全国自动地震速报系统评估

杨 陈 黄志斌 杜广宝 翟璐媛

（中国北京100045中国地震台网中心）

引言

2008年5月12日汶川MS8.0地震后，社会对地震速报的要求越来越高.而随着“十五”国家台网的建设，全国1 000多个区域地震台站实现了实时数据共享，国内地震的人工速报水平从“九五”时期的30分钟左右提高到了10分钟左右，但这些离社会的要求仍有着一定的差距.为了尽可能地提高地震速报速度，从2006年开始作为实验系统的区域数字地震台网实时速报系统，经过了几年的发展，已初具规模并具备相当的水平，能对国内除新疆、西藏、青海等台站密度较小之外的地区实现1分钟左右自动地震速报，并具有相当的可信度；与此同时，国家地震台网中心和广东省地震局利用全国1 000多个地震台站和美国地震学联合研究会（IRIS）的200多个境外地震台站，实现了国内地区1分钟左右，周边地区2—5分钟，国外其它地区3—30分钟的自动地震速报（与震中位置有关）.除此之外，全国部分省级台网也有着自己研发的自动地震速报系统.

相对于人工地震速报信息，自动地震速报信息具有速度快的优点，但由于其未经过最终的人工确认，在现阶段仍存在漏报和误报的可能性，所以现在自动地震速报信息只是在地震系统内部向专业人员发布.为了规范自动地震速报，中国地震局制定了《自动地震速报技术管理规定（试行）［2009］（135）》（中国地震局监测预报司，2009）.根据规定，全国自动地震速报系统由国家地震台网中心，华北、东北、西北、西南、东南区域（以下简称五大区域）自动地震速报分中心和国家地震速报备份中心（广东省地震局）组成.该管理规定对各家单位的任务、职责做了详细说明，对系统管理和维护做出了明确安排，对自动定位结果的发送做了严格的规定（杨陈等，2010）.

1 系统构成

现阶段我国自动地震速报系统主要由国家地震台网中心、国家地震速报备份中心和五大区域自动地震速报分中心构成（图1）.这些自动地震速报信息均通过部署在国家地震台网中心的自动EQIM服务器进行汇集和转发，并将自动地震速报信息以短信形式发送至地震系统专业人员（图1）.

图1 自动地震速报系统整体构成图Fig.1 Structure of auto earthquake information release system

1.1 国家地震台网中心、国家地震速报备份中心

国家地震台网中心与国家地震速报备份中心自动地震速报系统所使用的台站基本类似，其中国内及周边地区的地震使用国内及周边地震台站进行处理（图2），国外地震使用全球台站进行处理（图3）.其中，国家地震速报备份中心自动地震速报系统于2009年7月试运行，国家台网中心自动地震速报系统于2009年11月试运行.

1.2 五大区域自动地震速报分中心

五大区域自动地震速报分中心为华北、东北、东南、西北、西南分中心，分别设置在河北、辽宁、福建、陕西、云南省地震局.五大区域自动地震速报分中心从国家台网中心的流服务器接收相关台站数据，并负责其责任区域内M≥3.0地震（国家质量技术监督局，1999）的自动地震速报，于2009年7月试运行.其具体相关信息见表1.

表1 五大区域自动地震速报分中心相关信息Table 1 Information of the 5regional earthquake information auto-release centers

2 自动地震速报结果分析

自动地震速报系统试运行以来，相对人工地震速报，尽管存在一定的误差，但大大提高了地震参数测定的时效.我们以中国地震正式目录①全国地震统一编目.2012.http：∥10.5.202.22／bianmu／index.jsp.2012-01-10查阅.自2010年1月1日—2011年12月31日4 080次地震参数为标准（其中国内及周边地区M2.5以上地震3 011次，国外M5.5以上1 069次），对国家地震台网中心、国家地震速报备份中心和五大区域自动地震速报分中心的自动速报结果进行分析.其中，国家地震台网中心和国家地震速报备份中心对于同一地震的自动速报结果有多次发送的情况，而从实际运行情况来看，后续结果的精确度并没有比第一次结果有显著的提高.为了便于统计，并兼顾自动地震速报的时效性，本次对比中仅选取第一次发送的结果进行对比.总体对比结果如表2所示.

表2 总体对比结果Table 2 Comparison of the results given by different institutions

2.1 五大区域自动地震速报分中心

五大区域自动地震速报分中心负责区域为中国国内东部和中西部地区，我们以责任区内的对比结果为基础，在地图上以震中作为基准点，去掉部分异常数值（因特殊原因造成的误差较大的地震），对速报用时、震中误差和震级误差做插值处理，得出了责任区内的整体效果图（图4）.

图4 五大区域自动地震速报分中心误差插值图（a）速报用时；（b）震中误差；（c）震级误差Fig.4 Interpolated error distribution of the 5regional earthquake information auto-release centers（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

从图4可以看出，东部地区的自动地震速报用时基本在70—90s之间，黑龙江中部、内蒙古中部、青海东部、四川西部、云南南部、海南等区域的自动地震速报用时为90—100s，黑龙江北部、内蒙古北部、青海北部等区域的自动地震速报用时较长，需要100—120s.

