摘要：2022年7月20日，新疆昌吉市發(fā)生MS4.8地震，新疆地震預(yù)警系統(tǒng)處于測(cè)試運(yùn)行階段，對(duì)該次地震事件完成預(yù)警結(jié)果產(chǎn)出，數(shù)據(jù)僅在內(nèi)部參考。綜合分析該事件預(yù)警結(jié)果（JEEW、FJEEW及融合系統(tǒng)產(chǎn)出），相較于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果，JEEW系統(tǒng)首報(bào)觸發(fā)用時(shí)7.1 s，震級(jí)偏差-0.7，震中偏差3.3 km；FJEEW系統(tǒng)首報(bào)觸發(fā)用時(shí)7.5 s，震級(jí)偏差-1.1，震中偏差3.4 km。預(yù)警融合系統(tǒng)首報(bào)發(fā)布于震后7.8 s，震級(jí)偏差-0.7，震中偏差3.3 km，3套地震預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布結(jié)果震級(jí)、震中皆有較好的一致性。對(duì)于該次地震事件，地震預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布時(shí)效性、震級(jí)、震中結(jié)果的準(zhǔn)確性達(dá)到建設(shè)目標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞： 地震預(yù)警； JEEW系統(tǒng)； FJEEW系統(tǒng)； 預(yù)警融合系統(tǒng)

doi：10.16256/j.issn.1001-8956.2024.03.003

地震預(yù)警，就是地震發(fā)生之后，利用電磁波與地震波傳播速度差、地震波中橫波與縱波的速度差原理，在破壞性地震波到達(dá)前發(fā)出報(bào)警信息。該設(shè)想由Cooper在1868年美國(guó)舊金山大地震后提出［1-8］。在地震短臨預(yù)報(bào)沒(méi)有突破性進(jìn)展的今天，地震預(yù)警能夠給特定地區(qū)的民眾提供應(yīng)急避險(xiǎn)時(shí)間，最大程度減少地震災(zāi)害所造成的破壞與損失，同時(shí)對(duì)一些烈度異常區(qū)及次生災(zāi)害和生命線(xiàn)設(shè)施的緊急避險(xiǎn)有重要意義。一些多震國(guó)家和地區(qū)，如日本、美國(guó)、墨西哥、歐盟等，均已建設(shè)和投入使用地震預(yù)警系統(tǒng)。作為世界上最早建設(shè)地震預(yù)警系統(tǒng)的國(guó)家之一，日本在20世紀(jì)50年代、80年代分別建立了鐵路預(yù)警系統(tǒng)、緊急地震速報(bào)系統(tǒng)，2007年正式對(duì)全國(guó)公眾發(fā)布預(yù)警信息，如2011年3月11日的M9.0地震，東京民眾提前約1分鐘獲取地震信息，日本新干線(xiàn)UrEDAS系統(tǒng)也多次成功發(fā)布預(yù)警信息。1994年，美國(guó)開(kāi)始研究地震預(yù)警，并經(jīng)過(guò)技術(shù)更新建成了ShakeAlert系統(tǒng)，于2017年正式在西海岸地區(qū)投入使用。1999年，墨西哥建成墨西哥市地震預(yù)警系統(tǒng)SAS，自SAS系統(tǒng)試運(yùn)行至2009年3月，成功發(fā)布13次“公開(kāi)性”地震預(yù)警［9-10］。中國(guó)地震災(zāi)害頻發(fā)，唐山、汶川等特大地震事件，均造成諸多不可估量的損失［11］。地震預(yù)警的應(yīng)用，由各大重要工程逐漸向社會(huì)覆蓋。1994年廣東大亞灣核電站設(shè)計(jì)了由6臺(tái)加速度計(jì)、4臺(tái)峰值加速度計(jì)以及2個(gè)地震觸發(fā)器組成的地震報(bào)警裝置，2007年冀寧高壓輸氣管道項(xiàng)目中也建設(shè)了簡(jiǎn)單的油氣管道地震報(bào)警系統(tǒng)［12］。2008年，中國(guó)正式實(shí)施國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程［13-16］。隨著第一批地震預(yù)警建設(shè)項(xiàng)目的完成，中國(guó)地震預(yù)警逐漸進(jìn)入民眾的生活，四川長(zhǎng)寧MS6.0地震、四川甘孜瀘定縣MS6.8地震都成功對(duì)民眾發(fā)布了預(yù)警信息。但與此同時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)的誤報(bào)與誤觸發(fā)也偶有發(fā)生，因此，評(píng)估預(yù)警結(jié)果的質(zhì)量、預(yù)警時(shí)效性與準(zhǔn)確性能否滿(mǎn)足建設(shè)需求對(duì)保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全有重要意義。

