卫星热红外亮温、气温及地温观测的年变变化对比研究

过对NOAA卫星热红外亮温与野外安装气象观测站接收的气温、地下不同深度地温(0.2, 0.5, 1.5,2 m)进行不同方式的对比研究,分析了卫星热红外亮温、气温、地下不同深度地温的变化特征,探讨了亮温与气温及不同深度地温之间的关系．结果表明:① 卫星热红外亮温观测,由于受天气、云层短周期因素变化影响,曲线呈现高频突跳特征,但按最大值拟合出的亮温曲线有较好的年变变化规律;② 浅层地温受气温及太阳辐射的影响较大,能够体现出日变化,表现出很好的季节变化规律;③ 深层地温年变平稳, 年变变化与季节相关．但与气温相比,表现出滞后效应,且深度越深,滞后时间越长;④ 亮温、气温及深度0.2 m地温三者之间呈现很好的相关性．亮温、气温、0.2 m地温的极值几乎同时段出现,都符合季节变化．分析表明,亮温能够真实地反映地表温度的变化情况,能够为利用卫星热红外亮温提取地震异常信息提供可靠准确证据．本研究结果为理解不同观测属性及其相互关系,以及更好地为地震监测应用提供了基础．      

福建地区MODIS卫星热红外资料异常分析

根据MODIS卫星热红外数据,利用透热指数法和亮温增温异常点比值法,分析福建地区地震震前的热红外时空异常变化,发现透热指数与福建地区中等地震有较好的对应关系,而地表的亮温增温异常区与未来发生的地震震中较为接近。     

基于地表亮温的山东省地震活动性分析

利用MODIS数据研究山东省地表亮温时空变化及与地震震例和断裂带活动的相关关系,结果表明,山东省2015年存在4个明显的地表亮温增温带,可能预示着未来地震活动性的增强区域;长岛震群与乳山震群在陆地上均有亮温增温带与之对应;风仪店、乳山—海阳断裂带在2015年地表亮温明显升高,沂沭、聊城—兰考断裂带则无明显变化。总之,120°E以东的胶东半岛地区地表亮温升高明显,预示着未来胶东半岛地区地震活动性可能强于鲁中、鲁西地区。     

卫星热红外遥感资料在地震预报中的应用研究

利用NOAA—AVHRR数据通过Becker ＆ Li地温计算模型反演，得到有关地震发生前后每日的地表温度分布图像，然后进行逐日的地表温度分布图像以及震源区地表温度平均值日变时序曲线分析。结果表明震前出现了较明显的热红外地震前兆异常。最后指出，从NOAA—AVHRR数据中利用分裂窗技术反演陆地表面温度结果容易受到云层的干扰，但是更高空间分辨率和光谱分辨率的EOS／MODIS数据的产生以及由于EOS／AMSU能够透过云层探测到地表亮温，必将使卫星遥感热红外信息在地震监测预报中的应用范围及深度上得以拓展。     

防空洞里地电阻率的现场实验

研究了防空洞里地电阻率产S的变化与压力、气温、地温和湿度的关系,得到户S法探测深度大的数据内在质量要比小的更好,岩石电阻车具有方向性和年变化,并在一定范围与气温、地温和湿度的变化相关性较好。     

MODIS热红外温度数据反演的算法实现及其与地温数据的相关性分析

利用分裂窗法实现对MODIS遥感卫星热红外温度的反演。该方法计算简单,易于实现海量资料处理,基本满足红外遥感资料在地震监测预报中的应用要求。经过不同时间频度、不同空间范围的计算,将反演结果与气象台站地表温度进行了时序的相关性分析,结果显示反演温度与日值地温的相关性可达0.7,其与月值地温的相关性高达0.9,以证实了MODIS数据反演温度的可用性。     

基于相关性的热红外温度与发射率分离算法

在分析地面测量大气下行辐射和地表发射率之间关系的基础上,给出了针对热红外高光谱数据温度与发射率分离过程中地表温度优化的相关性判据,提出了基于相关性的温度与发射率分离算法（the Correlation Based Temperature Emissivity Separation Algorithm,CBTES）。该算法利用大气下行辐射和地表发射率之间的相关性优化地表温度,进而获得地表发射率。基于模拟的热红外高光谱数据,对CBTES算法的精度进行分析,结果表明CBTES算法具有较高的温度与发射率反演精度;并与光谱迭代平滑温度发射率分离算法（ISSTES）进行比较,发现CBTES算法具有和ISSTES算法相当的精度。此外,CBTES算法具有一定的抗噪性,对测量过程中大气下行辐射的变化不敏感;对于非同温像元,当其发射率定义为r-emissivity时,其辐射温度是对波数缓慢变化的,假设在比较窄的光谱区间内辐射温度近似不变,可以用CBTES算法反演非同温像元在窄光谱区间内的等效温度,在714-1250cm^-1。光谱区间内多个窄光谱区间反演的等效温度可以较好的刻画非同温像元辐射温度的变化趋势。     

