河北预警网地震预警处理系统运行现状.pdf
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1、王亚玲,毛国良,蒋宏毅,等.河北预警网地震预警处理系统运行现状 J.华北地震科学,2023,41(3):43-51.doi:10.3969/j.issn.10031375.2023.03.007.WANG Yaling,MAO Guoliang,JIANG Hongyi,et al.Analysis on the Operation Status of Earthquake Early Warning Processing Systemof Hebei ProvinceJ.North China Earthquake Sciences,2023,41(3):43-51.doi:10.3969/
2、j.issn.10031375.2023.03.007.河北预警网地震预警处理系统运行现状王亚玲1,2,毛国良1,2,蒋宏毅1,2,王 宁1,2,蔡玲玲1,2*(1.河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站,河北 邢台 050021;2.河北地震台,石家庄 050021)摘要:基于试运行以来触发预警系统的地震事件,分别统计并分析 JEEW、EEW 系统的记录及报送数据,结果表明,JEEW 系统首报用时均在 10 s 以内,震级偏差平均值为 0.69,震中距偏差均在 10 km 以内,偏差在 5 km 内占比达 89.36%;EEW 系统首报用时在 10 s 以内占比为 64.7%,震级
3、偏差均值为 0.60,震中距偏差在 10 km 以内,占比为 76.47%;编目震级 M3.0 以上地震事件,JEEW 系统结果显示:首报用时在 46 s,震级偏差 0.30.6,震中位置偏差值 0.73.5 km;EEW 系统结果显示:首报用时在 38 s,震级偏差值 0.00.6,震中位置偏差值 1.05.2 km,因此,3 级以上地震事件预警用时较短,定位结果相对精确。关键词:河北预警网;JEEW 系统;EEW 系统;产出结果对比中图分类号:P315.6 文献标志码:A 文章编号:10031375(2023)03004309doi:10.3969/j.issn.10031375.2023
4、.03.007 0 引言地震预警最早是 Cooper 在 1868 年美国旧金山大震后提出的设想,现如今是有效减轻地震灾害措施之一1。其原理是因电磁波的传播速度远远大于地震波传播的速度,利用时间差可在破坏性地震波到达前发布地震的预警信息2-5。社会大众利用预警系统争取到的几秒至几十秒的时间避险,实施紧急处置,从而减轻人员伤亡及地震对重要基础设施、民生工程的损害。日本、墨西哥、美国等地震风险较高国家及地区均已建设、投入使用预警系统6-7。日本是世界上最早建设预警系统国家之一,在 20 世纪 50 年代建立铁路预警系统,并在 80 年代建立紧急地震速报系统,经过不断发展,日本的预警系统应用效果良好
5、,2007 年便开始基于“紧急地震速报”对社会公众发布预警信息8-12;1985 年墨西哥开发了一套地震预警系统,并于 1991 年逐步建立预警系统 SAS13;美国 1994 年开启地震预警研究工作,经过技术不断更新,建成了“ShakeAlert”系统14。1976 年国内唐山地震、2008 年汶川地震,给人民的生命财产带来巨大的损失,至此地震预警在国内逐步开展研究建设。据国家防震减灾规划(20062020 年)设立的目标,地震预警系统作为中国目前防震减灾的一项重点任务来开展。尤其在 2003 年 6 月“地震预警与烈度速报系统的研究与示范应用”验收的通过,标志中国地震预警建设迈出历史性的一
6、步。随着“国家地震烈度速报与预警工程”完成立项,国内的预警工程正式进入规划设计的日程15。2018年中国地震局正式开始实施国家地震烈度速报与预警工程,河北局经过一系列建设、整改等工作,于 2021 年 6 月正式试运行,并在 2022 年冬奥会期间为赛区提供了预警信息服务。强震的发生,往往伴随着巨大的破坏力,给人类生命、财产造成威胁,因此通过研究地震破坏规律,及时警示地震可能产生的破坏系数、快速计算震后烈度情况具有十分重要的社会意义16。本文基于试运行以来预警系统触发的地震事件为研究数据,分析河北预警处理系统现阶段运行情况,为预警网的性能提升提供数据支撑。1 河北预警网运行现状河北省预警核心业
7、务系统包括 JEEW 处理系收稿日期:2022-08-22基金项目:河北省地震局星火青年项目(DZ2021121600009);中国地震局地震科技星火计划项目(XH21003Y)第一作者简介:王亚玲(1992),女,河北保定人,工程师,主要从事地震监测、数据处理工作.E-mail:*通讯作者简介:蔡玲玲(1983),女,河北邢台人,高级工程师,主要从事地震监测、预警工作.E-mail:第 41 卷第 3 期华 北 地 震 科 学Vol.41,No.32023 年 7 月NORTH CHINA EARTHQUAKE SCIENCESJul.,2023统、EEW 处理系统、烈度速报系统、决策平台、
8、紧急地震信息服务系统、预警融合系统、运维监控系统已经完成部署,与中国地震台网中心、北京市地震局、天津市地震局进行实时数据交换,实现“国省”两级决策预警发布机制,构建完成京津冀地震预警网,2021 年 6 月正式试运行。河北地震预警网接入 1 653 个地震预警站点,其 中 河 北 1 251 个(基 准 站 83 个:新 建 基 准 站10 个、改造基准站 69 个、背景场项目 4 个;基本站193 个:新建基本站 78 个、改造基本站 67 个、背景场项目 48 个;一般站 975 个:新建一般站 566 个、烈度试验项目 129 个、烈度示范项目 100 个、省预警项目 180 个)、北京
