卫星热红外遥感在火山活动性监测中的应用

介绍了卫星热红外遥感在国内外火山监测研究中的应用现状,结合热红外遥感在地震中的应用成果,对利用卫星热红外遥感监测火山活动的可行性及方法进行了探讨,提出通过火山区热红外亮温旬变、月变和年变模型扣除地形地貌、岩性、植被等地表环境因素的影响,通过火山区和邻近参照区红外亮温差值运算扣除气象因素影响的火山活动性热红外异常提取方法。并以长白山火山为例,利用1999、2003和2004年的NOAA卫星影像资料,对长白山火山及周围地区的热红外影像特征进行了分析解译,对长白山火山区与外围参照区的红外亮温年变差异进行了统计分析。结果表明:1)长白山火山区的红外亮温分布特征在空间上主要受地形控制,总体表现为以天池为中心,向外围逐渐升高的漏斗状,天池则是低温背景上的明显高温标记。在时间上,长白山火山区红外亮温的演变过程主要受季节变化的影响,具有明显的夏高冬低年变特征。2)相对于1999年,2003和2004年长白山火山区均显示出明显的升温趋势,升温幅度可达2K左右。我们认为这可能是近年来天池火山活动性逐年增强的反映。这也意味着利用卫星热红外遥感监测火山活动性将是行之有效的新途径,也是值得深入研究的课题     

近年于田2次7.3级地震热红外异常特征分析

利用热红外遥感数据地震处理软件,对中国静止气象卫星FY2C/2E亮温观测数据进行处理,得到2008年3月21日和2014年2月14日于田2次7.3级地震的热红外异常特征。结果表明,热红外异常特征周期均为64天,震中发生于热异常区边缘和热异常条带交汇部位;2008年地震短临异常显著,2014年地震中短期异常明显;西昆仑和阿尔金断裂带的热异常起伏程度相似,热红外异常可能与断裂活动密切相关。在监测能力弱的地区,开展热红外资料在地震预测应用研究工作,可以弥补地震前兆监测能力弱的问题。     

断裂带内外温差法在震前红外异常研究中的应用

以2000年姚安MS6.5地震、1997年玛尼MS7.5地震为例,应用断裂带内外卫星红外亮温差(下文简称亮温差)值分析法,研究震中附近活动断裂上震前卫星红外异常的时间演化过程。分析结果表明,在正常时期红河断裂带内外的亮温差值在0～1.5℃范围内波动,而在异常表现很强烈的时段,沿红河断裂带内外的亮温差达到3℃以上,比正常时期高出2℃左右。通过对1997年11月8日玛尼7.5级地震发震断裂——马尔盖茶卡断层东段1996,1997,1998年3年带内平均值和带内外的亮温差值的对比研究发现,由于受大面积降雪的影响,1997年10月初至11月中旬,断裂带内平均亮温比1996和1998年同期亮温都要低,但断裂带内外亮温差值却比1996和1998年同期高出2～3℃左右。地震之后相对亮温差很快回到正常状态。运用同样的方法对华北和川滇近几年未发生强震的几条重要的活动断裂带的卫星红外亮温特征进行了研究,未发现类似震前红外异常的情况     

活动断裂带的地形地貌差异与红外亮温年变特征的研究

利用NOAA卫星夜间第五通道红外影像和数字高程资料,以青藏高原北部的东昆仑断裂、阿尔金断裂和祁连山-海原断裂为例,定量分析了在地震活动相对平静的年份内活动断裂的地形地貌差异与红外辐射的动态变化.研究结果表明,断裂两盘的垂直升降差异是导致活动断裂红外亮温差异的主要原因,地形与红外亮温保持了良好的负相关性,并且这种负相关性与气温垂直递减率基本统一,这说明提取震前红外辐射异常时首先应考虑剔除区域气候的影响.此外断裂两侧的岩性差异、水系分布以及人文环境等地形地貌因素对断裂带的红外亮温也产生一定作用.对活动断裂进行红外辐射亮温年变形态的研究,能为有效提取震前红外辐射异常积累一些有意义的经验和认识.     

一次卫星热红外地震前兆现象的证伪

卫星热红外异常与地震关系的研究是目前地震领域的前沿课题，而从复杂的热红外信息中提取真正由地震活动引起的红外异常则是这项研究的关键和难点所在.本文以2004年3月24日在内蒙东部发生的5.9级地震为例，对热红外异常与地震的关系及异常提取中的相关问题进行了探讨.首先对震前3个月的NOAA16卫星影像进行了分析，结果发现震前三个月研究区出现了明显的热红外增温异常.异常影象特征表现为表面光滑、亮度均匀、边界清晰的高温雾状物；异常出现的空间位置不固定，面积大小不固定，异常无明显移动方向，亮温高出周围区域约3～10K.之后，又对研究区两年的NOAA卫星影象进行了连续分析，结果发现了同样的异常现象.对比分析两年内异常的时空演化过程进一步认识到，此异常具有明显的季节性，在冬春季节重复出现.2004年3月24日的59级地震刚好发生于异常的多发期末，从震前震后短期内的卫星资料看，易将其判为震兆红外异常.最后结合研究区的地理环境和气象等因素，对异常的成因进行了探讨，认为它可能是由大气逆温引起的红外现象，并非地震前兆异常.     

