0   引言

地震预警作为减少地震灾害的有效措施之一^[1-2]，1868年旧金山地震后，Cooper首先提出了这一概念^[3-4]。日本于20世纪50年代和80年代分别建立了铁路预警系统和紧急地震预警系统^[5-6]，美国于1994年开始研究地震预警^[7-8]，墨西哥城地震预警系统SAS于1991年8月投入使用^[9] 。地震预警主要原理是利用电磁波的传播速度大于地震波的传播速度^[10-11]。当地震发生后，系统快速估算出地震的发震时刻、发震位置、震源类型和震级大小，然后模拟出相关区域内地面运动的强烈程度，抢在相应地震波到达以前，向不同地区发出相应的预警信息^[12-13]。中国作为全球遭受地震灾害最为严重的国家之一，历来对于防震减灾工作尤为重视，《国家防震减灾规划（2006—2020年）》（国务院办公厅，2007年第44卷）便将建立国家地震预警系统作为中国防震减灾的重点任务之一^[14-15] 。2009年以来，在科技部支持下，中国地震局开始启动“地震预警与烈度速报系统的研究与示范应用”项目^[16] ，2013年6月“地震预警与烈度速报系统的研究与示范应用”国家科技支撑计划获批^[14] ，2015年6月“国家地震烈度速报与预警工程”获批，2018年中国地震局正式实施国家地震烈度速报与预警工程^[17] 。云南省地震局于2019年4月开始接入预警一般站数据，用于预警系统试运行；同年7月，云南地震烈度速报与预警工程项目被纳入“国家地震烈度速报与预警工程”“先行先试”范畴，并力争于2021年底前在云南省全面建立了预警能力^[18] 。目前，云南已建成集“测震、强震、地震烈度”三网为一体的云南地震预警网。全省平均台站间距已从约50 km缩短到现在的10 km。虽然站网监测能力得到了显着提升，但产出数据的质量和地震预警定位的准确性仍然需要大量真实的地震记录数据进行验证。人工速报主要由速报值班人员通过MSDP进行震相识别、计算震源机制解，利用EQIM软件将速报结果上报至台网中心。由于地震破裂和波形发展的过程极其复杂，对外发布的正式地震定位结果仍以人工速报为准。准确的速报结果对于政府及其有关部门部署应急救援至关重要，也是地震预报研究及社会群众了解地震信息的重要依据。

因此，本文对云南省全面建立了预警能力之后的2022年1月1日至2023年2月28日云南台网地震预警触发结果以及人工速报结果和统一编目结果进行了梳理，对云南地震预警产出数据结果的精度进行分析，初步探究云南地震预警的实效性，剖析地震预警结果产生偏差较大的原因，对地震预警系统在云南预警网中的应用提供建议与意见，并为进一步提高人工速报定位准确性提供新思路。

1   数据来源

目前，云南地震预警网使用台站总数超过1 600个，包括202个宽频带测震仪台站，228个强震仪台站和1 230个烈度仪台站，台站及地震预警事件分布如图1所示。人工速报现使用台站为包括邻区共享台站在内101个宽频带测震仪台站，台站及地震速报事件分布如图2所示。各类台站利用无线或有线方式将数据传输至位于昆明的云南地震预警中心，由数据处理系统JOPENS中的SSS实时数据流服务模块对实时数据进行汇总，收集到的数据被分发到数据处理系统JOPENS中的JEEW超快速报定位模块和福建烈度速报与预警处理软件EEW进行实时处理，最终由融合系统生成地震预警信息和地震烈度图，云南预警网规定地震事件预警震级M≥3时触发产出预警结果，触发事件为云南省内地震事件且预警震级M≥4时对外进行发布。

图  1  云南预警网台站及地震预警事件分布图

Figure  1.  The distribution map of Yunnan earthquake early warning’s stations and events

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图  2  速报所用台站及地震速报事件分布图

Figure  2.  The distribution map of earthquake quick reporting’s stations and events

