究，以能实际应用于地震防震减灾。1998年美国国会立法要求USGS加速发展地震速报及早期预警系统，为此，USGS建立了美国国家地震监测台网系统ANSS(Advanced National Seismic System)，由国家、区域、城市和结构监测台站组成，主体是由高质量、宽频带、均匀分布的台站组成，是一个由至少7000个布设在地面和建筑物内的振动测量系统组成的全国性地震观测网络。此外，在南加州地区，还建立了一套快速地震预警系统。美国地质勘测局预测了在未来30年里，加州地区发生超过6.7地震的概率达到了99%。其开发的系统当检测出地震发生时，还可以在3s内精确的预测出地面震动分布图，这意味着旧金山和奥兰多在10s后就可以获取地震预警信息。 2.4 中国台湾的地震预警系统
台湾位于地震频发的环太平洋地震带上，地震活动非常频繁，灾害性地震也时常发生，所以经过1986年11月15日花莲ML6.8（MW7.8）级地震的惨痛教训后，台湾开始设计地震早期预警系统。该地震的震中区虽然在花莲地区，但是主要的震灾却发生在120公里以外的台北地区。根据地震波走时资料，S波由花莲地区传播至台北地区至少需要30s的时间，如果地震监测系统能在30秒内提供震源的发震地点和震级，则可以在破坏性地震波到达之前争取数秒或数十秒的预警时间，用于紧急减灾应变。因此，台湾中央气象局在1994年开始投入地震预警系统的研究工作。
1995年，台湾中央气象局开始安装由三分向遥测加速度仪和宽频带地震仪组成的即时强震监测系统，为地震速报系统做准备。至2003年，台湾的监测系统发展到了732个台站。为了加强运用即时的强震信号，地震预警系统也在积极地发展中，采用ML10、区域地震子网或虚拟子网的地震预警方法，可以在地震发生后20秒的时间内计算出地震参数，对离震中区70公里之外的地区提供不同程度的预警，但对于震中区70公里以内的地区无法发布预警[84?86]。以台湾吴逸民、邓大量和Kanamoil为首的科学家们，通过不断努力，发现地震发生后7秒左右，至少有4-6个观察台站记录到了P波到达后前3秒的信号，所以他们利用这3秒的信号可对离震中区30公里以外的区域发布地震预警，并将提供地震预警的时间缩短到地震发生后的10秒[87,126,129?133]。
2.5 中国大陆的地震预警系统
根据文献[161]可知：我国数字地震观测技术的研发最早始于70年代后期，经过“八五”、“九五”期间的努力，中国已建成了数字化地震观测系统，并达到了国际先进水平。我国的地震观测系统发生了根本性的变革。\十五\期间，又提出了更加宏伟的台网建设蓝图，分国家数字地震台网建设、区域数字地震台网建设、流动数字地震台网建设。新扩建国家数字地震台站108个，将\九五\期间建设的30个区域数字台的数据采集精度由16位数采提高到24位，同时加强台网中心在线大容量数据接收、处理和存储能力；新建12个、扩建20个区域数字地震台网中心，新建200个左右的数字地震子台，改建300个模拟地震子台为数字地震子台，同时加强区域台网中心数据处理和存储能力；建设有1000套宽频带流动数字地震仪组成的流动数字地震台网，设立流动数字地震台网观测与数据处理中心，台网中心配置大容量数据存储及服务设备和数据计算处理设备。
总之，目前我国区域数字地震台网处理网内地震的时间较长，金星等编制了一套实时地震速报软件，测试表明：对于网内地震，处理结果基本达到中国地震局地震速报评比满分的要求，速报时间缩短至30～50 s[160]。尽管地震预警在国外已有了近50年的实践历史，我国自1990年代以来，在地震预警技术方面也开展了相关的研究和实验工作，但我国大陆无论是理论还是实践，相关的研究都比较少。
3 用于地震预警系统中的快速定位方法
根据文献[137]可知：地震早期预警系统的研究共涉及四个方面：（1）地震实时监测信息系统；（2）地震事件判定方法；（3）直达P波震相的准确自动识别；（4）地震时空强三要素的判定[137]。其中最核心的技术是如何利用地震初至P波到达后前几秒的信息快速实现地震震级及震中位置的判定，这是评价地震预警系统是否有效的一个重要标志。 3.1 ML10方法
由台湾中央气象局开发的地震早期预警系统，在目前发展较为成熟。他们采用实时地震监测系统进行地震早期预警。Wu等（1998）研究发现，对于地震震
