利用观测到的和模拟的P波起始数据混合集，对库马昂喜马拉雅地区Mw3.0–7.5级地震的地震震级进行实时估算

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Real-time Earthquake Magnitude Estimation utilizing a mixed dataset set of observed and simulated P-wave onsets for the Kumaon Himalaya from M w3.0–7.5 earthquakes

本研究基于卡迈因喜马拉雅地区2011年地震及7次未来情景地震的模拟与观测数据，提出新的地震早期预警震级回归关系，验证了改进的半经验技术（MSET）在P波模拟中的有效性，并建立了τc-Mw、Pd-Mw和Pd-PGV关联模型，为区域地震预警系统提供关键参数支持。

　　本研究旨在探讨地震预警（EEW）系统在印度北阿坎德邦（Uttarakhand）地区的应用潜力。由于地震的发生机制复杂，目前尚无可靠的地震预测方法。然而，随着科技的进步和地震数据的不断积累，地震预警系统已成为减少地震灾害风险和减轻潜在损失的重要工具。这些系统能够在地震发生后迅速检测到地震信号，并在破坏性地震波到达之前向主要城市发出警报。地震预警系统的概念最早由Cooper于1868年提出，应用于美国加利福尼亚州旧金山市。此后，全球范围内不断有研究团队致力于地震预警系统的开发与部署，目前已有多个国家和地区实现了地震预警系统的实际运行。

印度在过去几十年中，也在地震预警系统的建设方面取得了显著进展。特别是在北阿坎德邦地区，已安装了170个P-警报传感器，用于地震预警系统的数据采集。然而，该地区缺乏足够的地震记录数据，仍然是开发地区特定的地震预警回归关系的重要障碍。北阿坎德邦是北阿坎德邦山脉的一部分，该区域由于存在高度活跃的逆冲构造系统，具有显著的地震活动性。此外，该地区还存在一个主要的地震空缺，使其成为未来发生大型地震的高概率区域。随着该地区的城市化进程加快，大量的人工建筑和人口增长，使得该区域对地震灾害的敏感性进一步增加。因此，该地区数百万居民面临地震相关灾害的严重风险，凸显了在该地区实施地震预警系统的紧迫性。

然而，目前在北阿坎德邦地区缺乏地震预警回归关系，这成为地震预警系统发展的主要瓶颈。由于缺乏完整的地震记录数据库，导致地震预警关系的建立受到阻碍。为了克服这一问题，许多国际研究团队使用模拟数据集来弥补数据的不足，并据此开发地震预警回归关系，测试不同的技术方法。这一做法表明，利用模拟数据集在北阿坎德邦地区建立地震预警回归关系具有重要意义。

在全球范围内，已有许多研究团队开发了适用于不同地震震级（M_w≥3）的地震预警回归关系。这些关系通常基于多种地震预警参数，如平均周期（τ_c）、峰值位移幅度（P_d）和峰值地面速度（PGV）。此外，一些研究团队专门针对加瓦尔（Garhwal）和北阿坎德邦地区识别了重要的地震参数，包括应力降、衰减因子、品质因子、区域速度等。这些参数在不同地区之间存在显著差异，反映了它们独特的地震构造特征。因此，由Pal等人（2024）为加瓦尔地区开发的地震预警回归关系并不适用于北阿坎德邦地区的地震预警。通过认识到北阿坎德邦地区的地震构造重要性，本研究旨在建立适用于该地区的地震预警回归关系。这些关系是基于观测和模拟数据集，涵盖55次地震，其震级范围从M_w 3.0到7.5。

在北阿坎德邦地区，地震活动具有显著的时空分布特征。该地区自1897年以来，曾发生多次大地震，包括1897年锡尔隆地震（M_s 8.7）、1905年康格拉地震、1934年比哈尔地震和1950年阿萨姆地震。这些地震不仅对当地造成了巨大的破坏，也对周边国家产生了影响。近年来，该地区的地震活动仍然频繁，尤其是在西北至东南方向上，地震事件的发生具有一定的规律性。为了更好地理解北阿坎德邦地区的地震特性，本研究对该地区的地震活动进行了详细分析，并结合模拟数据集，建立了适用于该地区的地震预警回归关系。

