从卫星红外亮温与大地热流的关系看地震前的热红外异常

一些强地震前地表可产生热异常是人们比较一致的认识,但能否用卫星遥感技术观测到地下热异常则存在很大的分歧.本文试图通过分析热红外亮温与大地热流值的关系,探讨利用卫星遥感技术观测地震热异常的可能性及其存在的一些问题.研究结果表明:（1）在绝大多数情况下,亮温随大地热流值的升高而升高,升高的速率平均为0.057℃/mW·m^-2.如果地震引起的大地热流异常为100 mW·m^-2,则有可能产生卫星红外平均亮温约5.7℃的异常.（2）不同地区亮温随大地热流值变化速率不同,即使地震前出现了卫星热红外亮温异常,但不同地区表现也是不同的.（3）在一些地区一些季节,亮温与大地热流值关系不明显,可能是亮温数据受气象因素干扰所致.这说明地震前的热红外亮温异常是复杂的,甚至有时是难于观测到的.     

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。     

2021年8月26日阿克塞MS5.5地震热红外亮温异常研究

基于相对功率谱方法分析2021年8月26日阿克塞M_S5.5地震前红外亮温相对功率谱时空演化特征。结果表明：阿克塞M_S5.5地震前震中西侧出现明显亮温相对功率谱增强,增强区域沿阿尔金断裂与柴达木北缘断裂分布,持续大约1个月后消失,地震在异常消失8 d后发生。相对功率谱值呈现上升—下降—再上升—再下降的变化过程,地震在功率谱值回落之后发生。根据震例统计结果显示,2008年以来新疆地区共有15次热红外亮温异常,热红外异常出现后3个月内,在异常区周边及附近250 km范围内发生7组M_S≥5.0地震,且异常面积与对应地震震级存在正相关关系。     

中、强震前川滇块体遥感红外辐射异常分析——以宁蒗M5.7地震和鲁甸M6.5地震为例

许多研究表明中强地震前出现了红外辐射异常。近年来,川滇块体中、强地震频发,利用遥感数据对其红外辐射异常变化开展深入分析十分必要。结合13年MODIS/Terra遥感红外数据,采用空间距平分析法、辐射增强阈值面积指数法及辐射亮温均值低频时间序列法,对2004年4月—2017年6月红外亮温数据进行深入分析,研究川滇块体及周边构造断裂M≥5.5地震的震前异常信息。结果表明:(1)M≥6.0地震在震前3～6个月川滇块体会出现较为明显的红外辐射增强异常现象;(2)震前红外异常并非随机分布,而可能是受到相关块体的控制;(3)以宁蒗M5.7地震和鲁甸M6.5地震为例研究发现,震前辐射增强较高的小范围区域与震中位置存在一定关联。     

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     

2010年西藏聂荣MS5.7和MS5.5地震前后热红外异常分析

选取2010年3月24日西藏聂荣M_S5.7和M_S5.5地震前后的中国FY-2E静止气象卫星热红外遥感亮温和长波辐射数据, 对红外辐射数据采用阈值法进行去云预处理, 基于Morlet小波方法计算地震前后的红外辐射功率谱变化, 探讨地震前后红外辐射异常演变规律及特征。 研究结果显示, 西藏聂荣地震前出现了亮温和长波辐射异常增强现象, 并且其异常持续时间和主要异常区域基本一致, 但亮温的异常幅度大于长波辐射的异常幅度。 本研究对于该区域利用热红外遥感数据进行地震研究具有重要的参考价值和意义。     

对2001年昆仑山口西8.1级地震前断层带红外增温异常的讨论

利用NOAA卫星热红外遥感图像对东昆仑断裂带进行解译分析 ,并结合红外亮温的数值化处理 ,对比研究了地震活动比较平静的 1 999年和 2 0 0 1年昆仑山 8 1级地震前后的资料。结果表明 ,季节性的气象因素对断裂带的影响很大。在初冬季节 ,断裂带内的红外亮温值等于甚至高于周围环境温度。同时对比分析东昆仑断裂与阿尔金断裂的亮度温度也发现 ,在秋冬季的季节过渡期 ,气象因素对不同地物热惯量的影响很大。因此认为 ,前人提出的 2 0 0 1年 1 1月 1 4日发生在东昆仑断裂带上的 8 1级地震的震前红外辐射的增温异常 ,其中包含了随季节变化的自然现象 ,与地震有关的异常信息还有待于进一步探讨     

FY-3卫星监测四川芦山地震前后热异常

利用中国FY-3气象卫星资料,通过分析多种仪器的亮温数据,对2013年四川芦山MS7.0级地震进行了再研究。结果表明：中国FY-3卫星星载多探测仪器,可用于立体监测地震多发区域,红外和微波亮温震区异常明显,能部分解释大地震前热红外异常的多种观点,说明FY-3卫星对地震预测具有一定的实用性和参考作用。     

云南彝良5.7级地震前卫星热红外异常

针对2012年9月7日云南彝良5.7级地震前在震中区附近出现的大面积热红外异常,利用中国静止气象卫星FY-2C/E红外遥感亮温资料,采用功率谱相对变化法进行研究.结果表明:该次地震发生前一个月震源区附近存在明显的热异常区域,并且随着时间推移不断扩大、迁移;在2012年9月1日左右异常面积达到最大,随后逐渐收缩,相对变化幅度达10倍以上.同时发现该次亮温异常沿断层呈带状分布,应与活动构造分布有关.     

