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。     

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。     

2014年2月12日新疆于田MS7.3地震热红外亮温异常分析

为了分析2014年2月12日新疆于田MS7.3地震的热红外亮温异常,收集了以震中为中心30o～45oN 、70o～95oE范围内由中国静止气象卫星FY-2E观测的亮温资料,资料时间段为2012年5月1日～2014年4月30日。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过程。分析结果显示,从2013年10月开始相对能谱在震中附近出现异常,随后异常逐渐扩大并向阿尔金断裂带和西昆仑断裂带东段区域扩展。从同年11月开始塔里木盆地西缘的中天山、南天山和西昆仑区域断裂带西段开始出现异常,之后异常区域进一步扩大并向断裂带迁移,最终形成沿塔里木盆地周围断裂带分布的带状异常区域。异常在2013年12月下旬和2014年1月上旬达到峰值,随着地震的临近,异常区域开始减小,异常幅度也开始减弱,至地震发生时震中区附近异常已经消失,但在阿尔金断裂和中天山区域异常仍存在。于田地震发生后异常迅速衰减,2014年2月下旬异常基本消失。     

2020年新疆于田Ms6.4地震前热红外亮温异常研究

获取了2020年4-7月新疆于田Ms6.4地震区周边约400 km范围内连续的中国气象卫星FY-2G遥感热红外资料,选取北京时间凌晨1:00～5:00时的分钟值数据,经过小波变换和功率谱估计法进行处理,得到研究区地震前后相对功率谱异常演化过程,对比分析了 2019年相同频率同期的相对功率谱幅值,并讨论了异常时间演化过程...     

2018年8月14日云南通海M5.0地震热红外亮温异常分析

利用相对功率谱估计方法对2018年8月14日云南通海市M5.0地震前后热红外亮温数据进行处理,提取异常变化特征.结果显示:2018年6月27日,在畹町—安定断裂附近出现亮温增温异常,随后异常幅值及面积逐渐增大,沿断裂带发展,持续至8月6日面积及谱值达到最高值,之后高值异常区域慢慢收缩,8月14日在异常区附近发生通海M5...     

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     

2014年2月12日新疆于田M_S7.3地震热红外亮温异常分析

为了分析2014年2月12日新疆于田MS7.3地震的热红外亮温异常,收集了以震中为中心30°~45°N、70°~95°E范围内由中国静止气象卫星FY-2E观测的亮温资料,资料时间段为2012年5月1日~2014年4月30日。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过程。分析结果显示,从2013年10月开始相对能谱在震中附近出现异常,随后异常逐渐扩大并向阿尔金断裂带和西昆仑断裂带东段区域扩展。从同年11月开始塔里木盆地西缘的中天山、南天山和西昆仑区域断裂带西段开始出现异常,之后异常区域进一步扩大并向断裂带迁移,最终形成沿塔里木盆地周围断裂带分布的带状异常区域,异常在2013年12月下旬和2014年1月上旬达到峰值。随着地震的临近,异常区域开始减小,异常幅度也开始减弱,至地震发生时震中区附近异常已经消失,但在阿尔金断裂和中天山区域异常仍存在。于田地震发生后异常迅速衰减,2014年2月下旬异常基本消失。     

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。     

2017年九寨沟MS7.0地震前热红外亮温异常与盆地效应

以中国静止气象卫星亮温数据为数据基础,采用小波变换和功率谱估计方法进行处理分析,并对处理后的数据进行时空扫描。结果表明:① 在2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震前,沿龙门山断裂带存在一条热红外辐射增温带,其热辐射异常主要分布于四川盆地边缘,异常面积最大可达6×104 km2,九寨沟地震即发生在增温区域的边缘;② 九寨沟地震的相对功率谱时序演化特征显示,2017年7月初相对功率谱幅值迅速升高以后,长时间持续呈高幅值状态,且与过去十年的数据相比相对功率谱较为突出,直到地震后一段时间才恢复;③ 九寨沟地震异常的分布与汶川地震前热辐射异常展布相似,对其它发生在含油气盆地边缘的地震进行综合分析认为,热辐射异常均具有类似盆地形态的特征,反之,这种类似盆地形态的异常与M_S≥6.5地震的对应率为75%;④ 地震盆地效应是位于盆地边缘的、具有不同发震构造的地震表现出相似的热辐射空间展布的主要原因,与地球放气理论机理解释相一致。      

2017年8月9日精河MS6.6地震热红外亮温异常分析

利用相对功率谱方法对风云卫星热红外亮温数据进行处理,发现精河M_S6.6地震前存在明显的前兆异常。异常时空演化特征为2017年7月12日在北天山地震带中、东部和阿尔泰地震带中部开始出现相对功率谱高值聚集现象,随后幅值和面积逐渐增大,持续至7月27日异常面积和幅度达到最大值,然后逐渐减弱,2017年8月14日后基本恢复正常,异常持续大约1个月,8月9日在异常区域边缘发生精河M_S6.6地震。地震震中所在的北天山地震带平均相对功率谱值时序变化特征与异常区域时间演化过程类似,地震发生在平均相对功率谱由最大值恢复至正常背景值的过程中。     

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.     