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地震预警的时效性是指首台触发后几秒内发布第一报警报，发布的时间越短，地震盲区越小，预警效果越好，所以相对预警产出第二报、第三报乃至终报来说，第一报警报（即首报报警）是地震预警的关键^[19] 。本文选取2022年1月1日至2023年2月28日云南地震预警网融合系统触发的云南及邻区50 km以内的306个预警震级M≥3的地震预警首报结果进行分析，并收集了与之相对应的云南及邻区50 km以内人工速报地震112个。由于全国统一编目结果具有较高的可靠性和稳定性，从而速报地震的评比均参考全国统一地震编目结果。因此本文将以全国统一地震编目结果为参考，分别对地震预警触发结果和人工速报结果进行具体分析。

2   地震预警定位结果偏差分析

地震预警要求在极短时间内产出预警结果，利用电磁波的传播速度大于地震波的传播速度，抢在地震波到达以前，向不同地区发出相应的预警信息，因此地震预警产出速度及质量对地震预警成功与否至关重要。本文选取2022年1月1日至2023年2月28日云南地震预警网触发的云南及邻区50 km以内的306个预警震级M≥3.0的预警首报结果进行分析。根据与全国统一编目结果进行对比发现，在此期间的地震预警事件触发率为100%，无漏报、误报现象。目前并没有对地震预警结果进行评价的标准，而评价人工地震速报结果的标准主要参考2016年中国地震局测震学科技术管理组制定的《省级测震台网地震速报评比标准（2016版）》。根据人工地震速报评比规定，云南省及邻区50 km以内速报地震的允许误差范围为震中位置为10 km以内，震级为M±0.3以内，因此本研究将参考速报评比规定来设定预警结果的允许误差范围。

2.1   地震预警首报用时

经统计，云南地震预警网触发的云南及邻区50 km以内306个预警震级M≥3的地震预警首报平均用时为11 s，其中云南省地震事件179个，首报平均用时为8s。如图3a所示，云南地震预警首报用时集中在1～15 s。由图3b可知，首报时间在3～10 s的有227个，总体占比74.2%；10～15 s的有20个，总体占比6.5%；15～20 s的有12个，总体占比3.9%；20～25 s以上的有17个，总体占比5.6%；25s以上的有30个，总体占比9.8%。对首报用时超过20 s的地震事件进行分析发现：①经全国统一编目后的M≤3.0的地震事件占比94%，只有3个地震事件在3.0＜M≤3.6范围内；②云南省边界及省外地震事件占比91.5%，3个全国统一编目结果为3.0＜M≤3.6的地震事件均为距离云南边界40 km以上的缅甸地震，也进一步说明了台站分布对于预警时效性的影响较大。

图  3  地震预警首报用时

Figure  3.  The time of first earthquake early warning

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经核查发现，云南省内全国统一编目结果M≥4地震事件预警首报用时均为3～8 s以内，平均用时为4.8 s，云南及邻区50 km以内全国统一编目结果M≥4地震事件预警首报用时均为3～10 s以内，平均用时为5.6 s，其中首报用时最短的为2022年11月12日7时13分39秒云南巧家M4.4地震，首报仅用时3.6 s，首报用时最长的为2022年7月24日21时11分22秒缅甸M4.3地震，首报用时10 s。有关资料显示，四川地震预警系统对于四川及邻区全国统一编目结果M≥4的地震事件预警首报用时3.1～18.7 s^[20] ，在时效性方面云南地震预警网也能够很好地发挥应有的职能职责。

总体来看，对于震级较小的地震，拾取的P波头震相不清晰会导致云南地震预警首报用时较长，另外时效性也很大程度受到台站分布的影响。随着地震预警的日益成熟，台站分布逐渐优化，预警时效性会持续向好发展。

