波场传播产品介绍

　　（一） 概述

　　中国境内布设有世界上规模最大的固定监测台网以及中国地震科学探测台阵为代表的密集流动台阵（图1）。以这些密集的观测数据为基础，可以描绘地震产生的能量从震源向外传播的过程，基于实际数据展示地震波波场的传播过程，以视频和动画的形式产出相应的数据产品，直观的显示地震波自震中向外传播的过程。

　　利用不同台站垂直分量记录到的地震波，对其振幅进行归一化，并用红蓝两种颜色表征其在垂直方向上的震动强弱，之后在不同时刻绘制震动强度在水平方向上的分布，即可展示地震波在水平方向的传播（图2）。　　针对地震波在不同台站垂直分量的归一化振幅，利用红蓝两种色彩对振幅的时空变化进行描述，动态地展示垂直方向地表运动速度的大小（图2）。其中蓝色和红色圆点分别表示向下和向上的垂向运动，颜色较深表示震动幅度较大。

　　利用中国地震台网中心的地震速报信息系统，实验场波长传播（Ground Motion Visualization，GMV）系统实时对相应事件进行监测，针对特定事件自动产生波场传播产品。目前，针对中国及其周边5级以上，全球7级以上的地震事件，系统可自动启动相关数据截取、处理和绘制，生成基于真实数据的波场传播动画。此外，系统根据实际地震的时间、位置等信息，可准实时的计算对应台站上的理论地震图，更好的对地震波传播过程进行描述，显示不同震相的传播规律。通过地震波的可视化数据产品，可以将地震数据处理技术与视频展示相结合，面向公众提供地震科普服务。此外，除真实发生的地震之外，系统可以接收用户设定的发震时刻、发震地点、震级、震源深度和台站分布等参数，生成相应的模拟地震波记录及地震波传播动画，进一步增强系统的交互性。

　　波场传播GMV系统需要用户注册并登入系统后方可使用。

　　（二）波场传播产品说明

　　波场传播GMV系统使用的数据来源主要有真实地震发生后，实时运行的地震台站记录到的地震波波形以及根据地震的信息通过数值模拟计算出的地震波波形两种，其产品的发布形式有GIF和MP4两种格式。由真实地震波记录产生的波场传播图像。　　

　　单个地震台站可以记录在台站位置地表的震动情况，而多个地震台站在同一时刻的记录则可形成地震波场在该时刻的形态，利用密集的地震台网，可以对地震波的波场传播进行描绘。地震台站的密集程度，会影响对地震波波场传播描述的精度。中国国家和区域数字地震台网共有近1100个固定台站，台站分布相对稀疏。截至目前，由中国地震局地球物理研究所牵头的“中国地震科学台阵探测”项目已进行至第三期，在青藏高原东南缘、东北缘以及华北等地区相继布设了规模空前的大孔径宽频带密集台阵。中国地震科学探测台阵的流动观测点分布均匀、空间跨度大，观测周期一般为2-3年。这些密集流动台阵的布设在极大程度提升了区域地震观测台站的密度，可以更好的展现观测区域内地震波的传播情况。以2016年1月21日在门源发生的地震为例，在加入ChinArray数据之后，在台阵区域地震波波场的空间精度得到很大的提升，能够更好的展现地震波在该地区的传播过程（图3）。

　　图3 有无密集台阵时的产品图像对比

　　由近实时数值模拟方法产生的波场传播图像

　　对于真实发生的地震，利用其在台站上的记录，可以基于实际数据产生地震波传播图像。由于实际地震记录中会含有噪声、本地小地震信号等多种干扰信号，为更好的展现地震波的传播图像，系统利用InstaSeis基于PREM模型实现了近实时的地震波理论地震图计算。通过数值模拟方法计算得到的地震波波形不含有噪声的信号，相比实际数据，其P波S波面波等主要震相均相对清晰，因此能够更好的对地震波的传播进行描述，形成与真实地震记录地震波传播的补充。利用数值模拟方法获得的地震波记录，可以展现在实际地震波中振幅较弱的震相的传播过程。如图4所示，相对与真实地震记录的结果（图3），在传播图像中会含有更多的震相的传播形态描述。

　　图4 基于理论地震图的产品图像

　　参考文献：

　　Krischer, L., Hutko, A. R., Driel, M. van, Stähler, S., Trabant, C., and Nissen-Meyer, T. (2017). On-demand custom broadband synthetic seismograms. Seismological Research Letters, 88(4) https://doi.org/10.1785/0220160210

　　van Driel, M., Krischer, L., Stähler, S. C., Hosseini, K., and Nissen-Meyer, T. (2015).

　　Instaseis: instant global seismograms based on a broadband waveform database

　　Solid Earth, 6, 701-717 http://dx.doi.org/10.5194/se-6-701-2015

　　（三）系统使用说明

　　进入实验场网站，点击在线服务的波场传播条目

　　页面下方会显示最近的符合GMV产品要求的地震分布，点击对应地震，可显示对应的GMV产品链接，其中视频为MP4格式，动图为GIF格式。点击对应的条目，可展示地震波传播图像（图5）。查看近期的GMV产品不需要注册和登录。

　　图5：近期地震GMV产品查看

　　注册用户可登入系统，点击个人工作台左侧的GMV条目，之后可显示历史存档的真实地震信息。用户可利用时间和震级对历史地震进行查询，得到对应的GMV产品信息，并对对应的GMV产品进行查看。

　　图6：注册用户登入系统可查看GMV产品

　　同时注册用户可登入系统自行设定地震的位置和时间，设定对应参数，选择台站，利用数值模拟方式获取假想地震的模拟数据，形成模拟的地震波传播图像。

　　图7：指定地震生成模拟地震波传播图像

　　（注1：相关操作会涉及到超过2000个台站的数据分析，其中数值模拟部分耗时约5分钟，后台动画处理耗时约10分钟，请谨慎尝试）。