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基于灰色灾变和ARMA的东日本地震预测模型分析
南京人口管理干部学院刘俊莉、戴艳芸、程冬雪
摘要:本文以1970年至今(2011年5月24日,以下同此)东日本大地震周边地区地震数据为基础建立预测模型。在获得该地区地震的震级及间隔时间的大致分布情况的基础上,基于G—R关系建立了地震预测常用的泊松概率模型进行初步拟合,但拟合效果不好。其次,利用Eviews软件建立震级预测模型。并对未来十个月进行预测,得到在未来十个月内将有两次六级以上强震。利用R软件构建时间间隔灰色灾变模型。并对未来两期进行预测。通过对两模型预测结果的比较,得到两模型结论一致,两者拟合效果均良好。最后,对模型的优缺点进行了评价,说明了模型的局限性,并对模型的可靠性进行了分析。根据本文建立的预测模型说明了统计方法在地震预测中的可行性及多种模型共同预测的优势。
关键词:东日本大地震;时间序列;震级预测模型;间隔时间灰色灾变模型
1研究背景
地震(earthquake)又称地动、地振动,是地壳快速释放能量过程中造成振动,期间会产生地震波的一种自然现象。地震,是地球内部发生的急剧破裂产生的震波,在一定范围内引起地面振动的现象。地震就是地球表层的快速振动,在古代又称为地动。它就像海啸、龙卷风、冰冻灾害一样,是地球上经常发生的一种自然灾害。大地振动是地震最直观、最普遍的表现。在海底或滨海地区发生的强烈地震,能引起巨大的波浪,称为海啸。地震是极其频繁的,全球每年发生地震约为五百五十万次。地震常常造成严重的人员伤亡,能引起火灾,水灾,有毒气体泄漏,细菌及放射性物质扩散,还可能造成海啸,滑坡,崩塌,地裂缝等次生灾害。当某地发生一个较大的地震时,在一段时间内,往往会发生一系列的地震。
地震发生时,最基本的现象是地面的连续振动,主要特征是明显的晃动。极震区的人在感到大的晃动之前,有时会先感到上下跳动。这是因为地震波从地内向地面传来,首先到达的是纵波的缘故。接着横波产生大振幅的水平方向的晃动,是造成地震灾害的主要原因。地震对自然界景观也有很大影响。最主要的后果是地面出现断层和地震裂缝。地震的晃动使表土下沉,浅层的地下水受挤压会沿地裂缝上升至地表,形成喷沙冒水现象。大地震能使局部地形改观,或隆起,或沉降。使城乡道路坼裂、铁轨扭曲、桥梁折断。在现代化城市中,由于地下管道破裂和电缆被切断造成停水、停电和通讯受阻。煤气、有毒气体和放射性物质泄漏可导致火灾和毒物、放射性污染等次生灾害。在山区,地震还能引起山崩和滑坡,常造成掩埋村镇的惨剧。
地震是一种严重的自然灾害,地震成因和地震预测预报是古人和世人长期探究的既古老又现实的重大科学难题之一。自20世纪伊始,人类就开始对地震进行系统研究,研究地震的成因以进行地震预测;随着板块构造理论的诞生与成熟,
1968年,板块理论创立人之一奥立佛(Oliver)和学生斯克斯(Sykes)在《地球物理研究》(Journal of Geophysical Research)上发表了有史以来被阅读的最为广泛的地震学文章《地震学与新全球板块理论》(Seismology and the new global tectonics),从此人类对地震的认识进入了一个全新的时代。
地震预测研究在世界和我国大约都是从20世纪五六十年代才开始的。我国自1966年邢台地震以来,广泛开展了地震预报的研究。经过40多年的努力,取得了一定进展,曾经不同程度的预报过一些破坏性地震。,我国做出了成功的预报,这是人类历史上的第一次成功的地震预报。、8月29日在四川松潘、。由于国家的重视和其明确的任务性,我国的地震预报经过艰辛的探索与努力,已居于世界先进行列。我国经联合国教科文组织评审,作为唯一对地震做出过成功短临预报的国家,被载入史册。但是,地震预测依旧是世界公认的科学难题,地震预报仍处于探索阶段,在国内外都尚未完全掌握地震孕育发展的规律。目前,有关方法所观测到的各种可能与地震有关的现象,都呈现出极大的复杂性;科研人员所做出的预报,特别是短临预报,主要是经验性的。因此,不可避免地带有很大的局限性。地震预测,尤其是短临期预测被认为是当代自然科学的一个世界性难题,地震预测难题从认识到被解决需要几代人坚持不懈的努力(陈运泰,1998)。
地震是大地构造活动的结果,所以地震的发生必然和一定的构造环境有关。同时,地震不是孤立发生的,它只是整个构造活动过程中的一个事件,在这个事件之前,还会发生其他事件。如果能确认地震前所发生的事件,就可以利用它作为前兆来预测地震。另外,地震的发生又带有随机性。在积累着的构造应力作用下,岩石在何时、何处发生破裂,