1 新疆地震預(yù)警基本情況

新疆維吾爾自治區(qū)地處歐亞大陸腹地，位于印度板塊和歐亞板塊碰撞的前沿地帶，是中國(guó)主要的內(nèi)陸地震活動(dòng)地區(qū)，其活動(dòng)水平居全國(guó)首位，地震活動(dòng)具有強(qiáng)度大、頻度高、分布廣的特點(diǎn)。新疆地震形勢(shì)嚴(yán)峻，如2017年精河MS6.6地震，2020年伽師MS6.4地震、于田MS6.5地震，以及2023年沙雅MS6.1地震，頻繁的地震災(zāi)害嚴(yán)重威脅著人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。

國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程新疆子項(xiàng)目于2018年開(kāi)始建設(shè)，目前完成了天山中段預(yù)警建設(shè)項(xiàng)目任務(wù)，在以天山中段為重點(diǎn)預(yù)警區(qū)的基礎(chǔ)上，新疆預(yù)警區(qū)又以重點(diǎn)區(qū)和一般區(qū)進(jìn)行了劃分，首報(bào)在震后10 s范圍內(nèi)作為重點(diǎn)區(qū)，以經(jīng)緯度多邊形閉合曲線(xiàn)約束，圈外為一般區(qū)。通過(guò)地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力評(píng)估軟件分析，在重點(diǎn)區(qū)可實(shí)現(xiàn)MS0.65左右的地震監(jiān)測(cè)能力。結(jié)合新疆震情、地域情況與人口分布的特點(diǎn)，新疆地震預(yù)警初步發(fā)布策略是重點(diǎn)區(qū)滿(mǎn)足MS≥4.0、首報(bào)用時(shí)≤10 s且觸發(fā)臺(tái)站數(shù)≥5個(gè)，一般區(qū)滿(mǎn)足MS≥5.0、首報(bào)用時(shí)≤45 s且觸發(fā)臺(tái)站數(shù)≥6個(gè)。

2022年1月，新疆地震預(yù)警進(jìn)入內(nèi)部測(cè)試階段。天山中段地區(qū)作為國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程重點(diǎn)預(yù)警區(qū)之一，涉及烏魯木齊、昌吉回族自治州、石河子、吐魯番等地。新疆地震預(yù)警項(xiàng)目共計(jì)182個(gè)基準(zhǔn)站，316個(gè)基本站，已完成所有臺(tái)站的數(shù)據(jù)回傳。2020年4月完成480個(gè)一般站站點(diǎn)建設(shè)任務(wù)，完成率100%（該數(shù)據(jù)來(lái)源于天山中段為重點(diǎn)預(yù)警區(qū)時(shí)數(shù)據(jù)，研究區(qū)位于該區(qū)，數(shù)據(jù)適用）。為保證臺(tái)站時(shí)間的準(zhǔn)確性，測(cè)震臺(tái)與強(qiáng)震臺(tái)采用GNSS授時(shí)（授時(shí)精度<100 us），烈度臺(tái)采用NTP 授時(shí)（授時(shí)精度 <100 ms ），所有臺(tái)站均采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模式。

