地震监测系统在我国海啸预警业务中有何应用

　　下面文章主要介绍了国家海洋局海啸预警中心目前业务化运行的地震监测系统，说明了系统结构及各模块的主要功能，计算了该系统在南中国海地区的理论监测能力并对业务化运行以来的情况进行了统计。

　　关键词：地震监测,海啸预警,地震参数

　　1引言

　　21世纪以来，全球地震海啸活跃，海啸巨灾频发[1]。我国周边海域及南海区域位于环太平洋地震带的边缘，面临着区域海啸和越洋海啸的双重威胁[2-5]。然而，我国的海啸预警业务起步较晚，自上世纪加入太平洋海啸预警系统政府间协调组(ICG/PTWS)以后，海啸预警所需的地震参数都是从国内外地震监测机构获取的，这无疑增加了海啸预警的发布时间。

　　2012年，中央机构编制委员会办公室正式批准设立国家海洋局海啸预警中心，并依托国家海洋环境预报中心开展建设和业务运行，以加强我国的海啸预警业务，增强防灾减灾能力。为了快速获取地震参数，提高海啸预报效率，海啸预警地震监测系统建设工作于2012年开始进行，本系统能在海啸发生后获取到快速可靠的地震参数，使得我国在海啸预警业务领域具备了独立的海底地震监测能力，实现了全球及区域海底地震的实时监测，标志我国初步具备全球海底地震及其引发海啸的自动化监测预警能力。

　　2系统组成

　　系统主要由3个子系统组成，分别为数据获取子系统、地震快速定位子系统以及震源机制子系统。数据获取子系统将各个不同网段的地震数据收集起来并发送给地震快速定位子系统以获得地震事件的基本参数，同时震源机制子系统将根据地震事件的基本参数并应用地震波形数据计算该地震事件的震源机制解，为快速准确的海啸数值模拟提供保障。

　　2.1数据获取子系统

　　地震数据是进行地震定位及计算震源机制解准确性的决定性因素，因此数据获取子系统是整个系统的重要组成部分。2014年，国家海洋局牵头建设完成25个宽频地震台用于地震海啸预警，提升了地震监测系统对于我国近海地震的监测能力。但由于海洋局建设地震台站地理位置的特殊性，从南至北呈近直线分布，如果仅应用这些台站对地震进行定位，定位结果必然存在较大偏差，很难满足海啸预警的基本业务需求。

　　为了解决这一问题，我们收集更多的地震数据来进行定位，通过SeedLink协议[6]实时获取美国地震学联合研究会(IncorporatedResearchInstitutionsforSeismology，IRIS)以及欧洲GEOFON台网的共享地震数据，并于2015年通过与中国地震局的合作获取了中国东南沿海附近54个高质量的宽频大地震台数据。经过数据融合之后，目前数据获取子系统收集了包括全球共享地震台站数据、海洋局自建的海啸预警宽频地震台数据以及中国地震局共享台站共600余个地震台的数据。

　　2.2地震快速定位子系统

　　地震快速定位系统由Antelope与Seiscomp3两套地震监测系统组成，二者都是目前国际上主流的监测系统[7-14]，且都拥有地震数据的实时显示、实时地震处理(初至拾取、地震事件关联、事件定位、存档)、数据存储与管理等功能[15]。同时，二者在运行机制及定位计算所采用的算法上又有一定的差异，二者同时运行能够互为参考，互为备份，确保海底地震监测业务的稳定运行。我们计算了南中国海区域发生地震后运用4个台站进行定位所需要的理论时间，即地震监测能力。结果表明我国近海、泰国湾、马来西亚及新加坡地区发生地震的监测理论监测延时在1min以内，在南中国海其他区域包括马尼拉海沟、苏拉威西海沟等地震频发地区的监测延时也能达到100s以内。

　　2.3快速震源机制解子系统

　　制约海啸数值预报准确性的瓶颈是快速地获取强震的震源机制解。在此前的海啸预警工作中，由于不能及时获取地震的震源机制解，预报结果无论从时效性还是从准确性来说都相对较差。该子系统采用地震波形数据应用W-Phase震相方法[16]计算震源机制，可在10～20min内快速反演得到强震的震源机制解，摆脱了对国外相关地震监测机构的依赖，也使得利用数值模式快速计算海啸波幅成为现实，为海啸预警提供快速准确的定量预报结果。

　　3运行状况统计

　　该系统自2016年6月开始试运行，运行一年以来针对37次地震事件发布了海啸信息。

　　3.1监测情况统计。

　　针对这37次地震事件第一波海啸信息的发布，上述事件中7次事件的监测延时在3min内，主要分布在台湾地区、日本东部以及太平洋东海岸等台站较为密集的地区;23次事件的监测延时在3～5min，主要分布在菲律宾海沟、阿留申海沟以及美洲中部南部等地区;其余6次事件的监测延时在5min以上，主要分布在巴布新几内亚以及大西洋等台站较为稀疏的地区，统计结果与我们所计算的南中国海地区地震监测能力大体一致。

