闫新义 李艳永 赵石柱 陈勇

摘要：为完成新疆天山中段重点预警区预警结果质量评估，对各地震预警系统产出率、预警时效性、震级偏差、震中偏差进行统计分析。以2022年1月1日至8月31日新疆天山中段重点预警区内的24条人工正式速报地震事件为基础，对新疆地震预警工程中EEW系统、JEEW系统预警首报结果进行统计分析。最终通过决策系统融合EEW与JEEW产出结果后进行发布，预警时效性小于10 s的预警地震事件7条，占比46.7%，震级偏差0～0.7，平均0.4，震级偏差全部小于1.0的地震事件占比100%，震中偏差小于10 km的地震事件14条，占比93.3%。综合分析，新疆两套地震预警系统对重点预警区内M_S3.0以上地震事件基本都能产出预警结果，决策系统发布结果在准确性方面基本满足预警要求，预警时效性方面有待改进与加强。

关键词：地震预警系统；预警时效性；震级；震中

doi：10.16256/j.issn.1001-8956.2023.01.005

地震预警由Cooper于1868年提出，原理是采用布设在预警目标区的地震台网或强震台网以实时通讯传输方式对地震事件进行检测，利用电磁波与地震波的传播速度差，在破坏性地震波到达之前向民众发布地震预警信息^［1-5］。世界上多震的国家和地区均已建设使用该技术，如日本的“UrEDAS”预警系统于2007年10月1日正式启用，美国的“ShakeAlert”系统于2017年正式在西海岸地区启用^［6-9］。中国位于环太平洋地震带以西，欧亚地震带以东，受板块运动影响地质灾害频发，1976年唐山地震、2008年汶川地震都是近几十年来的特大地震，给国家和人民带来了巨大的灾害与损失^［10-13］。面对地震灾害频发、临震预报技术没有突破性进展的现状，国家地震烈度速报与预警工程成为防震减灾的重要手段开始实行，并于2018年6月正式获得国家发改委批复，各预警区地震预警工程项目陆续建设，多地预警工程已经开始向民众发布预警信息，如四川省地震局于2020年开始逐步向社会提供预警信息，四川长宁M_S6.0地震、四川甘孜泸定县M_S6.8地震以及青海省玛多县M_S7.4地震都在震前对民众发布了预警信息^［14］，给民众带来了更多的应急避险时间。

新疆天山中段重点预警区属于国家开展地震烈度速报和预警工程建设的5大重点预警区（华北、南北地震带、东南沿海、西藏及新疆预警区）之一。新疆地形为典型的“三山夹两盆”，受板块挤压影响，地质运动活跃^［15］，每年地震数量占全国的1/3左右，属地震灾害频发省区。基于新疆地震灾害频次多、震级大的特点，2018年新疆维吾尔自治区地震局有关专家开始编写《国家烈度速报与预警工程-新疆子项目总体实施方案》。近年来，新疆地震预警工程建设有条不紊地进行。截止目前，新疆维吾尔自治区地震局预警工程中台站观测系统的182个基准站、316个基本站以及480个一般站全部建设或改建完成，范围涵盖乌鲁木齐市、昌吉回族自治州等13个地（州、市）。采用地震仪、强震仪、烈度计等技术进行观测采数，所有台站以实时数据传输模式进行回传，为保证台站时间的准确性，测震台与强震台采用GNSS授时（授时精度<100 us），烈度台采用NTP授时（授时精度<100 ms）。所有服务器系统采用国家台网给定服务器时间统一校准以保证系统时间的准确。为缩短实时数据延时，采用新的数据流模块 HTTP数据传输协议，以256字节打包模式代替过去的512字节打包模式。2021年下半年各系统逐步调试完毕，在新疆地震监测预警中心不断进行着运行、测试与升级。

1 预警现状

新疆地震预警系统包括台站观测系统、数据处理系统、紧急地震信息服务系统、通讯网络系统及技术支持与保障系统五部分。总体构架基本完成，本文中主要分析数据处理系统中预警信息结果的产出与发布结果。新疆地震预警处理系统主要由福建地震预警系统（文中简称“EEW”）、深圳防灾减灾技术研究院的超快速报与预警系统（文中简称“JEEW”）组成。EEW和JEEW是两个相对独立的预警处理软件，同时接收基本站、基准站、一般站实时记录波形数据，预警区内达到M_S3.0以上的地震事件会被处理分析，满足预警处理软件设置条件的事件进行产出。JEEW主要利用多个台接收到的地震波初至波信号，通过STA/LTA算法检查震相触发，AIC算法拾取震相到时，“着未着”算法确定发震时刻与震中，用P波一定时长的最大振幅和台站震中距等参数估算震级，JEEW系统在台站密度小于15 km时能实现地震预警，台站密度不够时进行超快速报。EEW是由JMX、Sigar、MQTT、WebSocket、ECharts和Html5等技术组件的地震预警运维保障系统，目前在福建地震局、四川地震局和新疆维吾尔自治区地震局等地部署应用^［16］。

