整体粒子滤波法

**緊急地震速報**（日語：**緊急地震速報**，英語：**Earthquake Early Warning**，縮寫：**EEW**）是日本在探測到地震後發布的一種警報，以日本氣象廳為中心進行發布。2004 年開始試驗執行，2007 年 10 月 1 日正式開始為日本全國提供服務。

日本氣象廳發布兩種類型的速報：一種面向進階使用者（稱為「預報」，但並非地震預報），另一種面向大眾（稱為「警報」）。

## 類型

### 預報

緊急地震速報（預報），在法律上對應「地震動預報」，由氣象廳或氣象廳授權的「地震動預報業務許可業者」發布，內容包括地震發生時間、震源、預測最大震度、預測震度 5 弱及以上的地區名及其震度和使用者所在地預測震度及預測震動到達時間等。在預測最大震度達到 3 及以上，或預測規模達到 3.5 以上，又或有觀測點的加速度達到 100gal 時發布。

通常，在同一次事件（地震）中發布的速報會多次更新，第一次發布的預報（第 1 報）注重速度，此後發布的資訊則會提高準確性。

### 警報

緊急地震速報（警報），在法律上對應「地震動警報」和「地震動特別警報」，根據《氣象業務法》規定只由氣象廳發布，內容只有地震發生時間、震源和預測震度 4 以上的地區名，在預測最大震度達 5 弱或以上時發布。與預報不同，需要有 2 個及以上觀測點觀測到震動時才會發布。

雖然法律規定預測震度 5 弱及以上時發布地震動警報，預測震度 6 弱及以上時發布地震動特別警報，但實際發布時不會有區別。

## 整合粒子濾波法

**整合粒子濾波法**（英語：Integrated Particle Filter，日語：パーティクルフィルタを用いた統合震源決定手法，簡稱 **IPF 法**），是指由京都大學防災研究所和日本氣象廳共同開發，於 2016 年 12 月開始被日本氣象廳投入使用的用來改善同時發生多個地震的情況下發出緊急地震速報的精度問題的演算法。

### 研發背景

由於在 2011 年日本東北地方太平洋近海地震和 2016 年熊本地震等強烈地震發生的情況下，由於餘震活動頻繁活躍，時不時就會出現多次地震幾乎同時發生的情況。在 2016 年之前，由於緊急地震速報系統演算法的不完善，加之強震後許多地震觀測點和震度觀測點都因停電、海嘯等原因處於資料中斷狀態，在多次地震同時發生的情況下，緊急地震速報所預測的規模和震度時常過大，造成了多次誤報的情況。以 2011 年日本東北地方太平洋近海地震和 2016 年熊本地震為例，由於這種誤報的頻繁出現，使得這兩個地震所處年份的誤報數激增至 60 次和 30 次，與其他年份的年平均值 11.5 次要多出數倍。另外，2013 年 8 月 8 日因三重縣近海的海底地震儀將觀測到的噪聲當作地震的搖晃，緊急地震速報系統根據該資料判斷出奈良縣發生了 7.8 的強烈地震，對奈良縣和大阪府發布了最大震度為 7 的緊急地震速報。但實際上這次地震的規模僅為 2.3，沒有觀測到震度 1 或以上的震動。為提高緊急地震速報的精度，日本氣象廳於 2014 年首次提出了 IPF 法的概念，並預計於 2015 年下半年開始試用，於 2016 年正式實行。除此之外，加之受到 2016 年 8 月因測站電源故障而產生的大誤報的影響，IPF 法最終於 2016 年 12 月 14 日開始正式實行。

### 演算法

IPF 法大致來說即把過去分別進行的震源預測演算法整合到一起進行計算。日本氣象廳表示，「即使觀測點的數目很少，也可以同時處理很多資訊，所以可以運用此方法在短時間內尋求震源元素，提高資訊的可靠性」。以電視螢幕上的「特定人物的自動跟蹤」為例，出現在電視螢幕上的特定人物如果暫時因障礙物隱藏，但粒子濾波法可根據該特定人物的特徵（形狀，顏色等）推測在螢幕中的移動，可以在短暫失去目標的情況下跟蹤該特定人物。通過粒子濾波法進行震源測定，便可以將同時發生的幾次地震分離開。

2018 年 3 月 22 日起，為解決大地震的震度預測過小的問題，日本氣象廳開始實行了根據周邊觀測點觀測到的即時震度預測相關點的震度的局部無阻尼運動傳播法（即 PLUM 法），與 IPF 法結合使用。

### 運用

2017 年 4 月 20 日，日本福島縣近海和茨城縣北部同時發生了 4.8 地震和 1.4 地震，已實行 IPF 法的緊急地震速報系統成功將這兩次地震分離開，被認為是一次成功的案例。然而，2017 年 8 月 14 日，千葉縣西北部發生 4.5 地震，震源深度約 102 公里。一元法（2016 年之前的演算法）所算出的震源原本更貼近於實際資料，但 IPF 法卻在地震發生 30 秒後將震源誤算成距離實際震源約 40 公里的地方。雖然預測的震度在 IPF 法移動震源之前和之後沒有顯示出很大的差異，但這次誤算也暴露出 IPF 法在計算深源地震參數時的缺陷。即便如此，經 2018 年 2 月第 8 次緊急地震速報評價改善檢討會成員評定，IPF 法對緊急地震速報的精度有著顯著的提升。

## 局部無阻尼運動傳播法

**局部無阻尼運動傳播法**（全稱：Propagation of Local Undamped Motion 法，簡稱：**PLUM 法**，日語簡稱：プラム法）是指由日本氣象廳氣象研究所研發，於 2018 年 3 月開始被日本氣象廳啟用的針對緊急地震速報的最佳化演算法，實質上是波場的一種估計演算法。該演算法不通過震源參數進行測算，不對震源和震央進行定位，僅使用即時觀測到的震度對其他待測點的震度進行測算。

