观测数据产品质量是其应用的重要基础。2008年以前,前兆台网主要通过各学科技术管理组开展的年度质量评比工作来进行质量控制。2008年以后,为了及时跟踪台网质量动态,进一步提升观测数据产品质量,逐步建立了一个较为完整的质量监控体系。

(1)2008～2010年

这一时期,前兆台网 有“十五”和“九五”两个技术系统(贾鸿飞等,2013)并行运行。2008年,依托“十五”技术系统,以学科中心为主,开展了“十五”前兆台网日常质量监控、月质量评比工作,与全台网的年度质量评比一起,构成了前兆台网日、月、年3个时间尺度的质量监控体系雏形。其中日常质量监控成为了及时跟踪质量动态的重要手段,监控内容包括数据汇集、仪器运行、观测日志、预处理和观测质量等。2009年前兆台网开始将日常质量监控纳入到学科台网、区域台网的月评比中,区域中心与台站对学科中心日常质量监控信息响应与反馈更加积极与及时。

(2)2011～2013年

这一时期,前兆台网实施并完成了“九五”技术系统并入“十五”技术系统的工程项目(周克昌等,2013a,b),告别了两个技术系统并行的历史,学科中心的日常质量监控、月评比工作相应扩展至全台网,一个相对完整的质量监控体系已经建立(图1)。

图1 前兆台网质量监控体系示意图
Fig.1 Schematic diagram of the quality monitoring system for the earthquake precursory observation networks

2008年以前,地震前兆台网产出产品主要为观测数据产品。2008年以后,经过几个阶段的推进,区域中心、学科中心和国家中心的专业产品开始陆续产出并不断规范、完善和常态化。

(1)2008～2009年

2008年8月《地震前兆台网运行管理办法(试行)》 中国地震局监测预报司.2008.关于印发《地震前兆台网运行管理办法(试行)》的通知.发布,规定各级台网中心按月、年产出观测月报、观测年报。同年11月,《区域地震前兆台网运行管理技术要求(试行)》 中国地震局监测预报司.2008.区域地震前兆台网运行管理技术要求(试行).发布,规定了观测月报、观测年报产出的时间、内容和格式,同时国家中心、学科中心、区域中心制定相应的工作细则。至此,各级台网中心观测月报、观测年报定期编写、产出变为一种制度,观测月报、观测年报成为前兆台网推出的反映台网监测与运行背景动态的第一批专业产品。

(2)2010～2011年

根据《关于强化地震前兆台网产品产出工作的通知》 中国地震局监测预报司.2009.关于强化地震前兆台网产品产出工作的通知.的要求,学科中心制定了各自学科台网产出产品清单及其具体的产出内容。2010年5月国家中心牵头完成了《地震前兆台网产出与汇集服务技术约定》(以下简称为技术约定)和《地震前兆台网产出规范》(试行)(以下简称为产出规范)的编写工作。

该技术约定与产出规范明确了国家中心、学科中心、区域中心产出产品类型、产出内容与格式、产出时限与周期、产品报送与服务等相关方面,将前兆台网的专业产品类型从2种扩充至50种,且规定其中42种产品为常态化定期产出。

2010年6月起,国家中心、学科中心、区域中心严格按照规范与约定的要求产出专业产品,并在规定时限内上报至国家中心。

(3)2012～2013年

2012年4～10月,前兆台网对产出规范进行了第1次修订。修订的内容包括:① 对已产出的专业产品进行初步清理,对无实际应用价值的产品,不再列入产出规范中; ② 增加数据跟踪分析简报和地震应急产品。

2013年,根据“十一五”中国地震背景场探测工程项目“前兆数据处理与加工系统”总体设计(刘春国等,2014)和阶段成果,前兆台网对技术约定与产出规范进行了第2次修订,重点为学科专业图件产品相关内容。

2008年以前,台站观测数据产品通过FTP文件传输到区域中心,区域中心通过FTP文件传输或数据库复制向国家中心汇集。区域中心和国家中心采用SQL Server数据库进行数据产品的存储管理,通过专业软件连接数据库,为地震系统内部科研人员进行震情分析提供数据服务。

2008年以后,由 “十五”数字地震观测网络项目建成的基于Oracle数据库的地震前兆台网数据管理系统和国家中心网站开始正式运行,实现了前兆台网观测数据产品自动汇集与交换、存储与管理、行业内外用户共享服务。2010～2011年,地震科学数据共享工程项目(刘瑞丰等,2007)陆续在省级单位部署数据共享网站,对外提供所辖区域台网观测数据服务。

