Určování magnitud zemětřesení pomocí metody Precise Point Positioning

Earthquake magnitude estimation using Precise Point Positioning

abstract

Czech

Deformace způsobené zemětřeseními lze, kromě tradičních metod využívajících seismometrů a akcelerometrů, určovat pomocí Globálních navigačních satelitních systémů (GNSS). GNSS lze využít buď s následným zpracováním pro přesný monitoring pohybu země, nebo v reálném čase pro systémy včasného varování. Metoda Precise Point Positioning (PPP) je vhodná pro určování magnitud zemětřesení, protože využívá data pouze z jednoho přijímače a výsledky tedy nejsou ovlivněny jinými potencionálně nestabilními stanicemi. Při zpracování musí být aplikovány přesné modely a produkty. Počáteční konvergence řešení může být odstraněna pomocí řešení celočíselných ambiguit, nebo pomocí zpětného vyhlazování. Produktem pro odhad velikosti zemětřesení na základě dat GNSS je tzv. Peak Ground Displacement (PGD). Naměřené PGD z mnoha GNSS stanic lze využít k robustnímu odhadu magnitudy zemětřesení. Přesnost odhadu magnitud pomocí PGD byla odhadována na základě 6 vybraných zemětřesení z let 2016–2020 s magnitudami v rozsahu 7,5–8,2 Mw. Data

In addition to traditional methods using seismometers and accelerometers, site displacements caused by an earthquake can be observed by the Global Navigation Satellite Systems (GNSS). GNSS can be used in offline mode for precise monitoring of ground motion or in real-time for early warning systems. The Precise Point Positioning (PPP) is a powerful method for earthquake magnitude estimation because data from only one receiver are not affected by other potentially not stable stations. Precise models and products have to be applied, and the initial convergence can be reduced by the integer ambiguity resolution or by backward smoothing. The product for the GNSS-based magnitude estimation is a peak ground displacement (PGD). PGDs observed at many GNSS stations can be utilized for a robust estimate of an earthquake magnitude. We tested the accuracy of estimated magnitudes when using displacements collected between the years 2016 and 2020 from six selected earthquakes with magnitudes in a range of 7.5–8.2 Moment magnitude (MW). We processed high-rate GNSS data from 182 stations by the PPP method implemented in the G-Nut/Geb software. We processed the GNSS observations using a combination of the Kalman filter (FLT) and the backward smoother (SMT). We compared the estimated magnitudes of all the included earthquakes to reference values released by the U. S. Geological Survey (USGS). The moment magnitude based on backward smoother was improved by 20% compared to the Kalman filter-only solution. An average difference was 0.07 MW and 0.09 MW for backward smoothing and Kalman filter-only solutions, respectively.

PPP;GNSS;zemětřesení

PPP;GNSS;earthquake

NOSEK, J.; VÁCLAVOVIC, P.

24. 11. 2022

Štrbské Pleso

1