科普帖:为什么中国地震台网发布的地震震级和国外不一样?

2014年10月7日21时49分云南省普洱市景谷县境内(北纬23.4度,东经100.5度)发生6.6级地震后,有网友注意到美国USGS网站发布震级只有6.0级,对此提出了疑问。


实际上,对于同一地震事件,不同地震台网测定的震级结果经常是不一致的,这是很正常的现象。

首先需要知道的是,地震震级有很多种,常见的有矩震级MW,近震震级(ML)、体波震级(Mb和MB)和面波震级(MS)等等,相应的测定方法也不一样;各个国家地震台网计算震级的方法不同,而且使用的台站数据也不一样,结果当然会不一样。

具体来说,我国的震级国家标准规定:地震震级M一般用地震面波测定(也就是采用Ms震级)。深震(震源深度大于70km)与小震不能用地震面波测定时,可用mb、ML测定。而欧美等国地震台网主要采用MW震级。换句话说,中国地震台网和国外地震台网公布的震级结果不是一码事。

不妨举个地震之外的例子,国际货币基金组织(IMF)日前发布报告称,以购买力平价计算,美国2014年国内生产总值(gdp)为17.4万亿美元,而中国则达到了17.6万亿美元,成为全球最大经济体。但是如果按中国政府官方算法也就是实际汇率计算,美国2014年gdp为17.4万亿美元,而中国则为10.4万亿美元,中美之间的经济差距依然很大。这就是不同算法的结果差异,地震震级的测定同样如此。


有的网友会说,既然国外地震机构普遍采用矩震级(Mw),为什么中国不与国际接轨,仍然要使用面波震级(Ms)呢?这个问题就复杂了。



为了便于理解震级的意义,我们可以打个比方——假如你面前有两个人,想知道哪个体重更大,但你只有一条皮尺,该如何判断?

我们很容易想到,身体粗壮的人一般体重较大,而身材瘦小的人体重较轻,因此可以比较两个人的胸围、腰围、臀围,也可以比较臂围、腿围等等。

测定地震震级的工作与其非常相似,众所周知震级表示一次地震释放能量的大小,但能量很难直接测量,只能通过仪器检测到的地震波来推算。一次地震释放出p波,s波,还有衍生出的面波,分别测定这些地震波可以得到不同的震级如Mb,Ml,Ms等等。一般情况下地震释放的能量越大,Mb,Ml,Ms震级数值就越大,这就好比一个成年人的胸围、腰围、臂围都会超过小孩子。测定震级就是用这些数值来反映地震释放能量的大小。


需要注意的是,通过测量身体围度来估算体重存在局限性:两个体重接近的人,完全可能出现一个腰围大,另一个胸围大的情况。一个举重运动员可能臂围很粗,一个大胖子却可能胳膊很细等等。测定震级同样如此,两次地震可能出现ML震级一样而Ms震级不同的情况。另外Ml、Ms等震级还会出现“饱和”现象,这就好比一个人的胳膊不可能无限变粗,通过测量臂围来估计一个大胖子的体重会有很大的误差。


于是有人就想到一个办法,既然只测量臂围、腰围、胸围有误差,干脆就用皮尺把这个人从头到脚测一遍,根据结果制作一个人体模型,用模型的重量来估算他的体重,这样可以有效避免只测身体某一部位造成的偏差。地震矩震级Mw大致就是这种思路,是通过“波形反演”的方法来重建一次地震事件的物理模型,进而计算得其释放的能量大小(震级)。


矩震级(Mw)的稳定性比其它方法要好,而且没有震级饱和问题,所以问世之后受到地震学家的欢迎,成为国外主要地震机构的发布震级。但是矩震级也有个明显的缺点,就是对地震观测数据要求较高,计算需要很长时间(经常要半小时之后才有稳定结果)。这就好比制作一个精确的人体模型需要很长时间。


