[推荐]EOS/MODIS卫星热红外数据在地震监测预报中的初步应用

<P align=center><B><FONT face="Times New Roman">EOS/MODIS卫星热红外数据在地震监测预报中的初步应用
一、        国内外的研究概况
地震宏观考察现象 翻开川、滇地区强震现场宏观考察报告，或多或少都可以发现强震前出现的地表增温现象的记录。1970年1月5日云南通海7.0级地震前，高大地区的温泉水温明显升高；1973年2月9日四川炉霍7.9级地震前，炉霍县境内鲜水河河面一反常规地出现冬季不结冰的现象；1976年8月23日四川松潘、平武7.6级地震前，气象部门的雷达监测到在平武以西出现了带电磁波的地雾；1976年11月7日四川盐源6.7级地震前，地温计在离地表13米深处观测到了明显的升温，冬眠的蛇也因地表升温而离开了蛰伏的洞穴……。许多有据可查的资料证实震前宏观热（或增温）异常现象是存在的。自20世纪80年代末，随着卫星遥感技术的迅速发展，在地震监测预报应用预报中提出了新的预测方法和手段。
    1988年，前苏联学者Gorny、Tronin等分析中亚地区的地震卫星热红外遥感图像时意外发现：该地区的一些中强地震（Ms≥5.5）震前，卫星红外图像上存在热异常现象，且该种异常与断裂构造的活动有关。在活动断层表面存在着稳定和不稳定的热红外辐射异常。异常增温可达到几度的量级，异常的形态为线性条带。我国科学家很快意识到这一发现的重要性，迅速开始了这方面的探索研究，并将这一方法正式应用于地震预报实践。1996年，Tronin等进一步对中亚地区近10年约10 000景NOAA卫星热红外通道的热像进行系统分析，证实中亚地震活动区震前的卫星热红外异常（平均１～５°C）与该区地震活动存在显著的统计关系。
强祖基等人提出了“气热说”；
    郭增建认为,大震震源区锁住断层会产生预位移，由于这时断层受到的挤压应力有很高的值，因此预位移会使断层上产生很高的热量，使沿断层带温度升高。
    王庆良认为，除了传统的热导、热对流和热辐射这3种机理之外，应力做功在岩土介质中产生的耗散热能同样也可以引起岩土介质的温度上升。并提出一种较具有普遍意义的应力——耗散热地震地温前兆机理模式。
    耿乃光、邓明德、崔承禹等在“热红外震兆成因的模拟实验”研究中，发现岩石破裂前在未来断层处出现条带状的红外热像。粘滑失稳前断层闭锁点出现升温现象。
    吴立新、柳钦火等在“岩石剪切红外成像”的岩石实验中发现：岩石在压剪破裂瞬间剪切面的红外辐射温度超过73℃；花岗岩在刻划瞬间的红外辐射温度超过317℃。这与郭增建的观点相吻合。
    尹京苑等在等温过程加载的条件下根据实验得出岩石的红外辐射能量随压力变化显著变化的结果，指出该变化与温度无关，完全由压力引起，这就证明了机械能能直接激发岩石分子震动态能级之间的跃迁，不需要经历岩石生热的中间过程。
    总之，地震学家们经过10多年的深入研究，提出了较为合理的地震热红外前兆异常的机理解释，对岩石加载过程中产生的红外辐射已获得了一些定性的认识，积累了一些实验性经验，为开展卫星热红外遥感技术在地震监测预报应用预报中的应用研究奠定了理论基础。
强祖基等利用卫星遥感热红外图像等资料经过多年的研究取得了明显的预报效果，结果表明：(1)用气象卫星红外波段(10.5～12.5&micro;m)扫描仪对地球表面(水面和陆地面)进行探测，能发现地震前在远离震中区出现一大片孤立增温区，比其周围高出2～6℃。(2)震级根据异常面积大小而定，震级愈大，亮温增温面积也愈大，一般是≥700000km2的增温面积预示着未来有≥7级的地震。而≥400000～700000㎞2的增温面积预示着未来有≥6级的地震。该面积≥100000～300000㎞2预示5级地震。(3)利用这一增温异常演化特征来追寻的未来地震的震中位置，往往是在随着时间迁移的增温异常的前缘或其前锋与地震带、活动构造带交汇部位或是孤立亮温增温异常凹陷部位，或是两组应力热带交汇部位。(4)一般在亮温增温异常发展到鼎盛时期后，在几天至60天内发震也是短期和临震时期。