在方法上，本研究采用了半经验技术（SET）来模拟地震波的P相，并基于此分析P波包来建立地震预警回归关系。该方法结合了理论模型和实际观测数据，能够较为准确地模拟地震波的传播特性。此外，本研究还验证了修改后的半经验技术（MSET）在模拟2011年印度-尼泊尔地震（M_w 5.4）中的有效性。通过比较观测数据和模拟数据之间的相似性，发现MSET在5个观测站点上的模拟结果与实际观测数据之间的均方根误差（RMSE）较低，表明该方法在该地区的适用性较高。随后，本研究利用MSET模拟了7次未来地震（M_w 6.0-7.5）的强震记录，并从中提取了3个常用的地震预警参数：平均周期（τ_c）、峰值位移幅度（P_d）和峰值地面速度（PGV）。这些参数的提取基于3秒和5秒的P波时间窗口（PTWs），适用于不同震级范围的地震。

具体而言，3秒的P波时间窗口（PTW）适用于震级范围为3≤M_w<6的地震，而5秒的PTW则适用于6≤M_w≤7.5的地震。通过对这些参数的提取和分析，本研究建立了适用于北阿坎德邦地区的地震预警回归关系。这些关系能够用于估算地震震级和峰值地面速度（PGV），并且在模拟数据中表现出较高的准确性。例如，使用τ_c-M_w和P_d-M_w关系对模拟地震震级进行预测，其最大相对误差分别为0.041和0.052，表明这些回归关系在该地区的适用性较高。同样，使用P_d-PGV关系对模拟的峰值地面速度进行预测，其最大相对误差为0.37，进一步验证了该关系的有效性。

此外，本研究还探讨了在北阿坎德邦地区实施地震预警系统的潜在优势。通过对地震预警回归关系的使用，可以估算出未来地震发生时的预警时间，这对于及时采取避险措施具有重要意义。本研究发现，利用这些回归关系估算的预警时间范围为6.85至90秒，适用于17个位于该地区附近的都市和宗教场所。这些预警时间的估算为地震预警系统的实际部署提供了重要的参考依据。

本研究还强调了地震预警系统在该地区实施的重要性。由于该地区地震活动频繁，且存在较大的地震空缺，未来发生大型地震的可能性较高。因此，建立适用于该地区的地震预警回归关系，有助于提高地震预警系统的准确性，从而更好地保护当地居民的生命财产安全。此外，本研究还指出了在该地区实施地震预警系统面临的挑战，包括数据的不足、技术的限制以及系统的实际应用难度。为了克服这些挑战，本研究采用了模拟数据集，并结合半经验技术，以提高地震预警系统的可靠性。

在研究过程中，本研究团队对北阿坎德邦地区的地震活动进行了详细分析，并结合模拟数据集，建立了适用于该地区的地震预警回归关系。这些关系不仅能够用于估算地震震级和峰值地面速度，还能够为地震预警系统的实际部署提供支持。通过比较模拟数据和观测数据之间的匹配度，发现这些回归关系在该地区的适用性较高，能够有效减少地震灾害的风险。此外，本研究还指出了地震预警系统在该地区实施的潜在优势，包括提高预警的及时性、增强公众的防灾意识以及优化地震应急响应机制。

综上所述，本研究通过结合观测和模拟数据，建立适用于北阿坎德邦地区的地震预警回归关系，为该地区的地震预警系统提供了重要的技术支持。这些关系的建立不仅有助于提高地震预警的准确性，还能够为地震灾害的预防和减轻提供科学依据。通过进一步的研究和实践，有望在该地区实现更加完善的地震预警系统，从而更好地保护当地居民的生命财产安全。