# taup time - 本节贡献者: {{ 田冬冬 }}（作者）、{{ 姚家园 }}（审稿） - 最近更新日期: 2021-05-31 --- `taup time` 命令可用于计算震相走时、射线参数、出射角、入射角等信息。 ## 基本用法 使用 `taup time --help` 可查询该命令的完整用法和选项，此处仅介绍常用用法。 计算震源深度为 300 km，震中距 60° 处，P、S、PcP、ScS、PKiKP 震相的走时信息: ``` $ taup time -h 300 -deg 60 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP ``` - `-h`：震源深度（单位 km），默认深度为 0.0 km。 - `-deg`：震中距（单位 °） - `-ph`：以逗号分隔的震相名 TauP 默认使用 iasp91 模型，可以使用 `-mod` 选项设置其他 TauP 预定义速度模型: ``` $ taup time -mod prem -h 300 -deg 60 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP $ taup time -mod ak135 -h 300 -deg 60 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP ``` TauP 默认台站位于地表，可使用 `--stadepth` 选项设置台站深度（单位为 km）: ``` $ taup time -h 300 -deg 60 --stadepth 0.5 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP ``` 若已知震源和台站位置，也可以使用 `-evt` 和 `-sta` 选项分别指定震源和台站的 纬度和经度。例如，震源位于 (40 °N，10 °E)，台站位于 (20 °S，10 °W): ``` $ taup time -h 300 -evt 40 10 -sta -20 -10 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP ``` :::{warning} 使用 `-evt` 和 `-sta` 选项时，`taup time` 会假设地球是完美球体， 来计算震源和台站的震中距，这会产生一定的误差。例如，根据以上参数 `taup time` 计算得到的震中距约为 62.83°，P 波初至到时为 594.27 秒。 而 ObsPy 的 [gps2dist_azimuth](https://docs.obspy.org/packages/autogen/obspy.geodetics.base.gps2dist_azimuth.html#obspy.geodetics.base.gps2dist_azimuth) 函数计算得到的震中距约为 6959 km （采用 WGS84 椭球：赤道半径 6378.1370 km、 扁率约为 0.0033528106647474805），在半径为 6371 km 的完美球状地球上约为 62.585° （利用 [kilometers2degrees](https://docs.obspy.org/packages/autogen/obspy.geodetics.base.kilometers2degrees.html#obspy.geodetics.base.kilometers2degrees) 函数计算得到），使用 62.585° 直接计算的 P 波初至到时为 592.64 秒，二者相差 1.63 秒。 ::: 在震中距比较小的情况下，可以使用 `-km` 选项指定震中距（单位为 km）。 比如计算震源深度为 5 km，震中距 100 km 处，P、S、PcP、ScS、PKiKP 震相的走时信息: ``` $ taup time -h 5 -km 100 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP ``` ## 输出格式 下面的命令计算了 PREM 模型下，震源深度 100 km，震中距 60° 处，P 和 pP 震相的走时信息。 其输出为: ``` $ taup time -mod prem -h 100 -deg 60 -ph P,pP Model: prem Distance Depth Phase Travel Ray Param Takeoff Incident Purist Purist (deg) (km) Name Time (s) p (s/deg) (deg) (deg) Distance Name ----------------------------------------------------------------------------------- 60.00 100.0 P 595.40 6.815 30.14 20.82 60.00 = P 60.00 100.0 pP 618.89 6.890 149.49 21.06 60.00 = pP ``` 输出共 9 列，从左到右分别为： 1. 震中距（度）：地震震中与台站的大圆弧路径长度 2. 震源深度（km） 3. 震相名 4. 震相走时（秒） 5. 射线参数（秒/度） :::{note} 射线参数有三种常用单位：秒/度（s/deg ）、秒/弧度（s/radian）、秒/千米（s/km）。 三者之间的关系为（$R_0$ 为地球半径，假设为 6371 km）： $$ 1 s/deg = \frac{1}{\pi*R_0/180} s/km = 1/111.19492 s/km $$ $$ 1 s/deg = \frac{1}{\pi/180} s/radian = 57.29578 s/radian $$ ::: 6. 