2.2   预警震中位置偏差

由图4a可知，选取的云南地震预警网触发的云南及邻区50 km以内306个预警震级M≥3.0的预警首报结果的震中位置偏差为0～70 km。如图4b所示，83.7%地震预警首报震中位置偏差在允许误差10 km范围以内；震中位置偏差为10～20 km的地震事件有21个，总体占比6.9%；震中位置偏差为20～30 km的地震事件有2个，总体占比0.7%；震中位置偏差为30～50 km的地震事件有14个，总体占比4.6%；震中位置偏差为50 km以上的地震事件有13个，总体占比4.2%。对预警首报震中位置偏差10 km以上的地震进行分析，发现除了2023年1月28日8时53分38秒云南新平编目震级M1.5地震（疑爆），其余均分布于云南与四川、缅甸、老挝交界的网缘以及网外地区。因此认为，对于云南省内地震，地震预警首报结果的震中位置具有可靠的参考价值，可作为紧急预警信息对外发布。

图  4  地震预警震中位置偏差

Figure  4.  The epicenter errors of earthquake early warning

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对云南及邻区50 km以内统一编目结果中的18个M≥4地震事件进行分析发现，只有3个距云南边界50 km左右的缅甸地震超过10 km，其余地震事件震中位置偏差均为10 km以内。由此说明，云南地震预警网的大多数M≥4地震预警震中位置结果相对较好，少数距离云南边界较远地区预警结果震中位置偏差较大。探究地震预警首报结果震中位置偏差的原因，发现主要来源于：①参与定位部分台站存在钟差，对自动定位结果产生干扰；②对于震级较小的地震，受台站噪声干扰较大，无法准确识别初至震相导致震中位置偏差较大；③云南与四川、缅甸、老挝交界的网缘以及网外地区地震，预警台站分布相对稀疏，所用定位台站空隙角较大，台站包围不合理造成震中位置偏差较大。

2.3   预警震级偏差

以全国统一地震编目结果作为参考，将306个地震预警首报结果的预警震级减去对应编目结果震级作为预警震级偏差。经统计，306个云南地震预警网触发的地震预警首报结果预警震级偏差为−2.0～2.4。图5b显示，地震预警震级偏差为−2.0～−1.0的有3个，总体占比1.5%；地震预警震级偏差为−1.0～−0.5的有7个，总体占比3.4%；地震预警震级偏差为−0.5～−0.3的有6个，总体占比2.9%；地震预警震级偏差为−0.3～0.3的有49个，总体占比23.8%；地震预警震级偏差为0.3～0.5的有45个，总体占比21.8%；地震预警震级偏差为0.5～1.0的有23个，总体占比11.2%；地震预警震级偏差为1.0以上的有73个，总体占比35.4%。经核查发现，震级偏差−2.0～−0.3的16个地震事件中只有1个为云南地区地震即2022年4月17日0时18分37秒云南宁蒗M4.1地震，震级偏差−0.4，其余均为邻区50 km以内的四川及缅甸地震；震级偏差0.3以上地震事件中有93.9%为编目震级M＜3的地震事件，其中35.4%为云南邻区编目震级M＜3地震事件。将不同震级范围的地震与震级偏差进行统计（表1），全国统一编目结果为M<3.0地震事件，预警震级偏差均值为0.78；全国统一编目结果为3.0≤M＜4.0的地震事件，预警震级偏差均值为0.15；全国统一编目结果为4.0≤M＜5.0的地震事件，震级偏差均值为−0.22；全国统一编目结果为5.0≤M＜6.0地震事件，预警震级偏差均值为−0.70，经核查此类地震事件有3个，2022年01月02日云南宁蒗M5.5，2022年07月22日缅甸M5.0以及2022年11月19日云南红河M5.2。对于云南省内M＞5地震事件，云南预警系统首报震级偏差均控制在−0.2～0.1以内，而网缘地震缅甸M5.0距云南边境线50 km震级偏差较大，从而影响到全国统一编目结果为5.0≤M＜6.0地震事件整体震级偏差。

