S波到时计算

CNN_Local_SWS: S 波到时计算

该计算过程涉及 理论到时计算、S 波实际到时计算、时间扰动引入 以及 波形数据读取，确保时间窗口的选取足够精确。

1. 计算 S 波的理论到时

if S_arrival == -1:
    S_arrival = model_s.get_travel_times(
        source_depth_in_km=st[0].stats.sac['evdp'],
        distance_in_degree=st[0].stats.sac['gcarc'],
        phase_list=["s"]
    )[0].time

• 使用 TauPyModel 计算 S 波传播时间，输入震源深度 evdp 和震中距 gcarc，返回 S 波的理论到达时间 S_arrival（单位：秒）。

2. 计算 S 波的实际到时

S_arr = int((st[0].stats.sac['o'] + S_arrival - st[0].stats.sac['b']) * 100) + shift

• 基于理论到时计算实际到时：
  • o：地震事件发生时间。
  • S_arrival：S 波传播时间。
  • b：数据记录开始时间。
  • 转换为 1/100 秒单位 并加入随机偏移 shift。

3. 引入时间扰动

for ishift in range(22):
    shift = int((ishift - 10) * 2 - np.random.choice([0,1], size=1))
    if ishift == 10:
        shift = 0

• 在 ±20 采样点范围内加入随机偏移，模拟测量误差，提高数据鲁棒性。

4. 读取 SAC 头文件时间信息

f = st[0].stats.sac['f']
f_tr = int((f - st[0].stats.sac['b']) * 100)

• 获取时间窗口信息：
  • f：事件时间窗口结束时间。
  • b：记录开始时间。
  • 计算 时间窗口长度 f_tr（单位：采样点）。
• 讨论：b vs `a：
  • b 代表 文件记录的开始时间，用于计算 S 波到达时间的相对时刻。
  • a 代表 事件初动时间，通常指 P 波初动，在 S 波计算中可能并不适用。

5. 读取波形数据

nz = '../data/SWS_trace/' + nst + '/' + neq + '/' + nst + '.z'
nn = '../data/SWS_trace/' + nst + '/' + neq + '/' + nst + '.n'
ne = '../data/SWS_trace/' + nst + '/' + neq + '/' + nst + '.e'
st = read(nz)

• 读取三分量波形数据（Z、N、E），用于剪切波分裂分析。

总结

最终 S_arr 以 1/100 秒单位计算，用于剪切波分裂分析。

Pytheas计算S波到时
函数: arPicker
该函数使用AR-AIC方法（Akazawa, 2004）来自动计算P波和S波的到达时间。此方法集成在Obspy中，使用obspy.signal.trigger.ar_pick来实现。
参数：

stream: 包含波形数据的Stream对象（包含3个分量：垂直分量、北向分量和东向分量）。该数据流用于计算P波和S波到达时间。
pkCNF: 配置类parsePickerCnf，包含S波和P波到达时间计算所需的设置参数。

返回值：

p: P波到达时间，相对于记录开始时间的秒数。
s: S波到达时间，相对于记录开始时间的秒数。

def arPicker(stream, pkCNF):
    df = stream[0].stats.sampling_rate  # 采样率
    z, n, e = stream  # 获取三分量（垂直、北向、东向）
   
    # 使用ar_pick计算P波和S波的到达时间
    p, s = ar_pick(
        z.data, n.data, e.data, df,
        pkCNF.arFMIN, pkCNF.arFMAX, pkCNF.arLTAP, pkCNF.arSTAP,
        pkCNF.arLTAS, pkCNF.arSTAS,
        pkCNF.arMP, pkCNF.arMS, pkCNF.arLP, pkCNF.arLS,
        s_pick=True  # 标记计算S波的到达时间
   )
    
    logging.info("AR-AIC arrivals (p,s) in s: " + str((p, s)))
    return p, s

关键步骤：

参数初始化：从Stream对象中获取采样率（df）和波形数据（z, n, e）。这些数据是用于计算P波和S波到达时间的输入。
调用ar_pick：使用ar_pick函数计算P波和S波的到达时间。该函数包含了多个参数，用于配置计算过程中的频率范围、滤波器参数等。
返回结果：返回P波和S波的到达时间（单位为秒），并记录日志输出。

参考文献：

Akazawa, T., 2004. A technique for automatic detection of onset time of P-and S-Phases in strong motion records, 13th World Conference on Earthquake Engineering.