新疆預(yù)警核心處理軟件為JEEW、FJEEW、省級(jí)二級(jí)決策融合，與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、地震速報(bào)災(zāi)備中心（由廣東省地震臺(tái)網(wǎng)中心承擔(dān)）的JEEW、FJEEW和二級(jí)決策融合，最后形成一級(jí)決策結(jié)果。JEEW、FJEEW接入預(yù)警建設(shè)的基本站、基準(zhǔn)站、一般站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)達(dá)到預(yù)警要求的地震事件進(jìn)行產(chǎn)出。二級(jí)決策融合對(duì)JEEW、FJEEW產(chǎn)出結(jié)果進(jìn)行本地預(yù)警結(jié)果的融合。在波形質(zhì)量方面，新疆臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)對(duì)預(yù)警臺(tái)網(wǎng)波形質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)斷記、波形異常、近臺(tái)不觸發(fā)等情況及時(shí)檢查與處理，在系統(tǒng)運(yùn)維方面臺(tái)站延時(shí)總體控制在2 s以?xún)?nèi)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量滿(mǎn)足預(yù)警要求。

2022年7月20日10時(shí)33分，新疆昌吉市發(fā)生MS4.8地震，震中44.46 N°，87.15 E°，震源深度23 km（圖1）。此次地震處于天山中段重點(diǎn)區(qū)內(nèi)，震中周?chē)_(tái)站分布良好，此次地震事件處理結(jié)果的時(shí)效性、準(zhǔn)確性對(duì)新疆預(yù)警區(qū)內(nèi)重點(diǎn)區(qū)預(yù)警處理結(jié)果的評(píng)估有較好的參考價(jià)值。地震發(fā)生后，JEEW、FJEEW、二級(jí)決策融合系統(tǒng)均正常產(chǎn)出。本文中通過(guò)與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)各系統(tǒng)預(yù)警結(jié)果進(jìn)行分析，評(píng)估各系統(tǒng)產(chǎn)出地震事件的時(shí)效性以及震級(jí)、震中的精度是否符合項(xiàng)目建設(shè)需求。

2 預(yù)警結(jié)果分析

2.1 JEEW預(yù)警結(jié)果分析

JEEW由深圳防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究院研制，能夠?qū)y(cè)震、強(qiáng)震、烈度3種臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行超快地震速報(bào)。JEEW由Jopens6.0系統(tǒng)承載，其新的數(shù)據(jù)流模塊采用HTTP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，為縮短實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)延時(shí)，將過(guò)去512字節(jié)的打包模式更改為256字節(jié)打包模式。

昌吉MS4.8地震JEEW共產(chǎn)出64報(bào)，考慮預(yù)警時(shí)效性需求，此次研究取預(yù)警結(jié)果的前5報(bào)進(jìn)行研究（表1）。鑒于JEEW產(chǎn)出結(jié)果發(fā)震時(shí)刻與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果相差近4 s，本文中以中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果發(fā)震時(shí)刻為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行時(shí)效性計(jì)算。第1報(bào)共有6個(gè)臺(tái)站參與計(jì)算，其中一般站5個(gè)，基本站1個(gè)，最先觸發(fā)的臺(tái)站為一般站B0056，震中距5.0 km，首臺(tái)觸發(fā)時(shí)間為震后5.0 s，在首臺(tái)觸發(fā)后2.1 s產(chǎn)出第1報(bào)（即震后7.1 s），與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式結(jié)果相比，其震級(jí)偏差﹣0.7，震中偏差3.3 km。

隨著參與計(jì)算臺(tái)站數(shù)的增加，發(fā)布結(jié)果逐漸穩(wěn)定，第2報(bào)到第5報(bào)參與計(jì)算臺(tái)站數(shù)量分別是7、9、10以及15，此次事件觸發(fā)臺(tái)站包括一般站、基本站，分布見(jiàn)圖2。前5報(bào)臺(tái)站分布并不均勻，空隙角超過(guò)180°，臺(tái)站分布呈現(xiàn)為偏網(wǎng)，因?yàn)檎鹬芯噍^近，最近震中距僅5 km，所以震中偏差并不大；在震級(jí)計(jì)算方面前5報(bào)參與計(jì)算震級(jí)的臺(tái)站數(shù)分別是3、4、6、7、12個(gè)，一般站與基本站震級(jí)偏差不大，后報(bào)送結(jié)果的震級(jí)更加接近正式地震速報(bào)結(jié)果。