预警事件的最终发布由决策系统完成，该平台实时监控两套处理系统的心跳与产出结果，通过其发布策略择优融合，在平台发布最终结果。为减少地震事件误报造成的不良影响，通过对新疆本地、国家预警中心、广东灾备中心三家单位的各两套地震预警系统结果进行融合分析产出可对外发布的决策系统结果。

2 产出分析

2.1 预警系统产出情况

2021年底新疆所有地震预警子系统进行了全面升级，本文中统计分析最新产出结果。自2022年1月1日至8月31日，共产出人工速报地震事件207条，其中省内地震180条，国外地震20条，省外地震7条。基于预警站点以天山中段重点预警区为主，本文中主要研究预警区内地震事件，共产出人工速报地震事件24条，EEW系统产出18条，产出率75%；JEEW系统产出24条，产出率100%。24条地震事件各系统产出与发布结果情况见表1。天山中段重点预警区，受天山山脉影响，台站无法进行全覆盖，山脉中虽然属于重点预警区，但台站密度明显不夠，在进行地震预警过程中，预警时效性与准确性有所影响；其次在预警区边缘所触发的地震事件，因台站密度不够、分布不均，也有类似问题。天山中段重点预警区台站分布与所触发的地震事件分布见图1。

地震预警系统所产出地震事件信息的预警时效性与准确性都十分重要，漏报、误报都会给社会带来不必要的损失。事实上，一个地震事件的发布，会随着时间、参与计算台站数量的增加产出多次结果，且在后期的发布信息中随着计算台站数量的增加，结果越来越好，震级、震中结果更加准确。因为第一次发布地震事件结果的预警时效性与准确性往往最能决定民众应急避险时间与方式，因此本文中只针对各地震事件的首报进行研究。从预警时效性、震级偏差、震中偏差展开研究，以中国地震台网中心正式发布结果为标准进行对比分析。EEW系统、JEEW系统产出结果与决策平台发布结果在预警时效性、震级偏差、震中偏差方面的基本情况如表2（表2事件顺序同表1）。

2.2 预警系统时效性分析

在天山中段重点预警区内，为尽可能减少预警盲区半径，完成盲区之外的受灾区有足够应急避险时间的目标，预警时效性要求为10 s以内。EEW系统产出的18条地震事件中预警时间范围在5～14.9 s，平均9.8 s，其中9～11 s用时的地震事件最多，小于10 s的地震事件8条，满足预警时效性事件占比44.4%；JEEW系统产出的24条地震事件中预警时间范围在2.2～14.4 s，平均7.6 s，其中4～10 s用时事件最多，小于10 s的地震事件21条，满足预警时效性事件占比87.5%（图2）。预警区内地震事件预警时效性不能达到100%，受预警区内地形影响，预警区内包含了新疆境内所有天山山脉，台站密度本身不够，台站分布不均是主要因素，其次两套预警处理系统的算法不同，也产生了不同的结果，JEEW系统时效性更强。

2.3 地震预警系统震级偏差分析

EEW系统震级偏差0～1.3，平均0.4，其产出结果的震级相对于中国地震台网中心正式结果，震级普遍偏小，震级偏差1.0以内的地震事件16条，占比88.9%；JEEW震级偏差0～1.2，平均0.4，震级偏差1.0以内的地震事件23条，占比95.8%（图3）。总体两套地震预警处理系统平均震级偏差基本相等。

2.4 预警系统震中偏差分析

EEW系统震中偏差0.4～17.2 km，平均5.4 km，震中偏差10 km以内的地震事件17条，占比94.4%；JEEW震中偏差0～18.6km，平均5.7 km，震中偏差10 km以内的地震事件20条，占比83.3%（图4）。两套系统的平均震中偏差皆在6 km以内，考虑地震事件本身的精度要求，两套地震预警系统震中结果均可靠。