出射角（度）：即射线从震源出射时与**垂直向下**方向的夹角，取值范围为 0 到 180°。 - 0° 到 90° 表示射线向下出射（例如 P 震相） - 90° 到 180° 表示射线向上出射（例如 pP 震相) :::{note} 不同文章对出射角的定义不同，使用时应格外注意。 老版本的 TauP 对出射角的定义不同，可视为 BUG，应避免使用老版本 TauP。 ::: 7. 入射角（度）：射线入射到台站时与**垂直向上**方向的夹角。 8. Purist 距离：地震波实际走过的圆弧距离。 该值可能与震中距不同，例如 50° 震中距处记录到的 PKKKP 震相，实际走过的 圆弧距离为 410°: ``` $ taup time -deg 50 -ph PKKKP Model: iasp91 Distance Depth Phase Travel Ray Param Takeoff Incident Purist Purist (deg) (km) Name Time (s) p (s/deg) (deg) (deg) Distance Name ----------------------------------------------------------------------------------- 50.00 0.0 PKKKP 2519.56 2.242 6.72 6.72 410.00 = PKKKP ``` 9. Purist 震相名：地震波的“真实”震相名。 例如，若想要计算 SS 震相在 660 km 不连续面的下表面的反射波走时，可指定其震相名为 `S^660S`。由于 PREM 模型中 660 km 不连续面的“真实”深度为 670 km，此时 TauP 实际返回的时从 670 km 处反射回的震相，此时 Purist 震相名会显示为 `S^670S`: ``` $ taup time -mod prem -deg 120 -ph S^660S Model: prem Distance Depth Phase Travel Ray Param Takeoff Incident Purist Purist (deg) (km) Name Time (s) p (s/deg) (deg) (deg) Distance Name ------------------------------------------------------------------------------------ 120.00 0.0 S^660S 1975.75 12.336 20.79 20.79 120.00 * S^670S ``` 可以使用 `--rel` 选项输出相对于某个指定震相的走时差。例如， 下面的命令中，最后一列输出了所有震相相对于 PcP 震相的走时差: ``` $ taup time -mod prem -h 300 -deg 60 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP --rel PcP Model: prem Distance Depth Phase Travel Ray Param Takeoff Incident Purist Purist Relative to (deg) (km) Name Time (s) p (s/deg) (deg) (deg) Distance Name PcP ----------------------------------------------------------------------------------------------- 60.00 300.0 P 574.72 6.739 33.65 20.58 60.00 = P -42.32 60.00 300.0 PcP 617.05 4.016 19.28 12.09 60.00 = PcP 0.00 60.00 300.0 PKiKP 993.45 1.245 5.88 3.72 60.00 = PKiKP 376.41 60.00 300.0 S 1043.98 12.659 34.16 21.37 60.00 = S 426.93 60.00 300.0 ScS 1134.89 7.480 19.38 12.43 60.00 = ScS 517.85 ``` ## 信息提取 上面介绍的输出中包含了很多信息，想要在脚本中提取出想要的信息有些麻烦。所以 `taup time` 提供了一些选项，使得在脚本中计算走时、射线参数更加方便。 ### 走时 `--time` 选项使得输出中只包含走时信息，并且小数点的位数更多: ``` $ taup time -mod prem -h 300 -deg 60 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP --time 574.7245 617.047 993.4524 1043.9805 1134.8923 ``` 需要注意的是，输出的走时不是按照 `-ph` 选项中震相的顺序进行排序的， 而是按照走时递增的顺序排序。比如这里，S 震相放在震相列表的第二位， 而 S 震相的走时 1043.9805 却放在第四位。 ### 射线参数 `--rayp` 选项使得输出中只包含射线参数信息，并且小数点的位数更多: ``` $ taup time -mod prem -h 300 -deg 60 -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP --rayp 6.739042 4.0158706 1.2450149 12.65922 7.480467 ``` 此时，输出的射线参数是按照 `-ph` 选项中震相的顺序进行排序的。 :::{note} `--rayp` 和 `--time` 选项不能一起使用。 当两个选项同时使用时，会以后出现的选项为准。 :::