利用卫星热红外观测地球排气现象的一次尝试

一些研究者认为地震前卫星热红外增温与地球排气有关。因此 ,能否在卫星影像上观测到排气现象就成了一个关键问题。作者选择了 2个确实发生排气现象的地点 ,一个在发生了高压高浓度井喷的重庆开县事故现场 ,另一个在昆仑山口西 8.1级地震后持续排气的震中附近。分析了排气发生前后的卫星热红外影像特征 ,获取了排气过程在热红外影像上的异常反映 ,进而对地球排气现象及其用卫星热红外监测的可行性进行了一些初步探讨。结果表明 ,井喷事故冒出的气体和气体点燃后产生的大火均在热红外影像上有明显的反映 ,可以用热红外遥感探测得到。而昆仑山口西 8.1级地震后沿断裂带的冒气现象在热红外影像上反映不太明显 ,靠目视解译很难发现与冒气有关的影像异常 ,但从亮温值的对比分析看 ,无论是震前的 1 999年还是震后的 2 0 0 3年 ,地面冒气地点的亮温值均较周围略偏高     

卫星遥感资料在地震预报中的应用研究

以１９９１年柯坪６．５级地震为例，对利用卫星热红外遥感资料监测临震地表热红外异常进行了探．索研究。在柯坪地震前，震中地区出现热红外异常，震前２天异常最显著，震后３天异常恢复。异常形态呈条带状，分布范围与柯坪断裂基本一致，６．５级地震就发生在增温异常的中心地区附近。这说明卫星热红外异常是很好的地震短临信息，对发展地点有很好的指示作用，在地震监测预报中将展现出良好的应用前景。     

基于多源遥感数据分析日喀则地区活动断裂的影像特征

选取多时相、多波段的MODIS红外影像以及MSS、ETM、资源卫星等多源遥感数据,通过解译活动断裂的遥感影像标志,对西藏日喀则地区东西向的活动断裂位置及其活动性进行了重新解译和判定,识别出了沿雅鲁藏布江缝合带展布的三条活动断裂,即冈底斯断裂、昂仁-仁布断裂、拉孜-邛多江断裂。同时,利用多源遥感影像综合分析了断裂发育的宏观及微观地貌特征,研究了构造活动与水系冲沟地貌之间的关系,得到了一些初步认识:三条东西向活动断裂以挤压逆冲为主,且受雅鲁藏布江缝合带的控制,断裂的活动性存在差异;利用亮温梯度特征在红外影像上提取的线性迹象与光学影像提取的活动断裂位置吻合较好;红外亮温梯度的变化除了受季节、地形、地貌等多种因素影响外,可能还与断裂的活动性有关。在传统遥感解译活动断裂的基础上,辅以红外亮温梯度特征分析,有助于更好地开展活动断裂的提取及其活动性监测研究工作。     

卫星遥感资料在地震预报中的应用研究——以1991年柯坪6.5级地震为例

以１９９１年柯坪６．５级地震为例，对利用卫星热红外遥感资料监测临震地表热红外异常进行了探索研究，在柯坪地震前，震中地区出现热红外异常，震前２天异常最显著，震后３天异常恢复。异常形态呈条带状，分布范围与柯坪断裂基本一致，６．５级地震就发生在增温异常的中心地区附近。     

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．      

Formation cause of thermal infrared high temperature belt along Honghe fault and its relation to earthquakes

Introduction The relation between satellite thermal infrared anomaly and earthquakes or fault activities has been studied for more than ten years. Many researchers contribute themselves to the research field and made some progress (Gorny et al, 1988; Andrew et al, 2002; WANG and QIANG, 1995; ZHENG et al, 1996; QIANG and DIAN, 1998). In recent years, with the rapid development of satellite remote sensing technique and its wide application to the field of seismology, more and more rese…     

2018年5月28日松原MS5.7地震热红外亮温异常分析

基于2016年5月29日—2018年5月28日中国静止气象卫星FY-2E （FY-2G）的连续亮温观测数据,利用连续小波变换法分析了2018年5月28日松原M_S5.7地震前震中附近（119°E—134°E,40°N—50°N）热红外亮温相对小波能谱的时空演化。结果显示:自2018年2月起,热红外亮温相对小波能谱首先在北西向的第二松花江断裂前郭部分出现高值异常;随后异常范围沿第二松花江断裂前郭部分和扶余—肇东断裂扩展,至2018年3月异常范围及幅值达到峰值;而后异常空间分布逐渐向震中附近收缩成一条NE走向的沿扶余—肇东断裂分布的窄带状区域,异常幅值逐渐降低;最终于４月中旬异常在该区域内消失,其后约40天发生松原M_S5.7地震,震中位于异常区域的边缘。此外,本文还分析了2013年以来研究区域内热红外亮温相对小波能谱高值异常与所发生地震的对应关系,结果显示:在7组异常中有4组异常出现后有地震发生,且此4次地震为该时段内研究区内所发生的所有浅源地震。      