JEEW系統(tǒng)產(chǎn)出結(jié)果的震級(jí)、震中在后4報(bào)呈線(xiàn)性提升，和中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果相比，第5報(bào)參與定位臺(tái)站15個(gè)，參與震級(jí)計(jì)算臺(tái)站12個(gè)，其震級(jí)沒(méi)有偏差，震中偏差只有0.6 km。通過(guò)對(duì)JEEW系統(tǒng)產(chǎn)出預(yù)警結(jié)果前5報(bào)的數(shù)據(jù)分析表明，對(duì)于昌吉MS4.8地震，其產(chǎn)出結(jié)果的震級(jí)、震中與國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心正式結(jié)果皆有較好的一致性，震級(jí)偏差0～0.7，平均偏差0.3，震中偏差在0.6～3.3 km，平均偏差1.6 km（圖3）。

2.2 FJEEW預(yù)警結(jié)果分析

作為融合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之一，F(xiàn)JEEW系統(tǒng)是JMX、Sigar、MQTT、WebSocket、ECharts和Html5等技術(shù)組件的地震預(yù)警運(yùn)維保障系統(tǒng)。

為確保與JEEW系統(tǒng)結(jié)果分析的一致性，此次研究仍取FJEEW系統(tǒng)前5報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（表2）。該系統(tǒng)與JEEW系統(tǒng)使用統(tǒng)一臺(tái)站配置，第1報(bào)共有5個(gè)臺(tái)站參與計(jì)算，其中一般站3個(gè)，基本站1個(gè)，基準(zhǔn)站1個(gè)，最先觸發(fā)的臺(tái)站為一般站B0056，首臺(tái)觸發(fā)于震后5.0 s，在首臺(tái)觸發(fā)后2.5 s后產(chǎn)出第1報(bào)（即震后7.5 s），震級(jí)偏差-1.1，震中偏差3.4 km。

隨著參與計(jì)算臺(tái)站數(shù)的增加，趨勢(shì)總體趨于平穩(wěn)，第2報(bào)到第5報(bào)參與計(jì)算臺(tái)站數(shù)量分別是6、7、13、18個(gè)，觸發(fā)臺(tái)站包括一般站、基本站、基準(zhǔn)站，分布見(jiàn)圖4。FJEEW系統(tǒng)前5報(bào)臺(tái)站

分布不均勻，第5報(bào)計(jì)算臺(tái)站數(shù)量達(dá)到18個(gè)，其空隙角依然超過(guò)180°，臺(tái)站呈偏網(wǎng)分布，因?yàn)檎鹬芯噍^近，最近震中距僅5 km，所以震中偏差并不大。在震級(jí)計(jì)算方面前5報(bào)參與計(jì)算震級(jí)的臺(tái)站數(shù)分別是2、4、4、8、8個(gè)，計(jì)算臺(tái)站數(shù)量的增加使震級(jí)更加準(zhǔn)確。

通過(guò)對(duì)FJEEW預(yù)警系統(tǒng)結(jié)果前5報(bào)數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)產(chǎn)出結(jié)果的震級(jí)、震中與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果相比皆有較好的一致性，震級(jí)偏差0.2～1.1，平均偏差0.5，震中偏差在0.6～3.4 km，平均偏差2.1 km（圖5）。

