處。圖3b震中附近儀器烈度在空間上呈北西向分布，與宏觀調查烈度走向基本吻合。儀器烈度分區與各宏觀調查烈度分區具有一定程度的對應關系，但在面積和分布范圍上有所不同。這主要是因為儀器烈度計算的是地震動的物理參數，直接由臺站的實測記錄計算得到;宏觀調查烈度是通過房屋破壞程度等受災情況得到，受地震動強度、房屋結構等因素影響，故二者不可能完全一致。

表2給出了位于宏觀烈度Ⅵ度區以上的28個臺站記錄的儀器烈度。將各臺站儀器烈度與宏觀調查烈度進行對比可以看出，Ⅵ度區內儀器烈度值具有一定的離散性，與宏觀調查烈度值偏差在±1度以內的占66.7%，Ⅶ～Ⅷ度區內儀器烈度值與宏觀調查烈度值偏差均在±1度以內。如果儀器烈度值與宏觀調查烈度值偏差在±1度以內是可接受的，對儀器烈度值四舍五入取整后，二者有一定程度的對應，能較為客觀地反映震區災害情況。

3 結論

預警工程定制軟件——烈度速報子系統在云南部署近一年時間，對責任區內M≥3.0地震均有響應。通過漾濞MS6.4地震，該系統經受了一次很好的實戰檢驗。本文從輸入數據、烈度速報產出情況、儀器烈度與宏觀調查烈度的對比情況詳細介紹了烈度速報子系統在此次地震的應用。該系統在震后16 min快速產出了烈度速報產品。對比儀器烈度與宏觀調查烈度發現震中附近二者在空間走向上基本吻合，在Ⅵ～Ⅷ度區有一定程度的對應，但涉及的面積和分布范圍有所不同。總體上看，儀器烈度能較為客觀地反映震區災害情況。該系統產出的結果在地震應急初期可為抗震救援決策提供一定程度的科學依據，對地震現場工作隊開展現場災害調查有一定程度的指導意義。從圖件的實用性上來看，該系統產出的震中附近烈度分布圖未能包含震中附近全部Ⅵ區，圖幅自適應方面還有進一步優化的空間。

感謝國家地震烈度速報與預警工程云南子項目攻堅團隊、云南省地震局漾濞地震現場工作隊及福建省地震局王士成在本文成稿過程中給予的幫助。兩位審稿專家對本文的完善提出了非常寶貴的意見，在此一并表示感謝。

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Application of the Rapid Intensity Reporting Subsystemto the 2021 Yangbi，Yunnan MS6.4 Earthquake

XU Yaji，PANG Weidong

（Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

In this paper，we firstly introduced the Rapid Intensity Reporting Subsystem about its products output process，linked-up stations and algorithm of the instrumental intensity.Then we described the subsystem about its data input，intensity output，and the comparison between the instrumental intensity and the macroscopic intensity when the subsystem is used to handle the MS6.4 earthquake.We found that the spatial trend of the instrumental intensity was roughly consistent with the macroscopic intensity in the vicinity of the epicenter.The instrumental intensity and the macroscopic intensity in Ⅵ-Ⅷ areas to some extent corresponded to each other.In general，the instrumental intensity objectively reflected the damage in the disaster area.

Keywords：the Yangbi MS6.4 earthquake;the Rapid Intensity Reporting Subsystem;instrumental intensity