MODIS亮温增温异常点比值的时序分析方法及其在台湾一些5级以上地震前的异常变化

首次提出了MODIS卫星遥感数据用于地震预测研究的MODIS亮温增温异常点比值定量化方法以及尽量减少云层干扰的初步方案。结合近期台湾地区一系列中强地震的震例研究,归纳了分析区域内中强地震前的MODIS亮温增温异常的量化指标。研究表明,大部分研究震例在地震发生前1~20天都出现了突跳性质的增温异常比值(活跃度)增强的情况,而正常情况下增温异常比值都在零值附近波动。利用在一定程度上排除了云层影响的MODIS卫星遥感热红外信息得到的亮温增温异常点比值的变化,在一些多震地区有针对性地系统开展研究,有望找到识别地震短临前兆的一种新方法     

2018年5月28日松原MS 5.7地震前热红外亮温异常分析

2018年5月28日吉林松原发生M_S 5.7地震。为了分析松原地震前可能与地震有关的热红外亮温异常,收集了以震中为中心的38°—50°N、116°—134°E范围内,2013年1月1日—2018年6月18日静止气象卫星FY-2G观测的地表亮温资料,应用连续小波变换方法计算了每一个像元的小波相对能谱,得到了分析区域内相对能谱的时、空演化规律。结果显示,地震前1周吉林—丰满断裂周围出现相对能谱值超出背景值的异常现象;且随着地震的临近,异常区域沿着松花江第二断裂带向NW方向扩展,异常幅度随之增大。地震发生后异常幅度及面积继续增大,直至震后1个月异常逐渐消失。含油气盆地地下大量天然气对震前应力的变化较敏感,当应力积蓄到一定程度,盆地周缘的活动构造带及一些微裂隙都是天然气上涌的通道,而溢出地表的甲烷、二氧化碳等温室气体辐射增温效果明显。在震前,盆地出现大片区域的辐射增温异常可能与天然气外泄有关,或许可以解释松原M_S 5.7地震震中位于异常区外边缘的现象。     

地震活动热红外异常的影响因素分析

对地表热红外辐射的基础理论和各类地物的热红外辐射特性进行了简略介绍;对地形地貌、地物类型和气象等非震因素对地表热红外辐射的影响及地表热红外亮温的时空变化特征进行了详细的分析;对各类非震因素的去除方法进行了探讨。初步认为,充分研究活动构造区带在各类非震因素影响下的热红外影像特征,掌握无震条件下的红外亮温时空演化过程,建立红外亮温变化的基准模型及各类非震因素的扣除模型,将有可能较好地排除非震因素的影响,检测出与地震活动有关的热异常。     

地震前卫星红外异常与发震断裂的关系研究——以2001年昆仑山8.1级地震为例

以 2 0 0 1年 11月 14日昆仑山 8 1级地震为例 ,运用月均亮温点对点差值分析法和断裂带内外亮温差值分析法 ,研究了活动断裂与震前红外异常的空间关系及发震断裂上震前卫星红外异常的时间演化过程。研究发现 :震前月平均亮温相对于 2 0 0 0年同期平均亮温的增温区沿发震断裂呈条带状分布 ;从震前 1个半月的 2 0 0 1年 10月开始 ,断裂带内外的相对温差发生明显变化 ,断裂带内的平均亮温与其外围的平均亮温差从 - 2℃增加到 1℃ ,相对增温幅度达 2～ 3℃左右 ,地震之后相对温差又回到正常状态。由此可见 ,震前卫星红外增温与东昆仑断裂带存在着明显的对应关系 ;地震前沿断裂带的红外增温大于其它地区。断裂带内外亮温差值分析法是定量研究红外增温与活动断裂的时空关系、挖掘震前增温异常的有效方法     

亮温与降水量的关系

卫星红外遥感亮温数据值除与地球的自转和公转存在密切关系外,还与大气环境和地理环境有密切关系。应用青海省黄河门堂观测点的降水量和水位,以及对应点地表亮温资料进行对比分析,其结果为：降水量与亮温存在可比性,在峰值时间区段内,亮温与降水量呈现明显的反向变化关系;降水量的波动变化导致地表温度的波动变化;水位、降水量和亮温属于温度对气候变化较为敏感的物理量。     