　　这37次地震事件第一份海啸信息的平均发布延时为11.5min，相比于2012年的平均发布延时36min已经了很大的提高，部分海啸信息发布时间较长主要是有由于这些地震事件的震级或是临近发布阈值，或是震级较大需要进行数模计算来预报海啸波高，可见地震海啸系统在提高海啸信息发布效率方面发挥了重要的作用。同阶段内太平洋海啸预警中心(PacificTsunamiWarningCenter，PTWC)发布海啸信息的平均延时约为8min(网站更新时间与地震发生时刻之间的时间)。

　　我们与国际先进机构的发布时效还存在一定的差距，这些差距主要体现在地震定位流程、发布流程、模型的效率等多个方面。我们统计了这37次地震事件地震监测系统所给出的最快震级与哈佛大学全球震源机制解(GlobalCentroid-Moment-Tensor，GCMT)项目所得震级的关系二者之间的偏差在0值附近呈均匀分布，绝大部分事件的偏差在0.2～0.4之间(约占62%)，平均偏差约为0.22。

　　同阶段PTWC发布的第一波海啸信息震级最大偏差为0.4，平均偏差为0.19。可见在第一波海啸信息的震级准确性方面，我们与国际先进水平的差距也在缩小。

　　3.2个例分析

　　2016年12月9日01时38分(北京时，下同)，新西兰南岛东岸远海海域发生强震，地震系统定位结果与各机构定位结果对比。SeisComp3地震监测系统于地震发生后约5min给出定位结果，Antelope地震监测系统由于应用震相较多，于8min给出定位结果。考虑到地震发生后最初一段时间台站数目较少，定位结果不稳定，我们通常选取地震发生后8min左右的定位结果作为海啸信息的地震参数。

　　本次地震事件的第一期海啸信息发布延时为11min，虽然发布延时略长于国际先进的海啸预警中心，但是得到的地震参数的准确性相对较高。针对本次地震事件，震源机制子系统于18min给出震源机制解，从该结果与哈佛大学震源机制结果对比来看，精度较为理想，为预报人员快速准确的发布海啸信息提供了坚实的基础。

　　4结论

　　海啸预警地震监测系统的建立使得我国的海啸预警不再受地震参数获取时效的制约，为海啸业务提供了重要的数据保障和科技支撑，有力地促进了海啸预警预报工作模式的发展。首次实现了以全球地震触发报警为基础的海啸预警标准业务流程(StandardOperatingProcedures，SOP)，大幅地提高了海啸预警的时效性及准确性，进一步缩短了与国际先进预警中心之间的差距。海啸地震监测系统增强了我国的海啸预警预报能力，为建立南中国海区域海啸预警中心打下了坚实的基础，提升了我国在海啸预警领域的国际影响力，标志着我国海啸预警业务工作进入一个新的发展阶段。

　　参考文献：　[1]NationalOceanicandAtmosphericAdministration(NOAA),NationalGeophysicalDataCenter(NGDC).NOAA/WDCglobalhistoricaltsunamidatabase[DB/OL].WashingtonDC,USA:NGDC,2015.www.ngdc.noaa.gov/hazard/tsu_db.shtml.

　　[2]张鑫,毛献忠.马尼拉海沟潜在地震海啸对我国华南沿海危险性研究[J].海洋预报,2017,34(2):43-50.

　　[3]赵联大,于福江,滕骏华.南海定量海啸预警系统[J].海洋预报,2015,32(2):1-6.

　　[4]王培涛,于福江,赵联大,等.温州瓯江口浅滩地区越洋海啸影响评估计算[J].海洋预报,2013,30(4):18-26.

　　[5]王培涛,赵联大,侯京明,等.中国的海啸灾害危险性及海啸预警系统——解读2011年太平洋海啸演习[J].海洋预报,2012,29(5):9-16.

[6]HelmholtzCentrePotsdam,GFZGermanResearchCentreforGeosciencesandGempaGmbH.SeedLinkwikidocumentation[EB/OL].2016.http://www.seiscomp3.org/wiki/doc/applications/seedlink.

[7]PesaresiD.TheEGU2010SM1.3seismiccentersdataacquisitionsession:anintroductiontoantelope,earthwormandseiscomp,andtheirusearoundtheworld[J].AnnalsofGeophysics,2011,54(1):1-7.

　　[8]HankaW,SaulJ,WeberB,etal.Real-timeearthquakemonitoringfortsunamiwarningintheIndianOceanandbeyond[J].NaturalHazardsandEarthSystemSciences,2010,10(12):2611-2622.

　　推荐期刊：《海洋预报》(双月刊)1984年创刊，是公开发引的科技期刊。该刊为全国核心期刊，海洋学类核心期刊，是中国学术期刊综合评价数据库来源期刊。主要探讨海洋、气象学科的理论研究，交流海洋环境预防技术方法，总结预防服务经验，报道科研成果，科技信息及国内外海洋、气象界科技最新动态及展望。