图  5  地震预警震级偏差

Figure  5.  The magnitude deviation of earthquake early warning

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表  1  地震预警不同震级范围震级偏差平均值

Table  1.  The average magnitude deviation of earthquake early warning in different magnitude range

全国统一编目震级	M＜3.0	3.0≤M＜4.0	4.0≤M≤5.0	5.0＜M＜6.0
震级偏差均值	0.78	0.15	−0.22	−0.70

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通过对震级偏差较大的地震预警事件原因进行探究，发现其主要原因来源于：①对于编目震级M＜3的地震事件，地震波形受台站自身干扰影响较大，尤其仅使用有限数量台站的初始记录信息进行计算导致不确定性增大；②对于编目震级M＞5的地震事件，在地震破裂和波形发展过程不完整的情况下，仅根据来自几个台站初始P波信息和震级的经验统计规律来用于地震预警的实时震级确定，会造成预警震级偏差。地震预警发布需要极高的时效性，这就进一步增加了地震预警震级确定的难度。因此有必要积累更多的地震案例样本，为预警信息的可靠性、及时性和稳定性提供支持。

3   人工速报定位结果偏差分析

地震速报是地震台网的核心业务之一。地震发生后及时准确地对外发布震中位置、震级等地震参数，对政府和公众评估灾情、启动应急响应、最大限度减少灾害损失具有极其重要意义。本文选取2022年1月1日至2023年2月28日云南台网在云南及邻区50 km范围内的人工速报结果进行分析，在此期间，人工地震速报无漏报、误报现象。该研究同样参考2016年中国地震局测震学科技术管理组制定的《省级测震台网地震速报评比标准（2016版）》来对人工地震速报结果进行评价。

3.1   人工速报震中位置偏差

由图6a可知，选取的云南及邻区50 km以内112个人工速报结果震中位置偏差大部分控制在规定范围10 km以内。其中，震中位置偏差超过10 km的地震事件仅有5个，如图6b所示，95.5%的人工速报震中位置偏差在评比规则允许误差范围10 km以内。震中位置偏差为5 km的地震事件有76个，总体占比67.9%；震中位置偏差为5～8 km的地震事件有18个，总体占比16.1%；震中位置偏差为8～10 km的地震事件有13个，总体占比11.6%；震中位置偏差为10～15 km的地震事件有3个，总体占比2.7%；震中位置偏差为15 km以上的地震事件有2个，总体占比1.8%。经统计发现，人工速报结果震中位置偏差8 km以上的18个地震事件中2个地震为云南与缅甸交界处地震，其余16个地震事件均为缅甸地震。核查人工速报震中位置偏差较大的原因，发现主要来源：①参与定位台站噪声干扰较大，导致震相识别存在误差；②台站分布不均，间隙角较大而且无近台参与定位，造成震中位置偏差较大。

图  6  人工速报震中位置偏差

Figure  6.  The epicenter errors of manual earthquake rapid reporting

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3.2   人工速报震级偏差

以全国统一地震编目结果作为参考，将112个地震事件的人工速报结果震级减去对应全国统一编目结果震级作为人工速报震级偏差。图7b显示：人工速报震级偏差为−0.3～−0.2的有4个，总体占比3.6%；人工速报震级偏差为−0.2～−0.1的有15个，总体占比13.4%；人工速报震级偏差为−0.1～−0.1的有60个，总体占比53.6%；人工速报震级偏差为0.1～0.2的有22个，总体占比19.6%；人工速报震级偏差为0.2～0.3的有9个，总体占比8.0%；人工速报震级偏差0.3以上的有2个，总体占比1.8%。经核查发现：震级偏差0.3以上的2个均为云南省内M2.5地震事件。