中国大陆卫星红外亮温与海拔高度关系的研究

海拔高度与卫星热红外亮温的关系是尚待深入研究的能反映地球表面热状态的重要信息,也是影响地震热红外异常分析的主要因素之一,文中把海拔高度每增加100m亮温降低的幅度称为亮温梯度,在系统筛选处理卫星热红外遥感数据的基础上,把中国大陆划分为西北、青藏、川滇、东北、华北和华南6个地区分别进行研究,取得了一些初步的结果:1)不同地区、不同月份亮温梯度的总体趋势相似,但又存在细节上的差异;2)各个地区的亮温梯度都小于前人根据气温资料计算得到的气温直减率(0.64℃/(100m)),而且在绝大多数情况下都<0.4℃/(100m),变化范围主要集中在0.15～0.35℃/(100m)之间;3)除青藏地区以外,其它5个地区的亮温梯度总体上表现为夏大冬小的特点。分析认为冬季冷空气的作用、大气对地面辐射的吸收衰减以及地理环境的差异等是影响亮温梯度时空动态的主要因素     

A physics-based statistical algorithm for retrieving land surface temperature from AMSR-E passive microwave data

AMSR-E and MODIS are two EOS (Earth Observing System) instruments on board the Aqua satellite. A regression analysis between the brightness of all AMSR-E bands and the MODIS land surface tem-perature product indicated that the 89 GHz vertical polarization is the best single band to retrieve land surface temperature. According to simulation analysis with AIEM,the difference of different frequen-cies can eliminate the influence of water in soil and atmosphere,and also the surface roughness partly. The analysis results indicate that the radiation mechanism of surface covered snow is different from others. In order to retrieve land surface temperature more accurately,the land surface should be at least classified into three types:water covered surface,snow covered surface,and non-water and non-snow covered land surface. In order to improve the practicality and accuracy of the algorithm,we built different equations for different ranges of temperature. The average land surface temperature er-ror is about 2―3℃ relative to the MODIS LST product.     

Time Series Analysis on the Ratio for Pixels with Abnormal Brightness Temperature Increase and Its Variation Before Some Earthquakes with Ms ≥ 5.0 in the Taiwan Area

In the study of the application of MODIS satellite remote sensing data to earthquake prediction, the paper puts forward for the first time a quantitative method to estimate the ratio for the pixels with abnormal brightness temperature (BT) increase and a preliminary scheme for cloud removal. The principle is that, firstly, the cloudless data observed by the same satellite at the same period of time but in different days (usually 1 day to 3 days) are mosaiced to get high ratio of clear sky, and then the BT variation curve and mean square difference (MSD) of each pixel are calculated with the data from the covered area to determine daily whether the BT data of the day is normal or not at a certain pixel by using double the MSD as the criterion. The ratio for the pixels with abnormal BT increase can be calculated by dividing the total number of abnormal pixels with the total pixels of the whole area. Analysis on a series of recent earthquakes in the Taiwan area shows that the ratio for pixels with abnormal BT increase, which normally undulates around zero, has a sudden enhancement 1 day to 20 days before medium-strong earthquakes. It is expected that a new method for identifying earthquake auspice could be found through special studies in regions with frequent seismic activity by analyzing the change of the ratio for the pixels with abnormal BT increase from MODIS satellite remote sensing infrared (IR) information from which the effect of clouds has been removed to a certain extent.     

Time Series Analysis on the Ratio for Pixels with Abnormal Brightness Temperature Increase and Its Variation Before Some Earthquakes with Ms ≥ 5.0 in the Taiwan Area

In the study of the application of MODIS satellite remote sensing data to earthquake prediction, the paper puts forward for the first time a quantitative method to estimate the ratio for the pixels with abnormal brightness temperature (BT) increase and a preliminary scheme for cloud removal. The principle is that, firstly, the cloudless data observed by the same satellite at the same period of time but in different days (usually 1 day to 3 days) are mosaiced to get high ratio of clear sky, and then the BT variation curve and mean square difference (MSD) of each pixel are calculated with the data from the covered area to determine daily whether the BT data of the day is normal or not at a certain pixel by using double the MSD as the criterion. The ratio for the pixels with abnormal BT increase can be calculated by dividing the total number of abnormal pixels with the total pixels of the whole area. Analysis on a series of recent earthquakes in the Taiwan area shows that the ratio for pixels with abnormal BT increase, which normally undulates around zero, has a sudden enhancement 1 day to 20 days before medium-strong earthquakes. It is expected that a new method for identifying earthquake auspice could be found through special studies in regions with frequent seismic activity by analyzing the change of the ratio for the pixels with abnormal BT increase from MODIS satellite remote sensing infrared (IR) information from which the effect of clouds has been removed to a certain extent.