徐秀登等人分析了1989～1999年发生在中国及相邻地区的40多次地震的卫星热红外图像，初步得出红外异常有如下基本特征：(1)Ms﹥5地震前多有清晰可辨的红外临震异常显示。(2)红外异常多在震前2～22天内突然出现，呈现突发性特征。(3)与地震有关的热红外异常可持续几天到十几天，甚至更长，而非地震异常则会很快消失。(4)震前2～10几天累计增温幅度可达几度到十几度，异常幅度是显著的。异常区的温度比背景温度高出几度。异常幅度与震级的相关性不甚明显，但一般呈正相关。(5)增温异常范围大，5级以上地震可达20×104～100×104 ㎞2。异常面积的大小与震级呈一定程度的正相关。(6)在40次地震中有30次地震的震中位于弱异常区或异常区边缘甚至远离异常区几十公里。(7)增温异常一般经历初始—高值—平静3个阶段，异常演变呈阶段性。也有些异常演变具多旋回性，即增温经高峰到平静期后并不发震，又出现第2轮甚至第3轮再增温过程，最后才发震。1991年5月30日唐山5.1、1991年6月16日内蒙古阿拉善左旗5级地震等属此类。
马谨等在研究1997年玛尼7.9级地震前后震中周围地区地温场图像的动态演化时发现，在震前20天阿尔金断裂的东段就开始出现增温现象，然后逐渐扩展，形成了明显的条带。这条带一直持续到11月8日玛尼强震的发生。震后此条带逐渐消逝。而引发玛尼地震的玛尔盖茶卡断层在震前2天才开始出现增温异常。图像的变化过程显示，玛尼地震与阿尔金断裂带活动的明显增强过程之间有一定的对应关系，说明两段层间存在相互作用以及变形异常-段层现金活动-地震三者间有密切关系。
刘德富(1997，1999)利用卫星红外通道的长波辐射(OLR)资料研究异常与地震的对应关系，取得较好的结果。1976年龙陵7.4级地震、唐山7.8级地震、松潘7.2级地震、1985年乌恰7.4级地震以及1990年青海共和7.0级地震在发震前1个月，月平均OLR值增长显著，到达历年同期最高值。康春丽等人以卫星热红外遥感产品的两种参数—长波辐射强度(OLR)(月际资料)和亮度温度(日际资料)为基础，对2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震前后的卫星热红外变化特征进行了分析，结果显示：(1)在空间分布上，地震前长波辐射强度和亮度温度都出现了增强趋势，表现为沿近东西展布的异常条带。地震结束后，长波辐射强度出现了与上述条带展布范围和方向完全不同的新的增强条带。(2)在时间上，长波辐射强度的异常变化在震前2个月出现；而亮度温度的异常变化出现时较短，在震前的6—7天内出现，并呈现逐渐增强趋势。(3)热红外的异常增温条带与震中区的构造断裂带方向基本一致。(4)这种增温条带在地震活动结束后基本消失。吕琪琦、丁鉴海等(2000)对1998年张北6.2级地震研究，用异常图像与正常图像的差值揭示异常分布与断裂断裂构造相关。
从卫星热红外遥感资料的实际应用来看，强震发生前在震中区附近确存在不同程度的温度异常，这就为开展卫星热红外遥感技术在地震预报中的应用较好地奠定实践基础。已有卫星遥感震例资料处理分析结果表明，时间指标和地点指标是比较明确的，一般在温度异常出现一个月内发震的可能性较大，时间指标具有实际的可操作性；温度异常出现的分布形态基本上有两种，一种是条带状分布，一种是大面的不规则分布。根据现有的热红外异常机理研究结果，这两种异常分布形态很有可能与构造应力集中区域及相关活动断层性质存在密切的关系。因此地点的判定要比时间的判定复杂得多，要做好地点判定首先要对异常出现的区域构造环境及应力环境有比较清楚的认识，再结合异常的空间演化特征进行综合分析判定。地震的强度判定有困难，虽然已提出了一些进行地震强度的判定依据，但这些依据都是经验性的，操作起来较困难，我们从异常资料中直接看到的是异常时间特征、异常幅度大小和异常空间分布演化特征。因此单凭异常的面积大小来衡量震级的大小是不完善的，强震震前在地表引起的异常幅度及异常面积大小除了与地震的强度有关外，应与地震的深度和地震发生的构造性质都存在密切的关系。这是强度判定困难的根本原因。