级ML大于5.0的地震，可以通过震中距最近的台站接收到初至P波第一个15秒的信息来完成震源位置和震级的判定[84]。一般来说，在初至P波到达后30秒的时窗内，大地震会比小地震的幅度调整值大，而一些小地震在初至P波到达后的15s到30s内仍会存在较大的幅度调整值，所以选取初至P波第一个10秒的地震波形序列，预警系统并不能确定最后的震级大小。但是，在最开始的时窗中，一般情况下，小地震会存在小的调整值，大地震会存在较大的调整值，这样看来最终确定的地震震级和开始估测的震级会存在一定的关系。为了找出这种关系，Wu等采用震中距最近的台站记录到的P波第一个10秒的信息，来进行地震震级估测，称之为ML10。ML10和最终震级ML具有以下线性关系：
ML?1.28?ML10?0.85?0.13 (4.1) Wu等研究结果表明，使用ML10震级测定方法和虚拟子网技术，台湾中央气象局的实时地震监测系统可以通过初至P波到达后第一个10秒的信号，在20s内估测出台网内发生地震的震源位置和地震震级，从而提出地震早期预警，允许测定参数在一定误差范围内[86]。 3.2.1 ?c、Pd方法原理
传统的估测ML震级大小主要依据特征频率地震波的最大振幅经过距离校正得到的。但当观测到最大振幅时，已经没有了预警时间。所以，传统震级测定方法并不适用于现在的地震早期预警。经过前人的研究发现，地震越大时地震信号的震动周期越长[81,123,139]。且Wu等分析了台湾地区和美国南加州的大震记录发现，初至P波到达后的前3秒，最大位移振幅（Pd）与地动的速度峰值（PGV）呈对数线性关系，所以，可以采用初至P波的震动周期来确定地震震级大小
[126,129]。
Wu等采用?c法来确定地震震级，?c是平均震动周期，是由前3秒初至P波信号的地动位移（u(t)）和速度（u(t)）的积分比（r）得到的，即用前3秒的P波信号确定初始震动周期，从而确定地震的震级大小[87,126,128,129,133]。公式可以表
?示为：
? r???002?0?u(t)dtu(t)dt20 （4.2）
时间域为（0，?0），P波到达后，一般取前3秒的时窗。经过Parseval理论上式可以改写为：
4?r?2?0?0f2u(f)df2?2?????4?2f2 （4.3）
u(f)df2上式中u(f)为u(t)在频率域的函数，f是平均频率。所以，?c可以定义为：
r?c?1f2?2? （4.4）
通过?c的计算我们可以用初至P波前3秒的信号推算出地震震级的大小，误差在0.3个单位内。
另一种有效的方法是使用初至P波到达后前3秒中最大位移振幅Pd估计地震震级。使用台湾的数据，Wu and Kanamori发现，最大位移振幅Pd、地动速度峰值（PGV）和震中距（R）有很大的相关性[126]。用公式可以表示为：
logPd?R??A?B?M?C?log?R? （4.9）
A、B、C是用地震事件初至P波回归分析时用到的常量。这里暂时不考虑震中距R所带来的影响。 3.2.2 ?c、Pd方法算例
下面给出?c方法的两个算例。2005年，Wu and Kanamori 选取了台湾地区12次MW?5.0级且震源深度小于35km的地震进行研究，计算初至P波到达后3秒的
?c值[87]。发现?c的平均值和震级MW之间有如下对数关系：
log?c?0.221MW?1.113 （4.5）
即： MW?4.525log?c?5.036 （4.6） 研究结果显示，当?c?2.1秒时，就可能发生MW?6.5级的地震，而大部分，都具有?c?1.0秒的特征（如图4.3MW?5.0级的破坏性地震（只有一个例外）
（a））。即使只使用一个台站的观测资料，其定位结果也是相当好的[143]。
2007年Wu等将?c方法应用于美国南加州的地震预警系统中[129]。根据加利福尼亚地震台网431个地震记录的数据研究发现，?c值和MW之间有如下对数关系：
log?c?0.237M?1.462?0.091 （4.7） M?4.218log?c?6.166?0.385 （4.8）
得出所有地震事件的震级平均偏差为0.39级（如图4.3b）。每个事件至少保证有3个以上的地震记录，才进行求取?c平均值。
图3（a） 图3（b）
图3 （a）计算台湾地区12次地震事件得到的?c平均值与震级MW的关系；（b）南加 州地区，由加速度值大于2.5G 的431个地震记录得到的?c与震级 MW的关系。
（注：图（a）选自参考文献[87]图5（a）；图（b）选自参考文献[129]图2）
从上面两个研究结果发现，根据美国南加州地震台网数据计算得到的?c比在