地震波形数据#
地震波形数据是地震学中最重要的数据。这一节介绍如何使用 ObsPy 下载地震波形数据。
首先，需要导入 ObsPy 中地震数据中心数据下载客户端 Client
以及用于处理时间的类 UTCDateTime：
from obspy.clients.fdsn import Client
from obspy import UTCDateTime
---------------------------------------------------------------------------
ModuleNotFoundError Traceback (most recent call last)
Cell In[1], line 1
----> 1 from obspy.clients.fdsn import Client
2 from obspy import UTCDateTime
File ~/micromamba/envs/seismo-learn/lib/python3.13/site-packages/obspy/__init__.py:44
41 msg = ('pkg_resources is deprecated as an API')
42 warnings.filterwarnings(
43 'ignore', message=msg, category=DeprecationWarning, module='obspy')
---> 44 from obspy.core.utcdatetime import UTCDateTime # NOQA
45 from obspy.core.util import _get_version_string
46 __version__ = _get_version_string(abbrev=10)
File ~/micromamba/envs/seismo-learn/lib/python3.13/site-packages/obspy/core/__init__.py:120
12 """
13 obspy.core - Core classes of ObsPy
14 ==================================
(...) 117 .. _NumPy: http://www.numpy.org
118 """
119 # don't change order
--> 120 from obspy.core.utcdatetime import UTCDateTime # NOQA
121 from obspy.core.util.attribdict import AttribDict # NOQA
122 from obspy.core.trace import Stats, Trace # NOQA
File ~/micromamba/envs/seismo-learn/lib/python3.13/site-packages/obspy/core/utcdatetime.py:21
18 import warnings
20 import numpy as np
---> 21 from obspy.core.util.deprecation_helpers import ObsPyDeprecationWarning
24 # based on https://www.myintervals.com/blog/2009/05/20/iso-8601, w/ week 53 fix
25 _ISO8601_REGEX = re.compile(r"""
26 ^
27 ([\+-]?\d{4}(?!\d{2}\b))
(...) 40 $
41 """, re.VERBOSE)
File ~/micromamba/envs/seismo-learn/lib/python3.13/site-packages/obspy/core/util/__init__.py:22
20 # import order matters - NamedTemporaryFile must be one of the first!
21 from obspy.core.util.attribdict import AttribDict
---> 22 from obspy.core.util.base import (ALL_MODULES, DEFAULT_MODULES,
23 NATIVE_BYTEORDER, NETWORK_MODULES,
24 NamedTemporaryFile, _read_from_plugin,
25 create_empty_data_chunk, get_example_file,
26 get_script_dir_name, MATPLOTLIB_VERSION,
27 SCIPY_VERSION, NUMPY_VERSION,
28 CARTOPY_VERSION, CatchAndAssertWarnings)
29 from obspy.core.util.misc import (BAND_CODE, CatchOutput, complexify_string,
30 guess_delta, score_at_percentile,
31 to_int_or_zero, SuppressOutput)
32 from obspy.core.util.obspy_types import (ComplexWithUncertainties, Enum,
33 FloatWithUncertainties)