震中误差分布以河北、辽宁、陕西、福建、云南为中心向周边区域逐渐增大，东部各省市的震中误差在10km以内；黑龙江中东部、内蒙古西部、青海东部、四川西部等区域的震中误差为10—20km；黑龙江东部的自动速报震中误差较大，为20—30km.

在震级测定方面，东部地区（注：统计样本中无5级以上地震）的震级误差在0.2级以内；黑龙江东部和北部、内蒙古西部、青海东部、四川西部、云南西部等区域的震级误差为0.2—0.3级；对青海北部的地震震级测定误差偏大，在0.3—0.5级之间.

2.2 国家地震台网中心

国家地震台网中心用全国1 000多个台站和IRIS提供的全球200多个地震台站的数据分别进行国内和全球自动地震速报.我们将国内地震与全球地震分开插值计算自动速报用时、震中误差和震级误差（图5、图6）.

图5 国家地震台网中心国内地震误差插值图（a）速报用时；（b）震中误差；（c）震级误差Fig.5 Interpolated error distribution for earthquakes in China by China Earthquake Networks Center（CENC）（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

对于国内地震，由图5可以看出，东部地区用时基本为30—90s；黑龙江东部和北部、新疆东北部和南部、内蒙古北部、青海南部、西藏东部等地地震自动测定用时为90—180s；西藏西部的自动地震速报用时较长，为180—300s之间，这与该地区的地震台站分布稀少有密切关系.

国内大部分地区的震中误差在15km以内；黑龙江东部和北部、内蒙古东部、新疆南部、青海南部、西藏大部分地区的震中误差为15—30km；西藏西部地震震中误差偏大，为30—50km，这与该地区地震台站分布稀少密切相关.

除西藏等地外，其它地区震级误差在0.3级以内；西藏、海南等区域的震级误差为0.4—0.6级.

图6 国家地震台网中心全球地震误差插值图（a）速报用时；（b）震中误差；（c）震级误差Fig.6 Interpolated error distribution for earthquakes around the world located by CENC（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

对于全球地震，由图6可以看出，对于自动地震速报用时，与台站分布相关较大.对北半球地区的自动地震速报用时较少，一般在90—800s之间；对南太平洋地区、南美洲和非洲南部的自动地震速报用时为800—1 000s.

北半球地区的地震震中误差小于南半球地区；亚洲大部分地区的震中误差在50km以内；环太平洋地震带、地中海地区的震中误差在50—100km；南半球大部分地区的震中误差在50—200km之间.

震级整体平均误差为0.66级，从图6上看0.1—0.5级和0.5—1.0级几乎各占一半，这与全球地震自动定位时所计算的震级为MWP有关.

2.3 国家地震速报备份中心

国家地震速报备份中心接入台站和自动速报范围与国家台网中心基本相同，我们同样将国内地震与全球地震分开插值计算自动速报用时、震中误差和震级误差（图7、图8）.

对于国内地震，由图7可以看出，对于东部大部分地区，自动地震速报用时基本为100—200s；黑龙江东部和北部、新疆、甘肃西北部、青海西部、西藏等地自动地震速报用时为200—350s.

国内大部分地区震中误差基本在30km以内；黑龙江东南部、西藏西部等区域的震中误差偏大，在30—50km之间.

图7 国家地震速报备份中心国内地震误差插值图（a）速报用时；（b）震中误差；（c）震级误差Fig.7 Interpolated error distribution for earthquakes in China located by the National Earthquake Backup Center（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

震级误差较前两套系统大，这与该系统计算的震级为mB和MW有关（五大区域和台网中心国内地震计算的震级均为ML），也与统计样本大部分为5级以下地震有一定关系.国内地震一般在0.6—0.8级之间；四川北部、新疆北部等地的误差较小，在0.6级以内；黑龙江、吉林东部、青海、西藏等区域的震级误差较大，在0.8—1.0级之间.

对于全球地震，由图8可以看出，在北半球地区，尤其是中国周边地区的自动地震速报用时在160—400s之间；环太平洋地震带地区的自动地震速报用时在400—800s之间；南太平洋地区、南美洲、非洲南部的自动地震速报用时更长，为800—1 000s.

震中误差大部分在100km以内，太平洋和南半球等台站比较稀疏的地区在50—100km之间.

震级误差一般在0.1—1.0级之间，在环西太平洋地震带和地中海地区的震级误差基本在0.5—1.0级之间.

3 漏报和误报分析

图8 国家地震速报备份中心全球地震误差插值图（a）速报用时；（b）震中误差；（c）震级误差Fig.8 Interpolated error distribution for global earthquakes reported by the National Earthquake Backup Center（a）Process time；（b）Epicenter error；（c）Magnitude error

由于台站分布等因素，现阶段的自动地震速报系统对于不同的区域有着不同的震级下限，又因为自动地震速报系统主要作用是为正式地震速报提供参考.鉴于此，根据现阶段中国地震速报的实际情况和能力，本文对于漏报和误报的分析以正式地震速报为标准，即国内M3.0以上，国外M6.0以上.