2.3 預(yù)警融合系統(tǒng)預(yù)警結(jié)果分析

使用數(shù)據(jù)取自預(yù)警融合系統(tǒng)客戶(hù)端發(fā)布結(jié)果數(shù)據(jù)。預(yù)警融合系統(tǒng)融合了新疆、中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、廣東災(zāi)備中心3家單位的JEEW、FJEEW和二級(jí)決策融合的結(jié)果。本次地震事件共有3報(bào)（表3）。第1報(bào)發(fā)布于震后7.8 s，新疆和中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心產(chǎn)出二級(jí)決策結(jié)果，且結(jié)果相同，采用了JEEW系統(tǒng)的經(jīng)緯度、震級(jí)結(jié)果。經(jīng)過(guò)預(yù)警融合系統(tǒng)的融合，與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果相比，震級(jí)偏差-0.7，震中偏差3.3 km，后期結(jié)果趨于平穩(wěn)，總體呈線(xiàn)性提升，第3報(bào)震級(jí)偏差0.1，震中偏差0.6。此次地震事件，震級(jí)、震中皆有較好的一致性，震級(jí)偏差0.1～0.7，平均偏差0.4，震中偏差在0.6～3.3 km，平均偏差2.4 km，隨著參與計(jì)算臺(tái)站數(shù)的增加，其結(jié)果精度更加趨近于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果（圖6）。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)昌吉MS4.8地震預(yù)警結(jié)果的分析，JEEW、FJEEW地震預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警融合系統(tǒng)的發(fā)布結(jié)果與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式地震速報(bào)結(jié)果相比，其震級(jí)、震中均有較好的一致性，因?yàn)閰⑴c計(jì)算臺(tái)站的不足，首報(bào)震級(jí)偏差略大，后續(xù)發(fā)布結(jié)果的準(zhǔn)確性隨著參與計(jì)算臺(tái)站數(shù)量的增加變得更加可靠。對(duì)于該次地震事件，在震后7.8 s由預(yù)警融合系統(tǒng)最終發(fā)布，滿(mǎn)足建設(shè)要求的10 s以?xún)?nèi)，震中精度偏差只有3.4 km。研究結(jié)論如下：

（1） JEEW、FJEEW地震預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警融合系統(tǒng)首報(bào)的震級(jí)偏差較大。首報(bào)震級(jí)偏差分別為0.7、1.1、0.7，這是由于地震預(yù)警在追求時(shí)效性的同時(shí)，只用了最先觸發(fā)的少數(shù)幾個(gè)臺(tái)站參與計(jì)算導(dǎo)致的，隨著參與計(jì)算臺(tái)站數(shù)量的增加，第2報(bào)到第5報(bào)結(jié)果有明顯的改善。震中最大偏差3.4 km，考慮人工速報(bào)也有誤差存在，系統(tǒng)產(chǎn)出的震中偏差影響很小。

（2） 新疆地域廣闊，臺(tái)網(wǎng)密度依然不夠。相較于國(guó)內(nèi)其他地區(qū)，新疆大部分區(qū)域不在預(yù)警區(qū)內(nèi)，即使在重點(diǎn)預(yù)警區(qū)內(nèi)，受天山山脈影響，也無(wú)法做到臺(tái)站全覆蓋，致使部分預(yù)警區(qū)內(nèi)地震事件在精度和時(shí)效性方面有所影響。

（3） 預(yù)警結(jié)果的精確性有待提高。由于預(yù)警結(jié)果的震源深度不可靠，導(dǎo)致發(fā)震時(shí)刻與實(shí)際發(fā)震時(shí)刻有所偏差，在統(tǒng)計(jì)其預(yù)警時(shí)效性時(shí)只能采用實(shí)際發(fā)震時(shí)刻與發(fā)布系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。

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ANALYSIS OF EARLY WARNING PROCESSING RESULTS

FOR CHANGJI MS4.8 EARTHQUAKE

ON JULY 20， 2022

YAN Xin-yi， CHEN Yong

（Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，Xinjiang，China）

Abstract： On July 20，2022， an MS4.8 earthquake occurred in Changji， Xinjiang. The Xinjiang earthquake early warning system is in the test operation stage. The early warning results of the earthquake event are output， and the data are only internally referenced. Comprehensive analysis of the early warning results of the event （JEEW， FJEEW and fusion system output）， compared with the official earthquake rapid report results of the China Earthquake Networks Center， the first report of the JEEW system takes 7.1 s， the magnitude deviation is -0.7， and the epicenter deviation is 3.3 km. The triggering time of the first report of the FJEEW system is 7.5 s， the magnitude deviation is -1.1， and the epicenter deviation is 3.4 km. The first report of the early warning fusion system was released 7.8 s after the earthquake， the magnitude deviation was -0.7， and the epicenter deviation was 3.3 km. The magnitude and epicenter of the three sets of earthquake early warning systems were in good agreement. For this earthquake event， the accuracy of the timeliness， magnitude and epicenter results of the earthquake early warning system meets the requirements of construction goal.

Key words： Earthquake early warning; JEEW; FJEEW; Warning fusion system