## 提供方式

### 電視

《氣象業務法》規定，一旦氣象廳發布地震動警報，必須立即通知 NHK，NHK 也必須立即對警報進行放送。

NHK 從 2007 年 10 月 1 日開始在電視、調頻、調幅波段中發布緊急地震速報。在 NHK 電視頻道中，速報會在提示音（鐘聲）發出時疊加在電視畫面上，在此之後會播放 NHK 的播音員末田正雄（末田 正雄）的語音：「緊急地震速報，請小心強烈搖晃。」（日文：緊急地震速報です。強い揺れに警戒して下さい。），隨後 NHK 會插播地震相關訊息。如果正在播放的節目是直播節目，則會暫時中斷原有內容，由主持人提示觀眾應如何避險，以及「保險起見請注意海嘯」等資訊，若氣象廳發佈海嘯警報，則會進行緊急警報廣播。另外，NHK 的緊急地震速報提示音受到著作權保護，任何單位和個人使用時需得到授權。

其他電視台也有類似的警報。部分電視台的緊急地震速報使用的是 NHK 的提示音。

### 行動電話網路

日本三大行動電話運營商 NTT DoCoMo、au 和 Softbank 自 2007 年起開始提供緊急地震速報業務。2007 年之後，日本廠商必須在投向市場的 3G 行動電話支援這一功能；但由於此訊息速報功能為日本初創〔非藉由一般簡訊發送的方法，而是由細胞廣播（cell broadcasting）擴展而成的 ETWS〕，因此初期海外廠商在日本銷售和漫遊的手機尚不支援，蘋果公司將日本所販售 iPhone 手機的 iOS 5.0 及以上作業系統加上緊急地震速報功能。近年大部分在日本經營運商發售的 Android 智慧型手機亦已內建此功能。其他智慧型手機亦可藉由安裝 App 的方式增加此功能。此服務免費並預設在新行動電話中開啟，無法被使用者關閉。且為避免造成混淆，警報的提醒聲為固定且不允許使用者自行修改。

### 有線電視

日本的有線電視台提供價格合理的 EEW 服務。比如，日本有線電視（JCN）向外出租可接收面向進階使用者的 EEW 的接收器，其能告知使用者地震的震度和預計到達時間。一些有線電視台也在 FM 廣播上播發 EEW，並免費提供裝置給地方公共團體。

## 出現的問題與改善

### 誤報

日本氣象廳沒有給出緊急地震速報「誤報」的明確定義，現在也已不再使用「誤報」這一名稱（僅在 2009 年 8 月 25 日發布的緊急地震速報的有關資料中使用過）。目前，日本氣象廳把緊急地震速報出現失誤的情況分成兩種：發布了緊急地震速報（警報）但觀測最大震度不足 4 的情況（日語：空振り，原意為「揮棒落空」），和沒有發布緊急地震速報（警報），觀測最大震度卻達到 5 弱或以上的情況（日語：見逃し，原意為「沒有出棒」）。

自 2007 年 10 月緊急地震速報（警報）開始提供以來，共出現了 2 次在沒有觀測到震動的情況下發出警報的情況。

* 2009 年 8 月 25 日，千葉縣東方近海發生地震，雖然發布了緊急地震速報（警報），但實際沒有觀測到搖晃。事後查明發出警報的原因是設定千葉縣南房總市「千葉三芳」地震計的業者在更新軟體時出現失誤，使得實際觀測到震動的約 20 倍強的震動資料被傳回氣象廳，使得誤報被發布。誤報導致了很大的混亂。最終氣象廳地震火山部部長和地震火山部管理課長受到「文書嚴重注意」處分，業者受到「指名停止 1 個月」處分。
* 2013 年 8 月 8 日，氣象廳發布「奈良縣發生 7.8 地震」的緊急地震速報（警報），但實際上沒有觀測到搖晃。原因是在三重縣近海設定的海底地震計觀測到噪音的同時，和歌山縣北部恰好發生了 2.3 地震，於是發布了警報。誤報導致新幹線一時停止執行，事後氣象廳進行了道歉。

### 不適當的速報

2011 年東北地方太平洋近海地震發生後，許多地震觀測點和震度觀測點都因停電、海嘯等原因，處於資料中斷狀態，導致緊急地震速報的發布受到影響，又加上大地震後餘震和誘發地震頻發，常常會有在不同地域幾乎同時發生兩個甚至數個地震的情況，而緊急地震速報系統會把它們看作同一個大地震進行處理，所以經常出現發布緊急地震速報（警報），但最大震度沒有達到 5 弱的情況。2016 年熊本地震期間，也發生過類似的情況。

### 改善

吸取東日本大震災、熊本地震等帶來的經驗教訓後，日本氣象廳開始著手對緊急地震速報系統進行改善。目前主要的改進措施如下：

* IPF 法：全稱為整合粒子濾波法（英語：Integrated Particle Filter），用來改善同時發生多個地震的情況下發出緊急地震速報的精度問題，已於 2016 年 12 月投入使用。
* PLUM 法：全稱為局部無阻尼運動傳播法（英語：Propagation of Local Undamped Motion），使用各觀測點的即時震度資料來對其附近地區的預測震度進行更新，用於提高緊急地震速報的震度預測精度，於 2018 年 3 月 22 日開始使用。
* 利用防災科學技術研究所管理的「S-net」（日本海溝海底地震海嘯觀測網），對於發生在日本太平洋近海的地震，有望最多提前 30 秒發出緊急地震速報。

## 參見

* 地震預警系統
* 緊急警報廣播

## 參考資料

## 外部連結

* Japan Meteorological Agency: Earthquake Early Warnings （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文）