2010年6月30日,国家中心完成了产品管理与服务平台的研制。该平台采用tomcat + java + jsp +hibernate技术(刘斌,2011)搭建,与同类型的数据共享平台相比,因采用了hibernate的缓冲技术,系统的运行速度大大提高; 观测数据产品服务采用Bresenham算法(刘晶等,2008),实现了快速曲线绘制与浏览。同年8月,该平台与国家中心网站整合并正式运行。通过国家中心网站的产品管理与服务相关栏目(图2),按照产出规范与约定要求各级单位产出的专业产品能够汇集到国家中心的产品数据库,实现产品的统一管理与对外服务。

图2 国家中心网站产品管理与服务相关栏目及其主要功能框图
Fig.2 Block diagram of product management and service related column and its main function of the national precursory networks center web site

前兆台网产出产品包括了台站、区域中心、学科中心和国家中心所有的产品。按照数据加工程度,前兆台网产出产品包括以下3类:

(1)原始观测数据及观测资料:人工观测数据、模拟观测数据、数字化原始观测数据、模拟记录图纸、人工观测记录等。

(2)经台站预处理的观测数据及均值类产品:其中均值类产品主要为小时值、日均值等。

(3)专业产品:经国家中心、学科中心、区域中心加工处理、产品制作形成的成果数据、专业图件或图集、报告、报表等。

其中(1)和(2)又统称为观测数据产品。

专业产品特指承担前兆台网监测、运维与质量控制的国家中心、学科中心、区域中心产出的产品。根据产出内容与形式又可划分为分析研究产品数据、可视化图形产品、台网运行报告、分析研究报告4类:

(1)分析研究产品数据:主要为各学科中心处理和深加工形成的成果数据。包括形变的潮波参数、地磁基本磁场各要素、地下流体变差或相对变差等。

(2)可视化图形产品:包括根据分析研究产品数据编制的专业图件和针对典型观测事件、地球物理事件(含地震事件)产出的专业图集。又可细分为专业图件和专业图集两类。

(3)台网运行报告:主要包括台网运行监控产出的各类报表、运行月报和运行年报:

① 监控报表:包括国家中心、学科中心、区域中心产出的台网运行监控日报、数据质量监控日报和观测质量月、年评价报表等。

② 运行月报(也称观测月报):包括国家中心、学科中心、区域中心产出的运行月报。主要内容为各级台网的月观测背景及动态、观测系统运行状况、数据质量等。

③ 运行年报(也称观测年报):包括国家中心、学科中心、区域中心产出的运行年报。主要内容为各级台网的年观测背景及动态、观测系统运行状况、数据质量及典型事件记录等。

(4)分析研究报告:包括国家中心、学科中心、区域中心每月产出的数据跟踪分析简报; 中强地震震后产出的地震应急快报、地震事件简报; 当观测出现较大的异常或事件时,开展异常落实与事件分析研究工作产出的异常或事件研究报告等。其中数据跟踪分析简报归纳和综合分析台网的监测数据跟踪分析成果及存在问题,并附有数据跟踪分析事件图集; 地震事件简报包括震中附近台网分布情况、台站的仪器运行、观测环境及数据产出及变化情况和台网映震情况等内容。

目前,前兆台网主要专业产品包括各类监控日报、运行月报、运行年报、数据跟踪分析简报、地震事件简报、专业图件、专业图集等。各级单位产出的主要产品与汇集流程如图3所示。

图3 各级单位产品产出与汇集流程示意图
Fig.3 The flow diagram of the output and collection of the product of different units

(1)观测数据产品

根据国家中心前兆数据库的统计,2011～2013年前兆台网727个台站2 412套观测仪器共计产出约1.2 TB的原始观测数据和预处理数据及均值类产品,年均产出量为400 GB,其中秒采样仪器数据量比例约占80%,其余为分钟、小时、日采样仪器产出的数据量。

前兆台网质量监控结果显示,台站观测数据预处理与观测日志填写工作趋于规范,2013年全台网累计预处理问题为5 381台项次数,较2012年下降了9.87%,观测日志问题有5 247台项次数,较2012年下降了20.90%; 观测质量趋于稳定,数据质量优秀率基本保持在80%左右。

(2)专业产品

根据国家中心网站产出管理与服务平台统计,2011～2013年前兆台网(国家中心、5个学科中心和35个区域中心)产出的运行月报、运行年报、地震事件简报、数据跟踪分析简报、专业图件、专业图集等专业产品共计18 095份(表1)。

表1 2011～2013年前兆台网主要专业产品产出情况
Tab.1 Output of main professional products of the Earthquake