震前卫星红外亮温异常时空演化特征分析

主要利用统计方法建立红外亮温背景场及异常检测模型,来提取2012年华北地区的红外亮温异常信息,并对2012年唐山4.8级地震和宝坻4.0级地震前的异常演化过程进行分析研究。结果表明:背景场方面,红外亮温的多年月背景场具有夏高冬低的年变特征,符合季节变化规律,红外亮温与高程呈负相关关系;基于历年同期亮温偏移指数K值方面,2012年5月28日唐山4.8级地震震前在唐山断裂带以南存在明显强烈的K值异常,在震前8小时达到最大约3.3。6月18日宝坻4.0级地震在震前也存在红外亮温异常现象,但是较弱。     

中国大陆几次强地震活动的卫星红外异常分析

通过对 2 0 0 0年在中国大陆发生的 3个 6级以上地震的卫星红外异常特征的初步分析 ,得到了一些有意义的结果 :1)卫星红外异常的分布与地质构造 ,特别是活动断裂的关系密切 ;2 )地震震中常位于红外温度的相对高值异常的边缘或附近 ,异常的发展具有非对称性 ,异常一般都是从震中附近的某一侧向震中区扩展 ;3)红外异常的时空分布规律在不同的地区是不同的 ,异常信息的提取要结合具体的构造条件、地理环境和气象因素进行分析     

华北地区中强震前卫星红外亮温变化研究

应用相对功率谱估计方法对华北地区中强地震前静止气象卫星热红外遥感亮温资料进行时频分析, 结果表明: 华北5级以上地震发生前存在显著的亮温热异常, 震前1个月左右异常开始出现, 高值幅值持续时间超过20天, 功率谱幅值最高可以达到平均值的7倍以上, 且发震区域一般位于异常区边缘或异常区域内的断层上。     

云南地区地热基本特征

本文从实测26口井的地热数据中取得14个大地热流值,认为云南地区地热场具有西高东低,并自西往东呈波浪式逐渐变低的趋势,该区具有高地热特征的地质发展历史。由于该区地处世界两大地震带的过渡地区,具有岛弧型的高地热特征,也具有岛弧地带地震活跃的特点,强震多发生在深大断裂带上。该区不同构造单元中的地热场存在的明显不均一性,影响着地震的孕育和地震的发生,地热场、温泉和地震的分布呈良好的对应关系     

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。     

浙江省及其邻区红外亮温异常与地震关系

选取2006—2013年的FY2风云2号气象卫星热红外亮温夜间数据,采用相对功率谱法进行全时空分析,获得优势频率和幅值。研究每一个频率点的相对功率谱随时间和空间的变化,与浙江省及其邻区17个ML5.0以上地震的三要素关系进行分析,得到如下结果:9个地震前出现热红外亮温相对功率谱异常,前三个特征周期的对应率比后三个特征周期高;在时间上,异常多出现在震前数日至数月,并且较多发生在异常达到最大值后和异常恢复后,少部分发生在异常达到最大值前;空间上,异常的表现为由弱-强-弱-消失的过程,异常形态多为从零星异常演化成团块状或与断裂带走向较为一致的条带状。异常时间、异常幅度、异常开始到地震发生的时间等特征与地震无明显关系。     

基于MODIS数据的伽师—阿图什交界MS5.8地震热红外异常检测研究

以2011年8月11日在伽师—阿图什交界处发生的5.8级地震为例,利用MODIS的LST产品数据,采用STL分解法有效地去除地表温度时空数据中的年变趋势及季节因素周期性的影响,对其余的残余项进行GESD异常检测,并分析2008年1月1日至2013年1月1日的LST异常及其他地震的关系数据,研究结果表明:(1)地表温度的变化具有明显的时空变化趋势;利用STL分解法可以看出震前存在明显的热红外异常,增温现象经历了"出现-扩大-分散增温-增温幅度达到极值-消失-发震"等几个阶段。(2)发震前四个月研究区周围存在明显的热红外异常,2月10日发震断层周围出现大面积异常,异常特征持续2个月后的4个月发震,峰值距发震时刻时间间隔较长。(3)余震分布与断裂带和热红外异常分布特征相关,震后大部分余震主要分布在主震发生的震前出现热红外异常的断裂带附近。(4)通过对比同地区相似震例发现,本次地震与2018年9月4日伽师县M_S5.5地震的热异常特征有许多共同点,其中相同的峰值距发震时刻的时间间隔具有一致性,为震前热红外异常特征的归纳提供典型的参考信息。该次地震热红外异常显著,进一步验证了...     

青海地区中强地震及震群热红外异常信息分析

应用中国静止气象卫星FY-2E红外遥感资料对青海地区中强地震以及系列震群进行研究。经对比分析,结果表明:由地震热红外时空演化图分析知,异常总体特征为出现—最大—消失的过程,异常都出现在震中附近区域,地震热红外异常形态与断层走向基本一致;地震热红外异常时序曲线基本上很好地对应了地震的发生时段。