3.1 漏报分析

对中国地震正式目录进行处理，只保留国内M3.0以上和国外M6.0以上的目录，将该目录与自动地震速报目录进行匹配，缺少自动地震速报的目录即为漏报.由于五大区域自动地震速报分中心的覆盖范围仅为国内东部地区，本文中对比时仅选取东经100°以东的国内地震（包括台湾地区）.总体漏报地震情况见表3，漏报地震分布图见图9.

由表3和图9可以看出，对于国内及周边地震，3套系统对于东部台站较密的网内地震漏报较少，而对于西部和周边台站较稀疏的地区则存有不同程度的漏报.其中，国家地震台网中心对于台湾和周边地区漏报较多，漏报M5.0以上的地震也主要集中在台湾地区；国家地震速报备份中心对于M3.0—M3.9地震漏报较多，但没有漏报M5.0以上地震，且对台湾地区没有漏报；五大区域自动地震速报分中心的漏报主要集中在中国台湾地区和中俄交界地区的深源地震，这与其主要处理网内地震和对深源地震处理能力不足有关.对于国外地震，国家地震速报备份中心的漏报地震较国家地震台网中心少.而与此同时，其误报地震也相应地较多（见下节分析）.漏报原因主要是由于台站分布不合理和大地震的余震所致，也有少数情况是由于实时数据流中断和系统死机造成.

表3 漏报地震情况Table 3 Statistics of missing earthquakes

图9 国内漏报地震分布图Fig.9 Missing earthquakes in China

3.2 误报分析

对自动地震速报目录进行处理，只保留国内M3.0以上和国外M6.0以上的目录.将该目录与中国地震正式目录进行匹配，多出的自动地震速报目录即为误报.经过对比分析，五大区域自动地震速报分中心无误报（但在对比范围外有1次因2009年9月30日苏门答腊M7.6地震引起误报四川省峨眉山M3.0地震）；国家地震台网中心误报3次，分别是2011年1月19日巴基斯坦M7.1地震引起误报新疆阿克陶M4.9级地震，2011年3月11日日本东北海域M6.0地震引起误报吉林延边M3.3地震，2011年7月25日日本东北海域M6.3地震引起误报吉林延边M3.9地震；国家地震速报备份中心误报较多，其中国内54次（5级以上1次），国外15次（7级以上2次）.

由此可见，五大区域自动地震速报分中心的1次误报和国家地震台网中心的3次误报均为将国外大地震的尾波误报为国内地震；而国家备份系统误报较多，其中既包含大震尾波触发、台站组合匹配错误等原因，更主要的原因是软件系统在台站分布不合理、组合匹配较差和没有近台等情况时条件约束不够所致.漏报和误报的根本原因在于地震自动处理算法的不完善，而实际上，在我们还不能对所有不同的地震的处理都找到一个完美解决方案时，对地震发布的条件越苛刻，误报就越少，然而可能造成的漏报就会越多.

4 讨论与结论

对于国内地震来讲，五大区域自动地震速报分中心对东部大部分地区的速报用时在90s以内，震中误差在10km以内，震级误差在0.2级以内；国家地震台网中心对国内大部分地区的速报用时在120s以内（西部台站稀疏地区用时较长），震中误差在15km以内，震级误差在0.3级及以内；国家地震速报备份中心对国内大部分地区速报用时在200s以内（西部台站稀疏地区用时较长），震中误差在30km以内，震级误差在0.6级以内.五大区域自动地震速报分中心精度较高，但覆盖范围较小（仅网内地震），且对深源地震缺乏处理能力；国家地震台网中心和国家地震速报备份中心各有优缺点.三者在一定程度上能相互补充和验证自动地震速报的准确性，减少误报和漏报的发生.

对于国外地震来讲，国家地震台网中心对全球大部分地区速报用时在800s以内，震中误差在30km以内；国家地震速报备份中心对全球大部分地区速报用时在800s以内，震中误差在50km以内.前者漏报较多而误报较少，后者误报较多漏报较少，两者在一定程度上能起到相互补充和验证的作用，从而减少误报和漏报的发生.

总体来说，3套自动地震速报系统整体上对于首都圈地区M≥3.0，国内其它地区M≥4.0（部分台站稀疏的西部地区M≥5.0），国外M≥7.0的地震基本可以达到全面覆盖的程度，可以作为正式地震速报的参考，对于建立“自动报—正式报”的两级地震速报制度能提供有力的技术支撑.

感谢华北、东北、西北、西南和东南区域自动地震速报分中心和国家地震速报备份中心对本文的帮助和支持.

国家质量技术监督局.1999.中华人民共和国国家标准（GB17740-1999）：地震震级的规定［S］.北京：中国标准出版社：1－－2.

杨陈，黄志斌，廖诗荣，黄文辉，翟璐媛.2010.全国自动地震速报系统介绍［J］.地震地磁观测与研究，31（5）：158－－161.

中国地震局监测预报司.2009.自动地震速报技术管理规定（试行）［2009］（135）［S］.北京：中国地震局：1－－3.