研究背景：

地震预警，指的是地震发生后对即将到来的破坏性地震动进行预测和警报。震级估计是地震预警中极其重要的工作，其结果关乎后续地震动预测的准确与否。传统方法通常只建立地震触发后某一特征参数与震级的统计关系，结果存在离散性大以及大震低估的现象，如何提高震级估计的准确性是迫切需要解决的问题。

研究方法及结果：

（1）李山有课题组通过建立川滇地区的震级统计关系后发现，周期参数与幅值参数估计震级结果随着震级与时间窗的变化而呈现不同的变化趋势，在这一发现的基础上，提出了一种基于参数阈值的地震预警震级连续估计新方法。研究结果表明，新方法极大提高了震级估计的准确性，并一定程度上缓解了大震低估现象。汶川地震的离线数值模拟表明，该方法可以在地震发生后9秒得到接近8.0级（Ms）的震级估计结果、且在震后12秒震级估计结果稳定，具备在地震预警系统中应用的潜力。

（2）基于2007-2015中国川滇地区强震动数据，分别建立特征参数τc与Pd的震级统计关系。通过分析τc和Pd在不同P波时间窗和不同震级段下估计震级的离散性，发现在短时间窗（2s-3s）下，τc参数在估计大震时有着较小的误差，而在中-小震级段估测震级的离散性较大；Pd参数在估计中-小地震时相对更加稳定，而大震低估现象严重，随着时间窗延长到10s，Pd参数的大震低估明显改善（如图1）。

（4）基于上述τc参数与Pd参数估计震级的特性，提出了基于阈值的地震预警震级连续估计方法，即通过预先设定τc参数与Pd参数阈值而建立四种可能的情况，仅在可能大震的情况下引入τc参数进行震级估计。

（5）对于2016-2017年川滇地区的13次地震数据，采用2sP波时间窗得到的平均震级估计误差为0.2震级单位（如图2）。2008年汶川Ms8.0级地震的离线数值模拟表明，该方法可以在地震发生后9秒得到接近8.0级（Ms）的震级估计结果、且在震后12秒震级估计结果稳定。（如图3）

图1 不同P波时间窗τc与Pd的震级估计特性分析

图2 2016-2017年川滇地区13次地震震级估计离线模拟结果

图3 汶川地震震级估计离线模拟结果

该成果发表在《Nature》出版集团旗下期刊《Scientific Reports》(Yuan Wang, Shanyou Li & Jindong Song*. Threshold-based evolutionary magnitude estimation for an earthquake early warning system in the Sichuan–Yunnan region, China. Scientific Reports 10, 21055 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-78046-2)

作者备注：该成果的相关思想也已应用于“高速铁路地震预警监测系统现场监测设备和前端预警服务器”研发并通过中国铁路总公司技术评审与中铁检验认证中心（CRCC）入网认证。