但是地震发生后人们需要快速知道地震震级,怎么办呢?国外地震机构的办法是这样的,先做一个简单模型得到大致结果,然后不断修正,不断精化。这就好比做人体模型先复制躯干四肢,再描绘他的五官,逐步细化;所以一次大地震发生后,国外地震机构的网站上面震级结果会修订几次甚至十几次。


但是这种情况在中国就有点行不通了。比方说你一开始报6.1级,紧接着修订为5.8级,我们的党委政府就不答应。因为开弓没有回头箭,根据6.1级这个结果国家已经启动了二级应急预案,解放军武警官兵各界救援队都在路上了,难道让他们撤回来?更可怕的是,修订震级在很多人眼里意味着前面的6.1肯定是定“错了”。


于是中国的地震学家就面临一个难题:地震速报既要快速,又不允许修订,在这种情况下只能对高大上的Mw震级忍痛割爱,选取另一种震级标度。于是面波震级(Ms)就成为宠儿,一是测定过程非常简单(就相当于测个腰围),十分钟左右就能出结果;二是中国大陆地震震源浅,面波发育,台站记录丰富。


于是,这个地球上就出现了中国地震台网主要发布面波震级Ms,国外地震台网主要发布矩震级Mw的局面。

楼主 山水如屏  发布于 2014-10-11 19:56:00 +0800 CST  
@半疯半癫一被子这就是故事的续集了。


1935年美国的地震学家里克特提出了Ml震级(也就是著名的里氏震级)以后,半个世纪时间里地震速报都是由人工完成的。地震学家最开始在地震记录图纸上进行测量,再进行计人工算,那个时候测定地震的位置和大小比现在要慢得多,经常需要几十分钟甚至更长时间。


上世纪90年代的时候,地震学家想,为什么不让计算机替我做这个事情呢?于是他们研究出了自动地震速报,从观测、传输、处理、发布全部由计算机自动完成,所以速度非常快,从原来的几十分钟、十几分钟提高到几分钟。


打个比方说,自动速报有点像傻瓜相机,按一下按钮就一切OK了。但自动速报也有缺点,就是精度不如人工速报。这就好比用傻瓜相机拍出来的照片,跟专业摄影师人工拍摄的作品还是有差距。另外,自动速报还可能出现误报地震的情况。



但是瑕不掩瑜,自动速报问世后受到地震学家的欢迎。但是对速度的追求是永无止境的。地震学家又开始琢磨地震速报能不能再快一点。


地震发生后地震波是向四面八方传播的,最开始被震中附近的地震台记录,然后被远一点的地震台记录,再然后被更远的地震台记录到。这些台站数据被实时传回台网中心进行计算,越远的台站数据传回时间越久。理论上说台站数据越丰富,测定的结果越准确。




地震学家想了个方法:地震发生后先是启动自动速报程序,让计算机先用震中附近的地震台站数据计算一个初步的结果,在最短的时间内得到地震的大致位置、震级等进行发布。然后用晚一些传回来的远处台站数据不断进行修订,得到更精确的结果。



这种修订过程经常要进行好几次,然后该地震学家上场了,他们要对自动速报的结果进行人工复核,再进一步修订误差。甚至人工速报的结果还可能进行修正。国外地震机构的地震速报都是这么干的,在正文里也有过表述。


地震速报就是一个循序渐进的不断逼近的过程,自动速报更是一个多次修订的过程,但是由于前面说到的原因,在中国“修订”会被视作“错误”,是不可接受的。


所以自动速报就像前面说到的矩震级(Mw)一样,长期与中国地震台网无缘。中国的地震学家只能通过人工或者人机交互的方式,满头大汗、战战兢兢地计算着测定着面波震级,力争“一次报准”,报了就不能再改。


这样一直干了几十年,自动速报并没有引起社会关注。直到汶川地震的时候,中国的网民发现,美国USGS网站上几分钟就有了地震的位置、震级,而中国地震台网十几分钟才有结果。中国的老百姓不答应了。