9、局 199 个、天津局 203 个(表 1,图 1)。承德市张家口市保定市北京市沧州市唐山市邢台市邯郸市天津市石家庄市衡水市秦皇岛市廊坊市廊坊市36N37N38N39N40N41N42N113E114E115E116E117E118E119E120E台站类型101020205771010一般站基准站基本站N站点距离/km预警时效/s图例 图 1 京津冀预警站点分布图Fig.1 Distribution of warning stations in Beijing,Tianjin and Hebei 依据河北局预警网站点分布密度,计算河北预警网预警时效。图 1 中站点密度小于等于 10 km 的
10、预警时效可达到 57 s,主要分布在北京、天津、河北唐山市、河北秦皇岛市西部、河北石家庄市、河北唐山市、河北张家口市南部、河北邯郸市东部、河北邢台市中部等区域;站点密度在 1020 km,预警时效在 710 s;站点密度大于 20 km,预警时效大于 10 s,主要在河北省北端,预警站点稀疏。表 1 河北地震预警网接入站点表Table 1 Access site list of Hebei earthquake Early WarningNetwork 省市基准站基本站一般站共计河北省831939751 251北京市3310165199天津市348980203合计1503831 1201 65
11、344华 北 地 震 科 学41 卷 2 数据资料选取本文选取了 2021 年 6 月份试运行以来预警触发 的 58 次 地 震(图 2)。其 中,2.0 2.9 级 26 次;3.03.9 级 26 次;4.04.9 级 6 次(以上震级均为预警震级)。!119E118E117E116E115E114E42N41N40N39N38N37N!M2.02.9!M3.03.9!M4.04.9N图例 图 2 地震事件分布图Fig.2 Distribution map of earthquake events 3 预警系统产出3.1预警分系统 JEEW 产出结果2021 年 6 月,部署地震预警分系统
12、 JEEW 版本为 Jopens6.1.8,10 月 整 改 期 间 升 级 为 Jopens6.1.9,2021 年 12 月 31 日升级为新的软件定型版本 Jopens6.1.10 RELEASE。地震预警是需要时间的,这个时间不仅包括 P波传播到台站的时间,还包括地震定位时间、计算机处理及发布时间、地震仪检测信号、数据采集器转换和封装信号、信号传输和信号交换等环节延时以及系统反应时间。JEEW 系统试运行以来,首报用时最多 9 s,最少 4 s,平均用时为 5.5 s。另外,由于处理系统版本升级,定位策略改变定位台站数影响首报用时。其中:Jopens 6.1.8 版本定位策略是采用 2
13、 个台站,Jopens 6.1.9 定位策略是采用 3 个台站,Jopens 6.1.10 版本,定位策略是采用 5 个台站。尤其在升级前后策略改变首报用时差异较大(图 3)。升级后首报用时大于 7 s 的占比由 7%增至 14%,首报用时 46 s 的占比由 56%增至 61%;升级后的震级偏差值小于等于0.6 的占比由50%提升至54%(图4)。本文采用正式编目结果作为参考与预警结果进行对比,但是测震台网与预警系统地震定位手段、方式不同,因此是相对对比结果。结果显示:震中位置偏差最大为 9.7 km,最小为 0.3 km,平均震中位置偏差 2.7 km;震级偏差最大为 1.4 级,最小为0
14、.13 期王亚玲,等:河北预警网地震预警处理系统运行现状45 级,平均震级偏差 0.66(表 2,图 5)。由表 2、图 5a 可知,JEEW 系统自试运行以来,首报时间均在 10 s 以内,首报时间小于等于 6 s 地震事件,占比为 87.23%;震中距偏差均在 10 km 以内,偏差在 5 km 内占比达 89.36%,震中偏差值主要为 13 km,占比为 61.70%;图 5b 可知震级偏差值均值为 0.69,震级偏差值集中在 0.31.0 级,占比为85.10%。由图 6 所示,基于目前的震例统计结果分析,发现震级越大,预警震级偏差有减少的趋势。但此结论仅是目前震例统计结果与正式编目结
15、果对比分析,是相对对比的一个趋势分析,可以作为预警系统处理分析数据的参考手段。表 2 预警分系统 JEEW 触发事件首报预警信息表Table 2 Early warning information table of the first report of the JEEW trigger event in the early warning subsystem 预警触发结果编目结果对比发震时刻首报用时/s 震级(M)纬度/(N)经度/(E)发震时刻震级(M)地名震级偏差震中距偏差/km20210616T175746.053.141.09117.9020210616T175746.12.8河北承
16、德县0.31.220210617T080753.263.641.09117.9020210617T080753.43.0河北承德县0.60.720210622T111448.164.341.16114.4220210622T111448.13.9河北张北0.41.520210624T051704.843.539.84118.7820210624T051704.73.0河北滦州0.53.020210702T121445.853.239.70118.4720210702T121445.72.2河北滦州1.03.520210709T235549.542.439.11117.0420210709T23
17、5549.11.5天津西青0.91.820210715T163119.244.137.55115.1120210715T163118.93.6河北宁晋0.53.020210721T175709.373.240.61114.8820210721T175708.42.9河北宣化0.33.820210811T034659.863.340.60114.8520210811T034659.22.4河北宣化0.91.620210812T070715.273.139.72118.4520210812T070716.12.1河北唐山1.06.320210813T225004.443.139.71118.952
