一种地震海啸初始场特征参数的快速估算方法与流程

本发明涉及计算机，尤其涉及一种地震海啸初始场特征参数的快速估算方法。

背景技术：

1、海啸作为一种危害性极强的海啸灾害，近年来受到了各个沿岸国家的重视。由于历史上海啸灾害中80％都是由于海底地震引起的，因此如何快速的预报地震海啸在沿岸造成的灾害成为了全球热点问题。

2、海啸灾害能够预报的主要原理是海底地震所产生的波传播的速度比海啸波传播的速度快，人们可以通过地震地震台站所记录的地震波反演推断产生海啸的源的特征参数(震源机制)，并进一步通过海啸数值模拟，基于源的特征参数来计算海啸传播的时间以及影响范围。由于海啸数值模型较为稳定，因此海啸源的初始场对最终预报结果的准确性起着至关重要的作用，在相同位置，同等震级的情况下，逆冲断层所引发的海啸规模要远远大于走滑断层所产生的海啸规模。目前，海啸的灾害预报结果(图1中的a04)通常都是通过海啸数值模拟(图1中的a03)完成的，而地震海啸初始场(图1中的a02)作为海啸数值模拟(图1中的a03)的输入参数，决定了海啸预报的准确性以及时效性。进一步地，地震海啸的初始场(图1中的a03)的特征参数包含该海底地震的震源机制(图1中的a01)以及地震破裂的几何参数计算出来。

3、目前海底地震的基本参数通常可以通过地震监测系统在几分钟内获得，然而震源机制通常都是通过地震台站所记录的地震波形反演得到的，发布时间较为较滞后，需要专业人员进行台站筛选，波形截取等一些列操作，震源机制根据所选取的波形成分不同，计算得到结果所需的时间也有所不同，一般需要数小时甚至数天不等，难以满足海啸预警时效性的需求。虽然目前已经有最新的成果应用机器学习算法来快速确定震源机制，但这种方法需要进行大量的算例计算，基于全球的俯冲带的如此大的范围及分布很难进行如此大量的计算，因此很难应用到实际的海啸预警业务中。实际的海啸预报工作中，在震源机制计算没有完成的情况下，预报员需要根据以往的经验估计海底地震的震源机制，这种方法对预报员经验的要求较高，同时也会造成预报结果有一定的差异。

4、基于上述问题，亟需一种快速确定海底震源机制(图1中a01)进而快速确定地震海啸初始场(图1中a03)特征参数的方法，并依据特征参数构建海啸波初始场进行海啸预报，在保证海啸预报准确性的前提下，大幅提升了海啸预报的时效性。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种地震海啸初始场特征参数的快速估算方法，在保证海啸预报准确性的前提下，实现快速提升海啸预报时效性。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明实施例提供一种地震海啸初始场特征参数的快速估算方法，包括：

6、s01、根据当前时刻监测的海底地震的基本参数及该海底地震周边的地质构造信息，获取与该海底地震关联的历史地震事件；

7、s02、将所有关联的历史地震事件按照震源机制分组，获得分组结果；

8、s03、获取每一组历史地震事件中每一历史地震与当前海底地震的距离及该历史地震的归一化权重，以及获取每一组震源机制结果的权重；

9、s04、根据每一组震源机制结果的权重确定当前海底地震的震源机制；

10、s05、通过震级-破裂经验公式估算地震破裂的几何参数；

11、将估算的当前海底地震的震源机制与估算的地震破裂几何参数，作为当前时刻海底地震的海啸初始场特征参数。

12、可选地，当前时刻海底地震的地震基本参数包括下述的四种：

13、地震发生的时间，震中位置，震源深度和震级大小；

14、每一历史地震事件的地震基本参数包括下述的四种：地震发生的时间、震中位置、震源深度、震级信息；

15、每一历史地震事件的震源机制包括：断层面的走向角、倾角和滑动角。

16、可选地，s01包括：沿着海底断层走向半径方向，垂直断层走向半径方向，从历史地震数据库中获取与该海底地震关联的历史地震事件；搜索中断层走向半径大于垂直断层走向的半径。

17、具体地，可以是以当前时刻海底地震震中位置为中心，沿着当前地震周边断层带走向方向长度为a，垂直断层走向方向长度为b，在地图上划分出一个矩形，从历史地震数据库中获取震中位置位于该矩形内的历史地震事件作为与当前海底地震相关联的历史地震事件；

