下面文章主要介紹了國(guó)家海洋局海嘯預(yù)警中心目前業(yè)務(wù)化運(yùn)行的地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，說(shuō)明了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各模塊的主要功能，計(jì)算了該系統(tǒng)在南中國(guó)海地區(qū)的理論監(jiān)測(cè)能力并對(duì)業(yè)務(wù)化運(yùn)行以來(lái)的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

　　關(guān)鍵詞：地震監(jiān)測(cè),海嘯預(yù)警,地震參數(shù)

　　1引言

　　21世紀(jì)以來(lái)，全球地震海嘯活躍，海嘯巨災(zāi)頻發(fā)[1]。我國(guó)周邊海域及南海區(qū)域位于環(huán)太平洋地震帶的邊緣，面臨著區(qū)域海嘯和越洋海嘯的雙重威脅[2-5]。然而，我國(guó)的海嘯預(yù)警業(yè)務(wù)起步較晚，自上世紀(jì)加入太平洋海嘯預(yù)警系統(tǒng)政府間協(xié)調(diào)組(ICG/PTWS)以后，海嘯預(yù)警所需的地震參數(shù)都是從國(guó)內(nèi)外地震監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)獲取的，這無(wú)疑增加了海嘯預(yù)警的發(fā)布時(shí)間。

　　2012年，中央機(jī)構(gòu)編制委員會(huì)辦公室正式批準(zhǔn)設(shè)立國(guó)家海洋局海嘯預(yù)警中心，并依托國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心開展建設(shè)和業(yè)務(wù)運(yùn)行，以加強(qiáng)我國(guó)的海嘯預(yù)警業(yè)務(wù)，增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)能力。為了快速獲取地震參數(shù)，提高海嘯預(yù)報(bào)效率，海嘯預(yù)警地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)工作于2012年開始進(jìn)行，本系統(tǒng)能在海嘯發(fā)生后獲取到快速可靠的地震參數(shù)，使得我國(guó)在海嘯預(yù)警業(yè)務(wù)領(lǐng)域具備了獨(dú)立的海底地震監(jiān)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)了全球及區(qū)域海底地震的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，標(biāo)志我國(guó)初步具備全球海底地震及其引發(fā)海嘯的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警能力。

　　2系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)主要由3個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)、地震快速定位子系統(tǒng)以及震源機(jī)制子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)將各個(gè)不同網(wǎng)段的地震數(shù)據(jù)收集起來(lái)并發(fā)送給地震快速定位子系統(tǒng)以獲得地震事件的基本參數(shù)，同時(shí)震源機(jī)制子系統(tǒng)將根據(jù)地震事件的基本參數(shù)并應(yīng)用地震波形數(shù)據(jù)計(jì)算該地震事件的震源機(jī)制解，為快速準(zhǔn)確的海嘯數(shù)值模擬提供保障。

　　2.1數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)

　　地震數(shù)據(jù)是進(jìn)行地震定位及計(jì)算震源機(jī)制解準(zhǔn)確性的決定性因素，因此數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分。2014年，國(guó)家海洋局牽頭建設(shè)完成25個(gè)寬頻地震臺(tái)用于地震海嘯預(yù)警，提升了地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于我國(guó)近海地震的監(jiān)測(cè)能力。但由于海洋局建設(shè)地震臺(tái)站地理位置的特殊性，從南至北呈近直線分布，如果僅應(yīng)用這些臺(tái)站對(duì)地震進(jìn)行定位，定位結(jié)果必然存在較大偏差，很難滿足海嘯預(yù)警的基本業(yè)務(wù)需求。

　　為了解決這一問(wèn)題，我們收集更多的地震數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行定位，通過(guò)SeedLink協(xié)議[6]實(shí)時(shí)獲取美國(guó)地震學(xué)聯(lián)合研究會(huì)(IncorporatedResearchInstitutionsforSeismology，IRIS)以及歐洲GEOFON臺(tái)網(wǎng)的共享地震數(shù)據(jù)，并于2015年通過(guò)與中國(guó)地震局的合作獲取了中國(guó)東南沿海附近54個(gè)高質(zhì)量的寬頻大地震臺(tái)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合之后，目前數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)收集了包括全球共享地震臺(tái)站數(shù)據(jù)、海洋局自建的海嘯預(yù)警寬頻地震臺(tái)數(shù)據(jù)以及中國(guó)地震局共享臺(tái)站共600余個(gè)地震臺(tái)的數(shù)據(jù)。