台网运行月报共计1 470份,2011年、2012年有38个单位按要求产出了月报,2013年所有单位均按照规范要求编写了运行月报。

地震事件简报共计产出156份,其中区域中心对所辖区域或邻区发生的41次中强地震(以105°E为界,东部M≥4地震,西部M≥5地震)进行资料分析,编写了地震事件简报62份,学科中心、国家中心对我国大陆发生的19次中强地震(东部M≥5地震,西部M≥6地震)进行了资料分析研究,编写地震事件简报94份 。

数据跟踪分析简报共计产出548份。2011～2013年正处于数据分析跟踪工作及其简报的编写试点、试点扩大阶段。2011年8～12月,6个区域中心、5个学科中心和国家中心,共计产出了数据跟踪分析简报50份; 2012年7月开始,区域中心扩大到18个,共计产出220份; 2013年产出278份。

专业图件共计15 775幅,其中按日产出的主要为地磁的D、M、Z、F分量的日变幅、日变形态、日变畸变空间分布图,占到专业图件的97.3%; 按月产出431幅,主要为地磁F月均值ZIZ空间分布、地磁F滑动平均月均值ZIZ空间分布图,水温月变化分布图,倾斜、应变和重力的潮汐因子空间变化图以及钻孔应变月变化空间图等。专业图集共计产出26份。

目前,前兆台网产品主要通过数据库、网站两种方式对外提供服务。

数据库服务方式主要采用专业软件连接各级中心的前兆数据库直接访问观测数据产品,专业软件包括监测人员常用的数据处理分析软件—前兆台网数据处理系统(周克昌等,2011)、预报人员常用的地震分析预报软件—MAPSIS(陆远忠等,2002)等。

用于前兆产品服务的网站包括各省级单位数据共享网站、学科中心网站和国家中心网站。其中国家中心网站服务信息最为丰富和全面。服务内容包括了前兆台网产出的所有产品:原始观测数据、预处理数据及其均值类产品和专业产品(保密数据除外)。截至2013年12月31日,国家中心网站拥有1 214个注册用户,其中包含1个分析预报集体用户。2011～2013年累计访问量达到318 480次,数据下载量高达34 GB。用户主要为地震行业分析预报人员,高校及研究机构的科研人员,以及水利、国土资源管理开发人员。

目前,观测数据产品的共享服务采取了与前兆数据库中其存储表类别的方式分类对外提供服务,如数据类型分为原始数据、预处理数据和产品数据,每类数据又按采样率不同分为分钟值、小时值、日值等,不了解监测和前兆数据库结构的用户很难找到需要的数据; 由于台站改造或仪器更新等原因,同一个测点的历史观测数据和当前观测数据在数据库中存放在不同表或同一数据表的不同测点上,服务时不能提供衔接服务,给需要较长时间观测数据的用户带来极大的不便; 此外观测数据产品与台站基础信息、日志信息、质量监控信息等辅助信息分开服务,也影响了服务的效率。

为了解决以上问题,笔者认为应从数据管理的层面着手,开展当前观测数据与历史数据、不同时间尺度观测数据、观测数据产品与基础信息、日志信息、质量监控信息等的融合管理研究,在此基础上,提高观测数据产品服务水平,打造一个快捷、便利、高效的观测数据产品服务共享平台。

目前,专业图件以观测数据浅加工分析产品为主,一些专业图件物理意义不是很明确,与地震预测预报、科学研究的需求存在一定的差距。 为此,笔者建议,加强对现有专业图件产品的实用化研究,淘汰无应用价值的产品; 加强具有明确物理含义及应用前景的成场产品和深层次数据分析产品的加工模型与应用研究,逐步推出具有实际应用价值的专业图件产品。

尽管专业图件产品不尽如人意,但运行月报、运行年报、地震事件简报、数据跟踪分析简报等其他大多数专业产品相对已经成熟,这些产品记录了台网监测与运行背景动态,从监测的视角给出了前兆台网的观测结果解释和观测现象的说明,对观测数据产品在地震分析预报、科研中应用具有较高的参考价值。

目前,这些专业产品的用户主要为台网监测人员,只有少数用户为地震分析预报人员,原因主要有两个。一个是缺乏必要的宣传,这些产品不为外人所熟悉; 另外一个原因则是出于安全的考虑,这些产品服务只在行业内网对少数高级用户开放。

为了改变这种现状,笔者建议加强产品宣传与交流,建立专业产品用户的审核、专业产品使用管理机制,加强服务平台的安全管理能力,尽快将专业产品的服务范围拓展至分析预报及其他行业外用户。