18、0210813T225004.62.2河北昌黎0.91.020210818T080045.262.638.93116.7920210818T080043.42.0天津静海0.66.9 78 s7%78 s7%67 s25%67 s37%56 s32%56 s37%89 s7%45 s29%45 s19%升级后首报用时升级前首报用时 图 3 升级前后的首报用时Fig.3 Comparison before and after upgrade of initial reporting time 32%23%32%34%18%18%20%23%0.30.30.60.60.90.90.30.30.60
19、.60.90.9升级前震级偏差升级后震级偏差 图 4 升级前后震级偏差Fig.4 Comparison of magnitude deviation before and after upgrade46华 北 地 震 科 学41 卷 续表 2 预警触发结果编目结果对比发震时刻首报用时/s 震级(M)纬度/(N)经度/(E)发震时刻震级(M)地名震级偏差震中距偏差/km20210827T070737.642.839.79118.6720210827T070736.62.4河北滦州0.43.220210831T202918.983.638.29117.0220210831T202918.22.9河
20、北沧县0.71.220211011T043751.752.739.74118.7220211011T043751.71.9河北滦州0.81.020211012T065128.963.339.75118.4320211012T065129.02.2河北唐山1.13.020211021T044658.162.739.16116.7520211021T044657.41.3河北永清1.49.720211031T235152.652.939.60118.1320211031T235151.82.2河北唐山0.70.320211103T135153.463.338.19116.8120211103T13
21、5152.92.9河北沧县0.41.820211105T042510.662.939.50118.1520211105T042509.32.3河北丰南0.61.320211109T042717.653.036.60114.6320211109T042716.52.8河北邯郸县0.22.720211112T125401.863.238.76117.6220211112T125401.72.9天津滨海海域0.31.720211113T204355.053.139.95118.9720211113T204355.52.3河北卢龙0.83.720211114T125931.553.539.95118.
22、9820211114T125931.83.0河北卢龙0.53.020211122T142114.062.838.44116.4020211122T142112.62.6河北河间0.23.320211204T214203.152.839.97118.9420211204T214203.12.0河北卢龙0.84.420211208T083056.152.939.67118.8220211208T083056.32.1河北昌黎0.82.320211216T200310.353.139.73118.7220211216T200309.42.1河北滦州1.04.120220108T125931.252.
23、639.65118.2320220108T125930.32.0河北唐山0.67.520220111T162112.352.939.96118.9920220111T162112.21.7河北卢龙1.20.620220111T164809.052.739.96118.9820220111T164809.31.7河北卢龙1.02.020220122T151521.572.440.13116.4720220122T151521.32.0北京昌平0.41.320220203T015526.862.739.99116.5120220203T015527.02.8北京朝阳-0.10.820220206T
24、214849.944.036.98115.4520220206T214849.03.6河北威县0.41.520220207T185038.843.039.67118.8120220207T185039.52.0河北昌黎1.02.020220224T125852.943.339.32117.9320220224T125852.52.8河北丰南0.51.820220224T134406.442.739.31117.9020220224T134405.42.3河北丰南0.44.320220303T234324.462.837.58115.1320220303T234324.01.9河北宁晋0.92.
25、120220309T010705.552.939.74118.8020220309T010705.02.0河北滦州0.95.120220311T203713.082.539.78116.7620220311T203712.61.7北京通州0.82.420220319T032838.753.540.56114.6320220319T032837.82.5河北怀安1.02.120220323T221346.262.739.78118.6420220323T221345.52.0河北滦州0.72.520220407T162118.983.339.69118.5120220407T162118.7.2
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