File ~/micromamba/envs/seismo-learn/lib/python3.13/site-packages/obspy/core/util/base.py:26
23 from pathlib import PurePath
25 import numpy as np
---> 26 import pkg_resources
27 from pkg_resources import get_entry_info, iter_entry_points
29 from obspy.core.util.misc import to_int_or_zero, buffered_load_entry_point
ModuleNotFoundError: No module named 'pkg_resources'
接下来，我们需要初始化一个 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 地震数据中心（前身为 IRIS）：
client = Client("IRIS")
我们以 2022 年 9 月 22 日发生在墨西哥的一个 Mw 6.8 级地震为例，申请该地震相关的 波形数据。该地震的基本信息为：
发震时刻：2022-09-22 06:16:09 UTC
经度：102.9518° W
纬度：18.247° N
深度：20.0 km
震级：mww 6.8
该地震的详细信息见 https://ds.iris.edu/ds/nodes/dmc/tools/event/11600859。
下载单个波形数据#
下载波形数据时需要提供两个最基本的信息：
下载哪个地震台站哪个通道的数据，即需要指定台网（
network）、台站（station）、 位置码（location）和通道码（channel）下载哪个时间段的数据，即指定数据开始时间（
starttime）和结束时间（endtime）
下面的代码使用 Client.get_waveforms()
函数申请了 IU.ANMO 台站的宽频带垂直分量（即 BHZ 通道）的波形数据。数据开始时间为
2022-09-22T06:18:00（即发震后约两分钟），结束时间为 2022-09-22T06:30:00，
数据总长度为 12 分钟（即 720 秒）。
starttime=UTCDateTime("2022-09-22T06:18:00") # 定义开始时间
st = client.get_waveforms(
network="IU", # 指定台网名
station="ANMO", # 指定台站名
location="00", # 指定位置码
channel="BHZ", # 指定通道码
starttime=starttime, # 指定开始时间
endtime=starttime + 720 # 指定结束时间
)
函数的返回值为 Stream 类型，赋值给变量 st。
使用 print 函数可以显示变量 st 的值：
print(st)
可以看到Stream 类型的变量 st 中包含了一个波形
（即 一个 Trace），该波形对应的 ID 为 IU.ANMO.00.BHZ，
数据采样率为 40 Hz，共计 28800 个数据点。
Stream 类提供了 Stream.plot()
函数可以用于绘制波形。波形图的横轴为时间，纵轴为振幅：
st.plot();
下载多个波形数据#
network、station、location 和 channel 参数支持使用 UNIX 通配符，
以实现一次性下载多个波形数据的目的。通配符 ? 表示匹配单个字符，通配符 *
表示匹配零个或多个字符。
下面的代码中 channel 参数指定为 BH? 以下载宽频带三分量数据：
st = client.get_waveforms(
network="IU",
station="ANMO",
location="00",
channel="BH?", # "BH?" 表示下载三分量数据
starttime=starttime,
endtime=starttime + 720
)
print(st)
函数返回的 Stream 中包含三个 Trace。
其中 BHZ 为垂直分量，BH1 和 BH2 为两个水平分量。绘图结果如下：
st.plot();
除了支持通配符外，这四个参数还支持用逗号分隔的代码列表。例如：
network="IU,IC"表示同时匹配IU和IC两个台网station="ANMO,HKT,TUC"表示匹配三个台站名location="--,00,01"表示匹配多个位置码，其中--表示位置码为空值channel="BH?,SH?,LH?"表示匹配宽频带、短周期和长周期三分量
下面的代码中同时下载了三个台站的宽频带垂直分量的波形数据：
st = client.get_waveforms(
network="IU",
station="ANMO,HKT,TUC", # IU 台网的三个台站
location="00",
channel="BHZ",
starttime=starttime,
endtime=starttime + 720
)
print(st)
函数返回的 Stream 中包含三个 Trace。
绘图如下。
st.plot();
批量下载多个波形数据#
上面的示例中，虽然使用 Client.get_waveforms()
可以一次性下载多个波形数据，但通配符本身不够灵活，且所有数据必须拥有相同的开始时间
和结束时间。
Client.get_waveforms_bulk() 函数
可以以更灵活的方式批量下载多个波形数据。该函数中最重要的参数是 bulk 参数。
该参数可以用多种不同的方式指定，包括：
列表。列表的每个元素为格式为