3 决策系统发布结果分析

决策系统受其策略决定，其发布结果时效性大于两套地震预警系统中时效性最长的地震预警系统。通过对决策系统15条地震事件发布结果分析，地震事件预警发布时间范围在5.3～16 s，平均10.6 s，预警时效性小于10 s的地震事件7条，占比46.7%；震级偏差0～0.7，平均0.4，震级偏差全部小于1.0的地震事件占比100%；震中偏差1～17 km，平均5.0 km，震中偏差小于10 km的地震事件14条，占比93.3%（图5）。

决策系统是融合多套地震预警处理系统的结果来进行发布，为避免地震事件的误触发，采用融合多套预警处理系统的结果，各预警处理系统的时效性决定了决策系统发布时效性。综合分析，新疆预警能力，在预警时效性方面还需改进与加强，准确性基本满足预警要求。

4 讨论和结论

EEW系统、JEEW系统、决策系统共同完成了地震事件数据的处理与发布，是新疆地震监测预警中心完成地震事件预警的重要组成。下面对EEW系统、JEEW系统及决策系统的产出率、预警时效性、震级偏差、震中偏差进行讨论与分析。

（1） 预警发布事件产出率，以国家台网中心所产出人工正式速报结果为准进行分析，预警主要针对M_S3.0以上地震事件。天山中段重点预警区内发生的所有人工速报地震事件，JEEW产出率最高，EEW产出率次之。由EEW系统配置决定，没有产出预警信息的地震事件绝大多数是乌鲁木齐小于M_S3.0的地震事件。决策系统于1月26日开始正式运行，缺少部分数据，由该系统发布策略决定，产出率最低。

（2） 预警时效性，JEEW系统产出结果用时最短，满足预警时效性地震事件占比87.5%；EEW系统次之，满足时效性地震事件占比44.4%。决策系统发布结果满足时效性地震事件占比46.7%。预警时效性不理想主要受预警区内地形影响，多地无法架设观测台站，台站密度本身不够，台站分布亦不均，对于网内地震事件，有局部偏网现象；其次受决策系统的发布策略影响，为避免地震事件的误触发，要在多套预警处理系统产出结果后进行融合，影响预警时效性。

（3） 预警系统产出震级偏差，总体两套地震预警处理系统平均震级偏差基本相等，皆为0.4，JEEW系统相比于EEW系统震级偏差更小。决策系统融合产出后的结果震级偏差全部小于1.0的地震事件占比100%。预警发布事件震级偏差基本符合要求。

（4） 预警系统产出震中偏差，两套地震预警系统震中平均偏差皆小于6 km，决策系统产出结果震中偏差平均5.0 km。预警发布事件震中偏差基本符合要求。占比93.3%。预警发布事件震中偏差基本符合要求。

综合论述，新疆的预警系统对天山中段重点预警区地震事件能达到一定的预警效果，产出率、震级偏差、震中偏差基本满足预警规划要求，但受天山中段重点预警区内台站密度不够与分布不均影响，个别地震误差较大，且预警时效性有所欠缺，需在后期进行完善与加强。

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ANALYSIS FOR EARTHQUAKE EARLY WARNING

IN KEY EARLY WARNING AREA IN XINJIANG

MIDDLE TIANSHAN MOUNTAINS

YAN Xin-yi， LI Yan-yong， ZHAO Shi-zhu， CHEN yong

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

Abstract： In order to complete the quality assessment of early warning results in key early warning areas in the middle part of Tianshan Mountains of Xinjiang， the yield， timeliness， magnitude deviation and epicenter deviation of earthquake early warning systems were analyzed statistically.Based on the analysis of 24 official quick-reported seismic events in the key early-warning area in the middle part of the Tianshan Mountains of Xinjiang from January 1 to August 31， 2022， the first warning results of EEW system and JEEW system in Xinjiang earthquake early warning project were analyzed. The decision system integrated the output results of EEW and JEEW and released them. There were 7 early warning seismic events with timeliness less than 10 s， accounting for 46.7%; the magnitude deviation was 0～0.7， with an average of 0.4; all seismic events with magnitude less than 1.0 accounted for 100%; 14 seismic events with epicenter deviation less than 10km， accounting for 93.3%. By comprehensive analysis， the two sets of earthquake early warning systems in Xinjiang can basically produce early warning results for seismic events above M_S3.0 in key early warning areas. The accuracy of the decision systems release results basically meet the requirements of early warning， and the timeliness of early warning needs to be improved and strengthened.

Key words： Earthquake early warning System;  Timeliness;  Magnitude;  Epicenter