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．      

卫星遥感热红外辐射与川滇强震探讨

为了使卫星空间监测技术在地震监测预报的应用研究由理论性、实验性阶段进入实用性阶段，进行了探索和尝试。按照地震前兆资料常规处理的格式和要求，对收集的部分卫星遥感热红外辐射观测资料进行了处理。处理过程中使用了包含数据格式转换、数据预处理、异常挑选等内容的计算机工作软件。在此基础上，根据卫星遥感数据资料所具有的二维均匀分布的特性，应用平面和立体的数据图像处理软件，对卫星遥感热红外辐射观测资料的异常场信息进行了研究。同时，开发出了使用卫星遥感热红外辐射观测资料的数据接口软件。卫星空间监测技术的应用将给地震监测预报带来全新的思维方式及更加快捷实用的数据采集、传送、处理和分析方法。     

地基热红外亮温遥感云底高度可行性的模拟研究

本文利用Modtran40模式比较系统地研究了不同强度（以地面能见度表示）和不同类型气溶胶情况下,晴空和各种云所形成的天空红外亮温Tb (Infrared Brightness Temperature)随地面观测天顶角的变化,从中发现利用Tb观测来遥感云底高度CBH（Cloud Base Height）的可行性,以及定量分析气溶胶层的影响.并且根据模拟计算结果,推出了由地面温度和湿度来计算晴天和不同CBH的中低云天天顶Tb的统计算式,以及由观测Tb和地表温、湿值反演CBH的方法.从模式计算和试验的初步结果可以看出：对于低云和中云,地基观测的Tb对CBH的变化有相当的敏感性,因此可以用于CBH的反演.地面气溶胶（能见度和气溶胶类型）对天空背景Tb有明显的影响,必须加以订正.但由于其影响对不同天顶角的贡献有一定的规律性,因此有可能得到较好的订正.     

理塘MS5.1和杂多MS6.2地震热红外亮温异常分析

利用相对功率谱方法对风云卫星热红外亮温数据进行处理, 发现理塘M_S5.1和杂多M_S6.2地震前存在明显的前兆异常。 异常时空演化特征为2016年8月12日在嘉黎—察隅断裂带、 怒江断裂带和澜沧江断裂带开始出现亮温功率谱高值聚集现象, 随后幅值和面积逐渐增大, 持续至9月1日异常面积和幅度达到最大值, 然后逐渐减弱, 2016年9月21日后基本恢复正常, 异常持续近40天。 异常结束后, 分别于9月23日和10月17日在异常区域内发生理塘M_S5.1和杂多M_S6.2地震。 两次地震震中区域平均相对功率谱值时序曲线与异常区域时间演化过程类似, 地震发生在平均相对功率谱值恢复正常背景值之后。     

2010年智利MS8.8级地震前可能的潜热通量异常及其与地表温度变化的关系

本文研究了2010年2月27日智利8.8级地震前后地球表面潜热通量的时空演化过程, 并分析了可能的潜热通量异常及其与地表温度变化的关系.结果表明:(1)此次地震及其强余震前出现了三次明显的潜热通量异常,第一次潜热通量异常出现于主震1个月前,主要分布在震中及其东南陆区,第二次潜热通量异常出现在主震前7天,异常区分布在震中西南的海域,呈北西向分布,指向俯冲带,第三次潜热通量异常出现在强余震前,异常区分布在震中西南的海域及北段俯冲带上;(2)相似于2004年印度尼西亚地震海啸前潜热通量的异常演化特征,潜热通量异常从弧后向俯冲带迁移,此次地震前的潜热通量异常首先出现在弧后火山活动强烈地区,然后迁移到海域俯冲带附近,可能反映了临震前的构造变形过程;(3)当陆区出现潜热通量异常时,同时也可见地表温度异常,但在海域出现潜热通量异常时,却未发现有地表温度异常,这可能是由于海域水的热容量较大,不易出现红外温度异常所致.     

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。     

汶川和芦山地震前后巴颜喀拉地块中东段红外亮温分析

基于MODIS卫星遥感红外数据,用小波方法提取并分析了汶川和芦山地震前后巴颜喀拉地块中东段红外亮温低频信息。结果显示,1在汶川8级地震前,巴颜喀拉地块中东段红外亮温升温异常多次出现(5次),震后近5年无升温异常出现,在芦山7级地震前2个月再次出现升温异常;2汶川地震前升温异常的高值区在空间上有逐渐往龙门山断裂带方向迁移的特点;3在全部6次升温异常中,只有2008年4~6月和2013年2月~4月19日2次临近地震的异常,巴颜喀拉地块中东段内部亮温出现大幅度均衡升温,这可能是该地区强震的临震信号。