--- jupytext: text_representation: extension: .md format_name: myst format_version: 0.13 jupytext_version: 1.13.0 kernelspec: display_name: Python 3 language: python name: python3 --- # 地震台站 - 本节贡献者: {{田冬冬}}、{{姚家园}} - 最近更新日期: 2023-04-29 - 预计花费时间: 60 分钟 --- 全球地震台站有成千上万个，通常在某个具体研究中只需要符合特定要求的台站，因而需要对地震台站进行筛选。 这一节介绍如何筛选公开地震台站并获取台站信息。 ## 使用 EarthScope SAGE: GMAP 筛选台站 ```{note} EarthScope SAGE GMAP （之前称为 IRIS GMAP）使用了 Google 地图服务，因而需要科学上网才能正常访问。 ``` EarthScope SAGE GMAP （之前称为 IRIS GMAP）是一个由 EarthScope SAGE 提供的地震台站网页搜索工具，可以 方便地查看全球地震台站分布以及台站的详细信息。下面演示 EarthScope SAGE GMAP 的基本使用方法。 访问 EarthScope SAGE GMAP 网站 [https://ds.iris.edu/gmap/](https://ds.iris.edu/gmap/)， 会看到如下界面：界面左侧为功能栏，可以使用不同的准则筛选地震台站； 右侧为显示区，用于显示符合筛选条件的地震台站。 左侧功能栏中，支持以多种不同的方式对地震台站进行筛选：指定台网名、台站名、位置码、通道名；指定时间范围；指定台站位置范围（矩形区域或圆形区域）；指定地震数据中心。 :::{figure} gmap-1.jpg :align: center :alt: "EarthScope SAGE GMAP 界面" :width: 90% EarthScope SAGE GMAP 界面 ::: 例如，想筛选所有 `IU` 台网的宽频带地震台站，则可以在 **Network** 框中输入 `IU`， 在 **Channel** 框中输入 `BH?`（此处的问号为通配符），然后点击上方的 **Update Map** 按钮，界面右侧便会显示出所有满足筛选条件的台站。右侧上方为地图区域，圆圈标记了 台站的位置；下方为列表区域，会显示台网名、台站名、台站位置以及台站的开始和结束时间。 :::{figure} gmap-2.jpg :align: center :alt: "EarthScope SAGE GMAP 显示 IU 台网的宽频带台站" :width: 90% EarthScope SAGE GMAP 显示 IU 台网的宽频带台站 ::: 可以更进一步查看每个台站的详细信息。以位于美国新墨西哥州的地震台站 `IU.ANMO` 为例， 点击 `IU.ANMO` 台站对应的圆圈或下方列表区域的该台，会出现如下图所示的提示框： :::{figure} gmap-3.jpg :align: center :alt: "EarthScope SAGE GMAP 查看 IU.ANMO 台站的基本信息" :width: 90% EarthScope SAGE GMAP 查看 IU.ANMO 台站的基本信息 ::: 可以看到，`IU.ANMO` 台站位于美国新墨西哥州 Albuquerque 市，台站开始运行的时间为 2002 年 11 月 19 日，结束运行的时间为 2599 年 12 月 31 日（这一“未来”结束时间 表示台站依然在长期运行中）。 点击提示框中的 “More Information”链接，则会跳转到 [EarthScope SAGE MDA](https://ds.iris.edu/mda) 中 该台站所对应的页面（即 https://ds.iris.edu/mda/IU/ANMO/?starttime=2002-11-19&endtime=2599-12-31)。 该页面不仅列出了台站的基本信息，还列出了台站所使用的地震仪器及其基本参数。 :::{figure} mda-1.jpg :align: center :alt: "EarthScope SAGE MDA 中查看 IU.ANMO 台站的基本信息" :width: 90% EarthScope SAGE MDA 中查看 IU.ANMO 台站的基本信息 ::: ## 使用 ObsPy 下载地震台站信息 EarthScope SAGE GMAP 作为一个在线工具可以很直观地查看台站分布和基本信息，但却不适合数据 自动化处理。ObsPy 提供了从不同的地震数据中心筛选和下载台站基本信息的功能。 下面演示如何使用 ObsPy 的 {meth}`Client.get_stations() ` 函数筛选和下载地震台站信息。 首先，需要导入 ObsPy 中地震数据中心数据下载客户端 {class}`~obspy.clients.fdsn.client.Client`： ```{code-cell} ipython3 from obspy.clients.fdsn import Client ``` 接下来，我们需要初始化一个 {class}`~obspy.clients.fdsn.client.Client` 对象。 ObsPy 的 `Client` 支持多个地震数据中心。这里我们选择使用 EarthScope SAGE（以前称为 IRIS）地震数据中心： ```{code-cell} ipython3 client = Client("IRIS") ``` {meth}`Client.get_stations() ` 函数可以根据指定的参数获取地震台站信息。这里我们想要获得 `IU` 台网中所有台站名以 `A` 开头的 宽频带三分量（`BH*`）台站，并同时获取台站的仪器响应信息（`level="response"`）： ```{code-cell} ipython3 inv = client.get_stations( network="IU", station="A*", channel="BH*", starttime="2002-01-01", endtime="2002-01-02", level="response" ) ``` 该函数会向 EarthScope 地震数据中心发起请求，并返回符合条件的地震台站信息。其返回值是 {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类型，并被保存到变量 `inv` 中。 下面我们看看变量 `inv` 中的内容： ```{code-cell} ipython3 print(inv) ``` 可以看到，返回的变量 `inv` 中包含了满足条件的 1 个台网、3 个台站、15 个通道的信息。 {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类提供的 {meth}`Inventory.plot() ` 函数 可以用于快速绘制地震台站分布图： ```{code-cell} ipython3 inv.plot(); ``` {meth}`Inventory.plot_response() ` 函数可以用于绘制仪器响应。下面的函数绘制了 `inv` 中所有 `BHZ` 分量的仪器响应，并设置了仪器响应图的 最小频率为 0.001 Hz： ```{code-cell} ipython3 inv.plot_response(min_freq=0.001, channel="BHZ"); ``` ## 台站信息的读和写 通过 {meth}`Client.get_stations() ` 获得的台站信息可以保存为多种不同格式。下面的代码将台站信息以 StationXML 格式保存到文件 `stations.xml` 中： ```{code-cell} ipython3 inv.write("stations.xml", format="STATIONXML") ``` 在需要时，随时可以使用 {func}`read_inventory() ` 函数读入磁盘文件中的台站信息。该函数值返回 {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类型： ```{code-cell} ipython3 from obspy import read_inventory inv = read_inventory("stations.xml") ``` ## 深入理解和使用 {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类 上面提到，{meth}`Client.get_stations() ` 和 {func}`read_inventory() ` 的返回值都是 {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类型。 事实上，{class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类是 ObsPy 中最核心的类之一，用于储存地震台站信息。 下图展示了 {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类的属性及其层级关系： {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类可以看做是 {class}`~obspy.core.inventory.network.Network` 类的列表; {class}`~obspy.core.inventory.network.Network` 类可以看做是 {class}`~obspy.core.inventory.station.Station` 类的列表; {class}`~obspy.core.inventory.station.Station` 类可以看做是 {class}`~obspy.core.inventory.channel.Channel` 类的列表。 :::{figure} https://docs.obspy.org/_images/Inventory.png :align: center :alt: "ObsPy 的 Inventory 类" :width: 100% ObsPy 的 {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类。引自 [ObsPy 网站](https://docs.obspy.org/_images/Inventory.png)。 ::: ### {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 类 可以对 {class}`~obspy.core.inventory.inventory.Inventory` 进行列表相关的操作， 下面对 `inv` 进行循环并打印每个元素（即 `Network` 类）的值： ```{code-cell} ipython3 for net in inv: print(net) ``` ### {class}`~obspy.core.inventory.network.Network` 类 {class}`~obspy.core.inventory.network.Network` 类提供了很多台网相关的属性和函数。 例如，下面的代码会输出第一个台网的代码、总台站数以及 `inv` 中实际包含的台站数目： ```{code-cell} ipython3 net = inv[0] print(net.code, net.total_number_of_stations, net.selected_number_of_stations) ``` 可以对 {class}`~obspy.core.inventory.network.Network` 进行列表相关的操作， 这里我们取其第一个台站并查看其信息： ```{code-cell} ipython3 sta = net[0] print(sta) ``` ### {class}`~obspy.core.inventory.station.Station` 类 {class}`~obspy.core.inventory.station.Station` 类也提供了很多台站相关的属性和函数。 例如，下面的代码输出了当前台站的台站代码、经纬度、高程、台站的总通道数目和当前 `inv` 中包含的 通道数目： ```{code-cell} ipython3 print(sta.code, sta.latitude, sta.longitude, sta.elevation) print(sta.total_number_of_channels, sta.selected_number_of_channels) ``` 可以对 {class}`~obspy.core.inventory.station.Station` 进行列表相关的操作， 这里我们取该台站的第一个通道并查看其信息： ```{code-cell} ipython3 chn = sta[0] print(chn) ``` ### {class}`~obspy.core.inventory.channel.Channel` 类 {class}`~obspy.core.inventory.channel.Channel` 类也提供了很多通道相关的属性和函数。 例如，下面的代码输出了当前通道的方位角、倾角、位置码和采样率等信息： ```{code-cell} ipython3 print(chn.azimuth, chn.dip, chn.location_code, chn.sample_rate) ```