基于Bayes原理的渐进地面震动强度预警与P波特征参数研究

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地震预警可以在地震发生后破坏性地震波到来前,提供数秒甚至数十秒的预警时间,以采用有效的防灾减灾措施,尽可能地减少人员伤亡和财产损失。地震预警系统作为一种能够有效减轻地震灾害的新手段,已经受到了越来越多的重视。目前地震预警仍存在着预警时间较短、不确定性较大、误报与漏报问题严重等不足。论文重点研究了基于Bayes原理的渐进地面震动强度参数与P波特征参数的相关性,主要研究内容及结论如下:(1)利用Center for Engineering Strong Motion Date地震数据库中,震级为5级及以上的强震记录,基于Bayes原理以地面震动强度参数的Gutenberg-Richter关系为初始先验分布,以地震台站记录的P波特征参数为似然函数,实时估算渐进地面震动强度参数。(2)主要针对瞬时特征周期τPmax、平均周期τc与峰值加速度间关系进行一系列研究,拟合得到强震P波初至第3s、4s、5s时间窗内的周期参数与峰值加速度具有良好的线性关系,分析P波特征周期参数与基于Bayes估算的渐进峰值加速度间关系。对比发现,基于Bayes估算前后τc法相比于τpmax法离散性都较小,拟合精度更高。这与前人对震级参数的研究结果相一致。(3)研究发现P波初至第3s、4s、5s时间窗的位移幅值Pd、加速度幅值Pa与地面震动强度参数存在着较好的拟合关系,达到一定的拟合精度。在此基础上,对比位移幅值、加速度幅值参数与基于Bayes估算的渐进地面震动强度参数间的回归关系,发现基于Bayes估算后拟合精度有明显的提升。拟合结果表明,随着时间窗的延长,离散性减小,拟合精度提高,但是5s时间窗较4s时间窗拟合精度提升不大。(4)提出将初始P波速度幅值Pv作为一种预警参数。研究P波初至第3s、4s、5s时间窗的速度幅值Pv与地面震动强度参数、速度幅值Pv与基于Bayes原理估算的渐进地面震动强度参数间的相关性。采用双对数坐标,利用最小二乘法拟合之后发现P波初至第3s、4s、5s时间窗的速度幅值Pv与基于Bayes原理估算前后的峰值加速度、峰值速度有着较好的线性关系,拟合精度也较高。
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