    另外，在这些震例研究中对地震红外前兆异常与其它因素引起的地表温度异常的差异研究不深入，只是描述性的。因此对它们的区别判定今后要作详细的深入研究，为异常的正确判定提供可靠的依据。
二、我们目前的研究情况介绍
1、NOAA卫星遥感数据
目标及内容
震例研究 异常判别指标 初步方法  实用化软件
研究实例 各通道亮温值 大量实验对比研究；六个震例研究 异常识别指标有异常判别指标的实用化预报方法
经过震例研究检验的数据处理方法
通过震例研究归纳的异常判别准则和量化指标
具有监测预报实际应用的可操作性
·初步的热红外遥感地震短期前兆实用化预报方法:
1.数据源——NOAA卫星遥感资料的3、4、5通道亮温值；
2.用适当的边长指定正矩形“扫描窗口”
3.按给定的周期（如日、五日、旬等）对监视区域按子区域逐一地进行异常差值扫描
4.各区分别统计异常差值的个数，算出异常差值频率，以其经验阈值作为前兆异常判别指标。
5.对该亮温变化异常区域进一步作异常差值空间分布特征分析。同时分析差值分布特征
· 资料预处理
采集自NOAA12、NOAA14、 NOAA16等极轨气象卫星的经辐射校正（太阳高度角校正）、几何校正（观测图象与地图配准校正）及换算后得到的亮温值，其单位为&ordm;K。
地形影响及辐射强度影响均可以差值（即相对变化量）法予以基本消除。
资料预处理时要考虑不同星号、探测时段、通道、分辨率的影响。
· 空间逐区异常频率扫描
已知地震震中进行震例分析时，可选择以地震震中为中心的一个区域进行时间序列异常频率特征分析。而对于地震监测预报而言，地震震中是未知的，是需要探知的要素之一。因此，站在预报的角度上，具有操作性的方法应该是对较大区域（如西南地区）进行分区扫描，逐个计算每个子区域的时间序列异常频率。
·时间序列异常特征分析
用差分进行数据常规处理。处理后，计算出每个网格点的方差，取定阈值，大于阈值的差值视为异常。按时间统计出各期的异常个数，得到随时间分布的异常频次图（归一化后可得到异常频率图）。
· 空间异常特征分析
1 将每期（可以是日、旬、10日等）数据处理后得到的所有差值异常（或差值）点标在坐标图上，作出差值异常（或差值）空间分布图。
2 进一步分析亮温异常区的差值空间分布特征
2、 MODIS卫星遥感数据
1. 云层干扰——云检测；云检测的具体内容：
MODIS遥感数据有36个通道，根据相应的通道特性，在进行热红外信息（地表亮温）分析前对分析区域内的云层进行辩识。
2. 热异常相对变化——差值处理；
3.海量数据处理工具——图象化；
4.指标提取——定量化分析； </FONT></B></P>
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</FONT></B></P>[UseMoney=10][/UseMoney]

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<P>这个和四川的刘放，但尚铭他们写的文章内容和像阿</P><P>可惜没有完 </P>

楼上大哥是广州地震局的？

好!!<img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" />

<img src="images/post/smile/dvbbs/em04.gif" />怎么没写完呢？

<img src="images/post/smile/dvbbs/em04.gif" />我准备作这方面工作，但不知道怎么开始？你的文章很受鼓舞，但没

完？