　　2.2地震快速定位子系統(tǒng)

　　地震快速定位系統(tǒng)由Antelope與Seiscomp3兩套地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，二者都是目前國(guó)際上主流的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[7-14]，且都擁有地震數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)地震處理(初至拾取、地震事件關(guān)聯(lián)、事件定位、存檔)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理等功能[15]。同時(shí)，二者在運(yùn)行機(jī)制及定位計(jì)算所采用的算法上又有一定的差異，二者同時(shí)運(yùn)行能夠互為參考，互為備份，確保海底地震監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行。我們計(jì)算了南中國(guó)海區(qū)域發(fā)生地震后運(yùn)用4個(gè)臺(tái)站進(jìn)行定位所需要的理論時(shí)間，即地震監(jiān)測(cè)能力。結(jié)果表明我國(guó)近海、泰國(guó)灣、馬來(lái)西亞及新加坡地區(qū)發(fā)生地震的監(jiān)測(cè)理論監(jiān)測(cè)延時(shí)在1min以內(nèi)，在南中國(guó)海其他區(qū)域包括馬尼拉海溝、蘇拉威西海溝等地震頻發(fā)地區(qū)的監(jiān)測(cè)延時(shí)也能達(dá)到100s以內(nèi)。

　　2.3快速震源機(jī)制解子系統(tǒng)

　　制約海嘯數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的瓶頸是快速地獲取強(qiáng)震的震源機(jī)制解。在此前的海嘯預(yù)警工作中，由于不能及時(shí)獲取地震的震源機(jī)制解，預(yù)報(bào)結(jié)果無(wú)論從時(shí)效性還是從準(zhǔn)確性來(lái)說(shuō)都相對(duì)較差。該子系統(tǒng)采用地震波形數(shù)據(jù)應(yīng)用W-Phase震相方法[16]計(jì)算震源機(jī)制，可在10～20min內(nèi)快速反演得到強(qiáng)震的震源機(jī)制解，擺脫了對(duì)國(guó)外相關(guān)地震監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的依賴，也使得利用數(shù)值模式快速計(jì)算海嘯波幅成為現(xiàn)實(shí)，為海嘯預(yù)警提供快速準(zhǔn)確的定量預(yù)報(bào)結(jié)果。

　　3運(yùn)行狀況統(tǒng)計(jì)

　　該系統(tǒng)自2016年6月開始試運(yùn)行，運(yùn)行一年以來(lái)針對(duì)37次地震事件發(fā)布了海嘯信息。

　　3.1監(jiān)測(cè)情況統(tǒng)計(jì)。

　　針對(duì)這37次地震事件第一波海嘯信息的發(fā)布，上述事件中7次事件的監(jiān)測(cè)延時(shí)在3min內(nèi)，主要分布在臺(tái)灣地區(qū)、日本東部以及太平洋東海岸等臺(tái)站較為密集的地區(qū);23次事件的監(jiān)測(cè)延時(shí)在3～5min，主要分布在菲律賓海溝、阿留申海溝以及美洲中部南部等地區(qū);其余6次事件的監(jiān)測(cè)延時(shí)在5min以上，主要分布在巴布新幾內(nèi)亞以及大西洋等臺(tái)站較為稀疏的地區(qū)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果與我們所計(jì)算的南中國(guó)海地區(qū)地震監(jiān)測(cè)能力大體一致。

　　這37次地震事件第一份海嘯信息的平均發(fā)布延時(shí)為11.5min，相比于2012年的平均發(fā)布延時(shí)36min已經(jīng)了很大的提高，部分海嘯信息發(fā)布時(shí)間較長(zhǎng)主要是有由于這些地震事件的震級(jí)或是臨近發(fā)布閾值，或是震級(jí)較大需要進(jìn)行數(shù)模計(jì)算來(lái)預(yù)報(bào)海嘯波高，可見地震海嘯系統(tǒng)在提高海嘯信息發(fā)布效率方面發(fā)揮了重要的作用。同階段內(nèi)太平洋海嘯預(yù)警中心(PacificTsunamiWarningCenter，PTWC)發(fā)布海嘯信息的平均延時(shí)約為8min(網(wǎng)站更新時(shí)間與地震發(fā)生時(shí)刻之間的時(shí)間)。