图  7  人工速报震级偏差

Figure  7.  The magnitude deviation of manual earthquake rapid reporting

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由表2可知：全国统一编目结果为M＜3.0的地震事件，人工速报震级偏差均值为0.096；全国统一编目结果为3.0≤M＜4.0地震事件，人工速报震级偏差均值为−0.004；全国统一编目结果为4.0≤M＜5.0地震事件，人工速报震级偏差均值为0.044；全国统一编目结果为5.0≤M＜6.0地震事件，人工速报震级偏差均值为0.033。由此看出，人工速报震级与编目震级匹配相对较好，超过98%震级偏差在规定误差范围内。但存在以下现象：①M＜3.0的地震中，有少部分地震人工速报地震的震级与统一编目震级偏差超过规定范围；② 3.5＜M≤4.0范围内地震事件人工速报结果相较于全国统一编目结果震级偏小。经核查发现，原因主要来源于：①人工速报程序自动量算震级时未进行滤波，导致人工速报震级偏大较多；②人工速报计算震级时采用的是自动量取的M_L震级进行转换而非量取面波震级，造成人工速报震级比统一编目震级偏小。总体而言，由图7与表2可知，人工速报震级与全国统一编目震级基本相差不大，走势基本一致，3.5＜M≤4.0范围内地震事件人工速报结果相较于全国统一编目结果震级偏小。

表  2  人工速报不同震级偏差均值

Table  2.  The average magnitude deviation of manual earthquake rapid reporting in different magnitude range

全国统一编目震级	M＜3.0	3.0≤M＜4.0	4.0≤M＜5.0	5.0≤M＜6.0
震级偏差均值	0.096	−0.004	0.044	0.033

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4   讨论与结论

选取2022年1月1日至2023年2月28日云南地震预警网触发的云南及邻区50 km以内306个预警震级M≥3.0的预警首报结果及与之相对应的112个云南台网人工速报结果，对比全国统一编目，分析了云南地震预警及人工速报结果定位偏差。

1）云南地震台网的地震预警产出结果与人工速报结果均未在云南及邻区50 km以内发生误报、漏报现象，地震预警触发率达100%。

2）云南省内地震预警首报平均用时可达8 s，全国统一编目震级M≥4.0的地震预警首报用时均为3～8 s以内。但对于震级较小的地震由于拾取的P波震相不清晰导致首报用时较长，另外时效性也很大程度受到台站分布的影响。

3）云南省内的地震预警震中位置偏差基本都在10 km以内，位置偏差超过20 km的地震基本分布于云南与四川、缅甸、老挝交界的台网边缘以及台网以外地区，因此位置偏差的大小与台站分布有很大关系。而人工速报对于台站分布不均地区的地震震中位置准确率优于地震预警，但人工速报结果受值班人员震相识别经验影响较大。

4）人工速报在震级偏差方面优于地震预警，可以很好地避免地震预警中出现较大震级偏差的现象。由于这些震级的确定过程往往十分复杂，而地震预警震级的确定除了准确性要求还有时效性要求。在地震破裂和波形发展的过程不完整的情况下，仅根据来自几个台站初始P波信息和震级的经验统计规律来用于地震预警的实时震级确定，这就增加了地震预警震级确定的难度。因此，需要更多的震例样本积累才能为预警信息的可靠性、时效性、稳定性提供支撑。

综上所述，云南地震预警和人工速报结果与全国统一编目对比存在着一定偏差，但是对于云南省内地震事件，地震预警能够很好地发挥应有的职能职责，产出的首报结果具有可靠的参考价值，可作为紧急预警信息对外发布。由于相较于人工速报更多依赖于值班人员丰富的震相识别经验，地震预警对于算法的要求更为严格，所以除了提升值班人员业务能力以外，还应当加强速报软件系统以及预警处理系统在震相识别、震级转换方面的算法完善，适当优化台站布局、增加台站数量、提高对特殊地震（省外、国外网缘地震）处理能力等，从而进一步提高云南台网人工速报及地震预警的准确性。