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科研工作

研究亮點：基于機器學(xué)習(xí)預(yù)測方程的現(xiàn)地閾值水準地震預(yù)警新方法

發(fā)布時間： 2022-06-27 點擊數(shù)量：10232

研究背景：

地震預(yù)警的核心工作是利用地震初期信息快速判斷地震的潛在破壞區(qū)域，但是在大地震事件中，快速實時預(yù)測地震破裂的走向是制約地震潛在破壞區(qū)域確定的關(guān)鍵，這也是目前地震預(yù)警的難點所在。隨著地震臺網(wǎng)的密集建設(shè)，直接利用密集現(xiàn)地臺站地震動預(yù)測代替地震動場成為研究的趨勢，但目前還存在現(xiàn)地臺站震級估計與現(xiàn)地地震動預(yù)測準確性差的亟待解決問題。本研究基于機器學(xué)習(xí)方法建立了現(xiàn)地臺站的震級與地震動預(yù)測方程，在此基礎(chǔ)上，分別以震級5.7和儀器烈度Ⅶ度作為閾值建立四水準警報判斷模型，提出了一種基于機器學(xué)習(xí)的地震預(yù)警新方法。

研究方法及結(jié)果：

1）利用日本K-net強震觀測加速度數(shù)據(jù)建立訓(xùn)練、測試、驗證數(shù)據(jù)集，構(gòu)建了基于多特征輸入和機器學(xué)習(xí)支持向量機（SVM）的震級估計和峰值速度（PGV）預(yù)測方程。這兩種預(yù)測方程分別稱為估計震級的SVM-M模型和預(yù)測PGV的SVM-PGV模型。設(shè)置預(yù)測震級閾值和PGV閾值分別為M=5.7和PGV=9.12 cm/s，當預(yù)測震級或PGV值超過給定閾值時，會在不同的記錄點發(fā)出不同的警報級別（0、1、2、3）。警報級別3表示預(yù)測的震級和預(yù)測的PGV都超過給定的閾值，并且該記錄站點可能會受到嚴重破壞。（圖1）

2）三次破壞性地震事件（M≥6.5）的驗證結(jié)果表明，就預(yù)測PGV的SVM-PGV模型的性能而言，在P波到達后3 s，這三個事件的成功警報百分比分別高于95%、73%和94%，假警報百分比接近0。考察SVM-M模型估計震級的性能，在P波到達后3s，這三個事件的成功警報百分比超過95%，漏報百分比接近0。此外，幾乎所有實測PGV≥16厘米/秒（IMM≥Ⅶ）的震中附近臺站均可以發(fā)布3級警報。

3）該方法是一種新型地震預(yù)警模型，具有潛在的應(yīng)用前景。（圖2）

該成果發(fā)表在國際知名地球物理學(xué)期刊《Geophysical Journal International》（Jindong Song（宋晉東）, Jingbao Zhu（朱景寶）, Yuan Wang（汪源）, Shanyou Li（李山有）*. On-Site Alert-Level Earthquake Early Warning Using Machine-Learning-Based Prediction Equations. Geophysical Journal International, 2022. https://doi.org/10.1093/gji/ggac220）（IF：2.934，*通訊作者）。

圖1 基于機器學(xué)習(xí)的現(xiàn)地閾值水準地震預(yù)警模型

圖2 三次大地震事件的警報水準預(yù)測與性能分析

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