(network, station, location, channel, starttime, endtime)的元组符合 FDSN Web Service 文档所要求的请求字符串或文件
这里我们只介绍第一种方式。
bulk = [
("IU", "ANMO", "00", "BHZ", starttime, starttime + 720),
("IU", "HKT", "00", "BH?", starttime, starttime + 800),
("II", "PFO", "00", "BHZ", starttime + 100, starttime + 1200),
]
st = client.get_waveforms_bulk(bulk)
print(st)
在这个示例中，我们申请了 IU.ANMO.00.BHZ、IU.HKT.00.BH? 和 II.PFO.00.BHZ 的
波形数据，且每个波形数据的开始时间和结束时间均不同，最终申请得到 5 个波形数据。
绘图结果如下：
st.plot();
下载大量波形数据#
上面的示例已经可以灵活地一次性下载多个地震波形数据，但要求用户必须自行准备 bulk 参数，
即用户需要首先获取地震和台站信息并对其进行筛选，然后自行构建 bulk 参数。在需要
下载大量波形数据时相对比较繁琐。
为了更方便地下载大量波形数据，ObsPy 提供了 obspy.clients.fdsn.mass_downloader 模块。
mass_downloader 模块主要包含了三部分：
domain：根据位置信息筛选台站Restrictions：用于设置波形数据的相关参数MassDownloader：用于下载数据
下面通过两个示例介绍 mass_downloader 模块的基本用法。
更详细的用法参见官方文档。
下载地震波形数据#
下面的示例展示了如何使用 MassDownloader
下载单个地震多台站的波形数据：
import obspy
from obspy.clients.fdsn.mass_downloader import CircularDomain, \
Restrictions, MassDownloader
origin_time = obspy.UTCDateTime(2011, 3, 11, 5, 47, 32)
# 使用 CircularDomain 限定使用震中 30 到 40 度范围内的台站
domain = CircularDomain(
latitude=18.247,
longitude=-102.9518,
minradius=30.0,
maxradius=40.0
)
# Restriction 用于对波形进行进一步筛选
restrictions = Restrictions(
# 设置波形的开始时间和结束时间
starttime=origin_time,
endtime=origin_time + 1200,
# 丢弃所有数据中包含 gap（即存在中断）的数据
reject_channels_with_gaps=True,
# 实际获得的数据长度不小于数据申请的时间段长度的 95%
minimum_length=0.95,
# 通道优先级。当一个台站同时有 HH? 和 BH？数据时，优先下载 HH？数据
channel_priorities=["HH?", "BH?"]
)
# 初始化
mdl = MassDownloader()
# 将数据下载到 waveforms 目录下，台站元数据下载到 stations 目录下
mdl.download(
domain,
restrictions,
mseed_storage="waveforms",
stationxml_storage="stations"
)
下载连续波形数据#
下面的示例展示了如何使用 MassDownloader
下载连续波形数据：
import obspy
from obspy.clients.fdsn.mass_downloader import RectangularDomain, \
Restrictions, MassDownloader
# 限制台站位于一个矩形区域内
domain = RectangularDomain(
minlatitude=30,
maxlatitude=50,
minlongitude=5,
maxlongitude=35
)
restrictions = Restrictions(
# 设置数据的开始时间和结束时间
starttime=obspy.UTCDateTime(2012, 1, 1),
endtime=obspy.UTCDateTime(2013, 1, 1),
# 将数据分块，每块的长度为 86400 秒。即一天的数据保存到一个文件中
chunklength_in_sec=86400,
# 设置要下载的数据的 network, station, location 和 channel 信息
network="BW", station="A*", location="", channel="EH*",
# 不删除存在数据中断的数据
reject_channels_with_gaps=False,
# 不限制数据的最小长度
minimum_length=0.0,
)
mdl = MassDownloader(providers=["LMU", "GFZ"]) # 设置地震数据中心列表
mdl.download(
domain,
restrictions,
mseed_storage="waveforms",
stationxml_storage="stations"
)
其他地震数据申请软件#
除了 ObsPy 外，还存在很多其他地震数据申请软件，包括但不限于：
不同的软件各有其利弊，读者亦可了解并学习这些软件，并根据具体需求使用合适的软件。