지진조기경보는 속도가 빠른 P파를 이용하여 지진의 규모, 진앙 등과 같은 정보를 분석하고 피해를 일으키는 S파나 표면파가 도달하기 이전에 지진에 대한 경보를 사람들에게 신속하게 제공하는 것을 목적으로 한다. 그렇기 때문에 P파만으로 경보에 필요한 지진 정보를 얻을 수 있어야 하며 본 연구에서는 진앙거리가 증가함에 따라 P파 초기 경사가 선형적으로 감소하는 특성을 사용하여 진앙 거리를 측정하는 방법에 대한 연구를 수행하였다.
P파 포락곡선은 P파의 초기경사와 관련 있는 변수를 포함하는 함수로 표현할 수 있는데 함수 형태에 따라 B-?법과 C-?법으로 구분할 수 있다. 이 연구에서는 P파 초동이 검출된 이후부터 P파 최대 진폭의 포락곡선을 만들고 각 곡선에 함수를 적합시켜 P파 초기경사를 나타내는 변수 B, C를 측정하였으며, 국내 지진자료를 이용해 초기경사 변수와 진앙거리의 경험식을 개발하였다.
연구를 수행하기 위해 2005년부터 2014년까지 한반도에서 발생한 규모 3.0 이상의 98개 국지 지진과 2005년 1월부터 2015년 8월까지 서울을 중심으로 반경 2000km 이내에 발생한 규모 5.0 이상, 깊이 30km 이내의 383개 지역 거리 지진을 선정하였다. 선정된 원시지진자료에 실시간 고주파 통과 재귀필터를 적용하였으며 속도 자료는 가속도로 변환하였다. 그리고 P파 초동 검출을 위해 STA/LTA법을 사용하였다. P파 초동이 검출된 지진자료로부터 변수(B, C)를 측정하였는데, 지역거리 지진은 국지지진과 달리 초기경사 변수(B, C)와 진앙거리와의 상관도가 낮아 단일관측소로부터 진앙거리 정보를 추출하는 것이 어려운 것을 확인하였다. 따라서 지역거리 지진은 연구에 제외시켰으며 안정적인 분석을 위해 P파 주시와 진앙거리의 관계를 이용해 총 4035개의 P파 지진 자료를 선별하였다.
P파 초기경사와 진앙거리의 상관도가 높은 고정 시간창을 결정하기 위해 0.1초, 0.2초, 0.3초, 0.4초, 0.5초, 1초, 1.5초, 2초, 3초 간격으로 P파 초기경사를 측정하여 진앙거리와의 상관도를 비교하였다. 대체로 C-?법은 B-?법에 비해 짧은 시간 창의 자료에서도 동등한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다. 따라서 C-?법이 지진조기경보를 위한 방법으로 더 적합하다고 판단하였다. 그리고 C-?법에 가장 적합한 시간 창의 크기는 0.5초로 계산되었다. 고정 시간창이 아닌 가변 시간창 또한 P파 초기 경사 측정에 사용가능한지 검토하였는데, 가변 시간창은 고정 시간창보다 짧은 평균 시간창의 자료로부터 변수 C와 진앙거리 사이의 음의 선형 관계를 잘 보여주는 것을 확인하였다. 또한 고주파 통과 필터의 모서리 주파수를 약 0.3Hz, 5.0Hz, 10.0Hz, 15.0Hz, 20.0Hz로 각각 설정하여 변수 C를 측정하였다. 그 결과 모서리 주파수가 약 0.3Hz인 고주파 통과 필터를 사용하는 것이 변수 C를 측정하는데 가장 적합하다고 판단하였다.
따라서 이 연구에서는 모서리 주파수가 약 0.3Hz인 고주파 통과 필터를 적용하고 가변 시간창을 사용하여 진앙거리를 결정할 수 있도록 경험식을 개발하였다. 변수 C와 진앙거리 사이의 경험적 관계식을 얻기 위해 총 2307개의 국지지진 자료에서 측정된 변수 C를 대상으로 중회귀분석을 시행하였다. 이를 통해 국내 국지 지진 자료는 진앙거리와 P파 초기경사 변수 C 사이에 상관관계가 존재함을 확인하였다.
추정값의 표준오차는 약 0.20으로 계산되었으며, 이것은 약 0.20 log(km)의 오차 범위에서 진앙거리를 결정할 수 있음을 의미한다. 이 경험적 C-? 관계식은 한반도 지진조기경보 시스템을 위한 지진원 결정 및 규모 결정에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

Earthquake early warning (EEW) aims to estimate the seismic parameters, such as magnitude, epicentral distance and back-azimuth, using the first few seconds of the P-wave and to provide warning before the arrival of damaging ground motion. Therefore, only initial P-wave vibrations are used to estimate seismic parameters. In this study, empirical relationship between P-wave initial slopes and epicentral distance was developed for early warning in the Korean Peninsula.
P-wave envelope can be expressed in functions that contain parameter associated with P-wave initial slope. The B-? and C-? methods can be classified with functional forms. In this study, envelope curves were constructed by keeping the past maximum amplitude after the P-wave arrival. Then parameters B and C were determined by fitting the functions to the envelope. The empirical relationships between the initial slope of P-wave and the epicentral distances were developed using the earthquakes that occurred in the Korean Peninsula. We collected seismograms from 98 local earthquakes with that occurred in the Korean Peninsula from 2005 to 2014 and 383 regional earthquakes with that occurred around the Korean Peninsula form January 2005 to August 2015. a time-domain recursive high-pass filter was applied. And velocity seismograms were differentiated to accelerograms. Then, P-wave arrival times were measured using the STA/LTA method. Regional earthquakes showed the low correlation between P-wave initial slope and epicentral distance unlike local earthquakes. Therefore, it was found that regional earthquakes are not appropriate for this method. Thus regional earthquakes were not considered in this study. For stable analysis, 4035 P-wave seismograms of local earthquakes were selected out based on travel times of the P-waves.
To determine the length of the time window, the values of B and C were measured for time windows of 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 1.5, 2 and 3 sec. And the correlations between parameters B and C, and epicentral distances were compared. Overall, the result of the C-? method was very similar to that of the B-? method despite using the short time window. Therefore, the C-? method can be thought to be more suitable for EEW system than the B-? method. And the appropriate length of fixed time window to analyze waveforms was found to be 0.5 seconds for the C-? method. Also, it was considered whether the variable time window could be applied to determine the parameter C. The variable time window also have a negative linear relation between parameters C and epicentral distances despite using the shorter average time window than the fixed time window. Also, the correlations corresponding to corner frequencies of recursive high-pass filters were investigated. The corner frequencies were considered to be 0.3, 5.0, 10.0, 15.0 and 20.0Hz. Parameters of C were estimated for each filter. As a result, the corner frequency of 0.3Hz was appropriate for the C-? method.
An empirical relationship between the parameter C and epicentral distance was determined from initial P waves of variable time window. Parameters C were estimated from 2307 vertical component seismogram of local earthquakes. Multiple regression analyses gave the empirical relationship between parameters C and epicentral distances.
The standard error of estimates was 0.20, which means that epicentral distances can be estimated within the error of 0.20 log(km). It is believed that this relationship could greatly contribute to determine epicenter and earthquake magnitude for the EEW system in the Korean Peninsula.