18、搜索矩形沿断层走向长度a大于垂直断层走向长度b。a和b大于0。

19、可选地，s02包括：

20、s021、针对每一历史地震事件，将该历史地震事件的震源机制的断层面参数转换为地震矩张量m：

21、

22、其中，断层面的走向角为s，倾角为p，滑动角为r，则

23、mxx＝-sin(s)*sin(s)*sin(r)*sin(2*p)-sin(2*s)*cos(r)*sin(p)

24、myy＝-cos(s)*cos(s)*sin(r)*sin(2*p)+sin(2*s)*cos(r)*sin(p)

25、mzz＝sin(r)*sin(2*p)

26、mxy＝myx＝cos(2*s)*cos(r)*sin(p)+0.5*sin(2*s)*sin(r)*sin(2*p)

27、mxz＝mzx＝-cos(s)*cos(r)*cos(p)-sin(s)*sin(r)*cos(2*p)

28、myz＝mzy＝-sin(s)*cos(r)*cos(p)+cos(s)*sin(r)*cos(2*p)

29、s022、根据每一历史地震事件的震源机制的断层面参数计算所属震源三个应力主轴的倾角；

30、具体地，计算矩阵|m|的特征值分别为l1,l2,l3及对应的特征向量v1,v2,v3,其中l1<l2<l3，

31、并且i取值为1，2，3,可以计算出三个应力主轴p,t,b分别对应的p轴倾角pp、t轴倾角pt、b轴倾角pb为：

32、

33、

34、

35、s023、基于每一历史地震最大倾角所对应的主轴进行分组，分为三组；若p轴倾角pp最大则划分为正断层，若t轴倾角pt最大则划分为逆断层，若b轴倾角pb最大则划分为走滑断层。

36、可选地，s03包括：

37、获取各组中每一历史地震与当前海底地震的空间距离di的倒数，将该倒数作为该历史地震与当前海底地震的权重，每一历史地震的归一化权重ei为：

38、i表示当前地震所关联历史地震的序号，i取大于0的整数；

39、每一组历史地震事件与当前海底地震的距离的权重ej作为该组震源机制结果的权重；

40、j表示当前组的序号；i表示当前组j内历史地震事件的序号；i和j都取非0的整数，j小于等于3。

41、可选地，s04包括：

42、s041、根据每一组震源机制结果的权重ej和每一组中每一历史地震的矩张量mi，获得该组历史地震的作为该组震源机制结果的矩张量gmj；该组历史地震的震源机制结果的权重为ej；

43、j表示当前组的序号；j取非0的整数，j小于等于3；

44、s042、采用选择策略选择ej中一种震源机制结果gmj作为估算的当前海底地震的震源机制。

45、可选地，所述s042包括：

46、选择ej中最大的一个数值对应的震源机制结果作为当前海底地震的震源机制；

47、或者，判断ej中是否存在两个以上大于第一预设阈值的数值，若是，则判断该两个以上的数值中相邻的差值是否大于阶梯差值，若是，则判断最大的数值是否小于第二预设阈值，若否，则选择最大数值对应的震源机制结果作为当前海底地震的震源机制，在最大的数值小于等于第二预设阈值时，选择第二大数值对应的震源机制结果作为当前海底地震的震源机制；

48、或者，判断ej中是否存在两个以上大于第二预设阈值的数值，若是，且该两个以上的数值中相邻的差值不大于阶梯差值，则输出并接收人工选择的结果，将人工选择结果对应的震源机制结果作为当前海底地震的震源机制；

49、第二预设阈值大于第一预设阈值。

50、可选地，s05包括：通过震级-破裂经验公式估算地震破裂的几何参数；

51、将估算的当前海底地震的震源机制与估算的地震破裂几何参数，作为当前时刻海底地震的海啸初始场特征参数。

52、第二方面，本发明实施例提供一种计算设备，其包括存储器和处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行上述第一方面任一所述的一种地震海啸初始场特征参数的快速估算方法。

53、第三方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行第一方面任一项所述的一种地震海啸初始场特征参数的快速估算方法。

54、(三)有益效果

55、本发明实施例的地震海啸初始场特征参数的快速估算方法，客服了现有反演方法计算速度的问题，借助于历史地震数据的震源机制估算当前海底地震的震源机制，进而获取海底地震的海啸波的初始场特征参数，保证了计算速度，在实际应用中可实现秒级计算结果的输出，且无需大量的准备计算工作。

56、本实施例避免了现有技术中耗时的计算过程，仅通过从历史地震数据库中收集以往的历史地震数据的信息就能够完成计算，计算过程简单且构思新颖，能够快速获取准确的估算结果，计算精度比人工估算准确性更高，可以提供多个选项供预报员选择。