2012年新疆洛浦MS6.0地震前卫星热红外亮温时空演变特征分析

本文处理了新疆洛浦M_S6.0地震前后卫星热红外亮温（TBB）数据,对异常信息的时空演变进行分析,并考虑了天气因素的影响。研究发现,震前亮温异常主要分布在震中西北方向,高值区位于震中以西巴楚县附近,异常呈条带状分布,其西北-东南走向与附近断裂带方向一致;异常出现在洛浦地震前14天,共2次,时间上经历较强-弱-强-弱的变化过程,第1次异常持续时间较短,第2次异常持续长达4天,之后迅速衰减并消失,亮温异常值增幅十分明显。结果表明,新疆洛浦地震前存在明显的红外亮温异常现象,亮温变化与洛浦地震发震似具有较好的相关性。     

2018年青海称多MS5.3地震前热红外亮温异常分析及预测回顾

以卫星热红外亮温资料为数据基础,采用小波变换和功率谱估计法,分析2018年称多地震前的热红外亮温异常,并对预测过程进行回顾总结。结果表明：称多地震前的热红外亮温异常演变表现为出现、增强、减弱、消失4个阶段,异常呈条带状分布且与断层走向基本一致,描述异常的一些特征参数均在以往震例研究结果的参考范围内;类比同地区其他震级相当地震的热红外亮温异常情况,发现称多地震前出现的热红外亮温异常可能与其是双震型地震有关;称多地震的预测过程总结为分析-判定-预测-检验4个阶段,可为区域震情判定提供新的经验。     

2011年9月18日印度锡金里氏6.8级地震热红外变化

选用静止卫星红外遥感亮温资料,对2011年9月18日印度锡金里氏6.8级地震热红外资料进行研究,并对比分析该地区2006年以来热红外异常变化,研究结果发现该区大地震之前存在明显的异常变化,相对功率谱最大值达到12,震前42天出现异常,9月15日前后异常幅度达到最大值,显示出明显区域性特征。     

2011年9月18日印度锡金里氏608级地震热红外变化

选用静止卫星红外遥感亮温资料,对2011年9月18日印度锡金里氏6．8级地震热红外资料进行研究,并对比分析该地区2006年以来热红外异常变化,研究结果发现该区大地震之前存在明显的异常变化,相对功率谱最大值达到12,震前42天出现异常,9月15日前后异常幅度达到最大值,显示出明显区域性特征。     

日本9级和缅甸7.2级地震热辐射表现特征

应用中国静止气象卫星热红外遥感亮温资料获得其相对功率谱信息,对大范围全时段的相对功率谱信息进行了分析,其结果为:日本9.0级和缅甸7.2级地震发生前存在显著的亮温变化,震前6个月左右异常开始出现,相对变化幅度达10倍以上;这两次地震的异常区域大小和时间变化形态存在明显差异,可能是地质和气候环境所致.     

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。     

2021年云南省3次中强地震前后热红外异常特征分析

基于中国静止气象卫星FY-2G热红外观测数据,采用连续小波变换和相对功率谱方法,对2021年云南省3次中强地震,即漾濞M_S 6.4地震、双柏M_S 5.1地震和盈江M_S 5.0地震发生前后的地表亮温异常时空演化特征进行分析。结果表明：震前均存在显著的热红外亮温异常现象,其异常首先出现在区域主要活动断裂一端,沿断裂带扩展,异常面积和相对功率谱幅度均逐渐增强;之后迅速减弱,在衰减过程中发震,震中多位于异常增温区边缘或附近。分析认为,3次地震热红外亮温异常的可能原因是,区域应力累积致使岩层破裂,地壳深源气体和流体与周围岩层相互作用,造成地表产生增温效应。     

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.     

地震前卫星遥感微波辐射异常统计分析:以堪察加半岛为例

岩石加载实验证实受载岩体能够产生特定频段的微波辐射能量增强,卫星遥感数据分析也表明,个别震例强震前可能存在微波辐射异常,这一重要发现亟待普遍性检验与统计特征研究. 本文收集了俄罗斯堪察加半岛2003—2011年Aqua AMSR-E 的微波辐射亮温数据,并对地震和火山活动信息进行了统计,进而利用改进后的异常识别方法及构建的背景场对9年内多次强震的震前短临异常的位置和时间信息进行了检测与统计. 结果表明:① 勘察加半岛平均亮温变化存在明显的季节特征,1—4月和11—12月为平稳期、5—10月为剧变期,平稳期的亮温曲线基本保持平稳,而剧变期呈抛物线型,自4月起持续增温至7月,随后持续降温至11月;② 受地形地貌影响,半岛南部和东南部亮温较高,中西部亮温较低;③ 火山点亮温小于地震点和非地震点,火山活动对亮温影响有限;④ 使用四分位数法判断辐射异常检测指数,发现17次地震中有13次可以识别到震前异常,其中M_S≥6.0地震均可检测到异常,且异常发生在地震前1个月以内.      

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