换句话说,网络的发展把地震速报变成了国际地震速报竞赛。自动速报相当于开汽车,人工速报相当于走路,其速度是无法跟自动速报相比的,十几分钟已经是人工速报的极限。中国地震专家感觉亚历山大,自动速报不搞不行。



经过5年的努力,中国地震学家也研究出了中国自己的自动地震速报系统。而且比较NB的是,他们解决了误报的问题。于是他们向上级部门建议把自动速报对外发布。


上级部门同意了,但是要求自动速报不允许像国外那样连续多次修订,只能发一次,然后再发一次人工速报的结果。他们担心以目前国人的智商还接受不了一次地震有5、6个震级。


2013年4月1日,中国地震台网正式对外发布自动速报。与传统人工速报相比具有明显的速度优势,如国内地震一般2分钟之内便可快速定位,而人工速报通常需要10分钟左右。从此以后,中国地震学家才敢拍胸脯说速报国内地震比美国快。


回到 @半疯半癫一被子 提出的问题,现在国内发生地震,绝大多数情况下你会看到两条信息,第一条是自动速报结果,第二条是人工速报结果。比方说景谷的6.6级地震,自动速报第一报发出的是5.8,然后不断更新给出5.9、6.0、6.1、6.3......,直到人工速报6.6结果出来。


但是按照目前中国地震台网速报的规定,自动速报只对外发布第一个结果5.8,后面的结果都是不发布的,所以你看不到后面的其它结果,只有一个人工速报6.6级,差距就比较明显了。这种差距越大的地震越明显,因为自动速报是用近台数据计算得到的。


又说了这么多,您清楚了吗?

楼主 山水如屏  发布于 2014-10-12 23:43:00 +0800 CST  
@玄妙梦幻自称所谓“研究领域的世界级顶级高手”,笔者还以为他能讲出点有水平的话,原来也就这点儿灌水的本事?
请继续,还烦劳替我盖楼呢!原来就这等货色,“民科”的脸面何存啊,呵呵。
只不过最后还是要跟管理员举报,让你少在这里丢人,呵呵。

楼主 山水如屏  发布于 2014-10-16 19:44:00 +0800 CST  
美国地震局的数据才准确?对于一次大地震,美国地震局的数据要修订好几次,哪一次准确?
建议您认真读完全文,还有15楼的补充,就全明白了。

楼主 山水如屏  发布于 2014-11-23 13:23:00 +0800 CST  
什么情况

楼主 山水如屏  发布于 2015-01-12 20:56:00 +0800 CST  
这次尼泊尔地震,美国USGS最开始的发布震级为7.7,然后修订为7.9,到了晚上又变成了7.8。如果中国地震台网这么改来改去,非要被公众骂死不可!


但是从科学的角度,美国的做法无疑是正确的。

楼主 山水如屏  发布于 2015-04-25 21:37:00 +0800 CST  
每遇到这种全球性的大地震,就得科普一下震级的问题。

楼主 山水如屏  发布于 2015-04-25 21:43:00 +0800 CST  
中国地震台网正式测定:10月26日17时09分在兴都库什地区(北纬36.5度,东经70.8度)发生7.8级地震,震源深度210千米。
美国USGS最初测定震级7.7级,后修订为7.5级,都是矩震级。mb震级为7.2.

楼主 山水如屏  发布于 2015-10-26 21:09:00 +0800 CST  
必须重视起来

楼主 山水如屏  发布于 2015-10-27 20:29:00 +0800 CST  
翻出来再科普一下

楼主 山水如屏  发布于 2016-03-02 23:23:00 +0800 CST  

楼主:山水如屏

字数:3934

发表时间:2014-10-12 03:56:00 +0800 CST

更新时间:2017-10-16 11:31:24 +0800 CST

评论数:249条评论

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