　　我們與國(guó)際先進(jìn)機(jī)構(gòu)的發(fā)布時(shí)效還存在一定的差距，這些差距主要體現(xiàn)在地震定位流程、發(fā)布流程、模型的效率等多個(gè)方面。我們統(tǒng)計(jì)了這37次地震事件地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所給出的最快震級(jí)與哈佛大學(xué)全球震源機(jī)制解(GlobalCentroid-Moment-Tensor，GCMT)項(xiàng)目所得震級(jí)的關(guān)系二者之間的偏差在0值附近呈均勻分布，絕大部分事件的偏差在0.2～0.4之間(約占62%)，平均偏差約為0.22。

　　同階段PTWC發(fā)布的第一波海嘯信息震級(jí)最大偏差為0.4，平均偏差為0.19。可見在第一波海嘯信息的震級(jí)準(zhǔn)確性方面，我們與國(guó)際先進(jìn)水平的差距也在縮小。

　　3.2個(gè)例分析

　　2016年12月9日01時(shí)38分(北京時(shí)，下同)，新西蘭南島東岸遠(yuǎn)海海域發(fā)生強(qiáng)震，地震系統(tǒng)定位結(jié)果與各機(jī)構(gòu)定位結(jié)果對(duì)比。SeisComp3地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于地震發(fā)生后約5min給出定位結(jié)果，Antelope地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于應(yīng)用震相較多，于8min給出定位結(jié)果。考慮到地震發(fā)生后最初一段時(shí)間臺(tái)站數(shù)目較少，定位結(jié)果不穩(wěn)定，我們通常選取地震發(fā)生后8min左右的定位結(jié)果作為海嘯信息的地震參數(shù)。

　　本次地震事件的第一期海嘯信息發(fā)布延時(shí)為11min，雖然發(fā)布延時(shí)略長(zhǎng)于國(guó)際先進(jìn)的海嘯預(yù)警中心，但是得到的地震參數(shù)的準(zhǔn)確性相對(duì)較高。針對(duì)本次地震事件，震源機(jī)制子系統(tǒng)于18min給出震源機(jī)制解，從該結(jié)果與哈佛大學(xué)震源機(jī)制結(jié)果對(duì)比來(lái)看，精度較為理想，為預(yù)報(bào)人員快速準(zhǔn)確的發(fā)布海嘯信息提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　4結(jié)論

　　海嘯預(yù)警地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立使得我國(guó)的海嘯預(yù)警不再受地震參數(shù)獲取時(shí)效的制約，為海嘯業(yè)務(wù)提供了重要的數(shù)據(jù)保障和科技支撐，有力地促進(jìn)了海嘯預(yù)警預(yù)報(bào)工作模式的發(fā)展。首次實(shí)現(xiàn)了以全球地震觸發(fā)報(bào)警為基礎(chǔ)的海嘯預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程(StandardOperatingProcedures，SOP)，大幅地提高了海嘯預(yù)警的時(shí)效性及準(zhǔn)確性，進(jìn)一步縮短了與國(guó)際先進(jìn)預(yù)警中心之間的差距。海嘯地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)增強(qiáng)了我國(guó)的海嘯預(yù)警預(yù)報(bào)能力，為建立南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提升了我國(guó)在海嘯預(yù)警領(lǐng)域的國(guó)際影響力，標(biāo)志著我國(guó)海嘯預(yù)警業(yè)務(wù)工作進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。

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　　推薦期刊：《海洋預(yù)報(bào)》(雙月刊)1984年創(chuàng)刊，是公開發(fā)引的科技期刊。該刊為全國(guó)核心期刊，海洋學(xué)類核心期刊，是中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊。主要探討海洋、氣象學(xué)科的理論研究，交流海洋環(huán)境預(yù)防技術(shù)方法，總結(jié)預(yù)防服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，報(bào)道科研成果，科技信息及國(guó)內(nèi)外海洋、氣象界科技最新動(dòng)態(tài)及展望。